關(guān)于煤化工低熱值排放氣利用研究

郎慧云

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

近年來煤制烯烴、煤制油、煤制氣等煤化工企業(yè)在我國迅猛發(fā)展，盡管在節(jié)能降耗方面做了大量工作，如采用成熟、先進的技術(shù)，從源頭保證減少放空氣的排放，進行必要的廢氣回收，但由于許多運行參數(shù)仍在不斷摸索，提高過程中，放空氣的排放不可避免。氣化裝置放空氣排放過程中，發(fā)現(xiàn)有一部分連續(xù)排放、高溫、低熱值放空氣，經(jīng)初步計算，該放空氣平均熱值為42 000 kJ/m3,如利用該放空氣建焚燒爐，可副產(chǎn)蒸汽。同時，該放空氣連續(xù)高溫排放，不能進氣柜回收，由于正常不能進主火炬(流速太小，火炬頭內(nèi)燒)，只可進火炬常年燃燒排放，對環(huán)境熱污染影響較大。

1 煤氣排放參數(shù)的確定

煤氣化連續(xù)排放高溫廢氣排放參數(shù)見表1。

從表1可看出，正常生產(chǎn)4臺爐運行時，連續(xù)排放量30 220 m3/h,低位發(fā)熱值為5 065 kJ/m3

表1 高溫低熱值氣統(tǒng)計表

主要成分：φ(N2)=41.8%;φ(CO)=14.1%;φ(H2)=22.3%;φ(H2S)=0.003 8%；

加權(quán)平均溫度：132 ℃～288 ℃；

排放壓力：0.02 MPa。

2 處理方案的選擇

燃燒一直是處理廢氣最有效的方法之一，國內(nèi)外處理低熱值氣燃燒技術(shù)即人為地建造一個穩(wěn)定的燃燒場，將組分不穩(wěn)定的低熱值氣排放氣引入燃燒場中，以達到達標(biāo)排放的目的。

國內(nèi)廢氣處理的低熱值為410 kJ/m3,鍋爐摻燒高爐煤氣(熱值2 500 kJ/m3)，已是很成熟的技術(shù)。為了減少熱污染、回收一定能量，建議處理方案如下：

方案1) 煤氣化自用，作惰性氣發(fā)生器原料；

方案2) 送鍋爐作輔助燃料；

方案3) 建焚燒爐、余熱回收產(chǎn)生蒸汽。

2.1 方案1)

回收廢氣最佳用途是返回工藝裝置作原料或送工業(yè)爐作燃料，節(jié)約液化氣或燃料油。但由于廢氣成分較復(fù)雜，且組份、壓力、流量波動范圍大，返回工藝裝置直接作原料使用有較大難度。

煤氣化裝置用燃料氣主要為煤干燥需熱惰性氣，主要流程為設(shè)置惰性氣發(fā)生器(又稱為熱風(fēng)爐)，燃燒產(chǎn)生不燃的煙氣作為惰性氣，用回流氣量控制使用溫度，對煤粉進行干燥。

熱風(fēng)爐設(shè)有水冷壁，燃燒溫度1 100 ℃～1 300 ℃，對高溫低熱值氣處理極為有利，摻燒低熱值氣后，燃燒溫度可降低到1 100 ℃，有利于回流氣冷卻混合。

煤氣化裝置自用廢氣系統(tǒng)實施沒有技術(shù)風(fēng)險、投資少、管理簡單，不僅可不用石油液化氣，還可減少燃料氣耗量3 700 m3/h。

2.2 方案2)

一般熱電廠鍋爐容量大，適應(yīng)燃料性強，國內(nèi)多將回收廢氣送電廠作鍋爐燃料。如，大慶、南京的石化企業(yè)就是將回收的廢氣送熱電廠作燃料。煤粉爐摻燒廢氣時，煤粉與廢氣在爐膛燃燒時，火焰的輻射成份、爐膛中有效輻射成份的濃度場、燃燒方式及燃燒工況均不同，爐膛吸熱量在鍋爐受熱面中占較大份額，因此，爐膛吸熱綜合指標(biāo)的一個重要參數(shù)，即爐膛出口煙溫的控制成了混燒技術(shù)能否過關(guān)的關(guān)鍵。所以，只要鍋爐爐膛出口溫度不變，煙氣量基本不變，尾部受熱面吸熱量可不變，利用煤粉爐摻燒廢氣方案即可成立。

由于煤粉與廢氣燃燒特性不一樣，廢氣易被點燃，兩者共有特性是不穩(wěn)定、易滅火、易爆炸，兩者混合燃燒爆炸危險性更大。煤粉爆炸質(zhì)量分數(shù)為35%～45%，在這個濃度下有明火就會發(fā)生爆炸。廢氣爆炸下限為10%，廢氣進爐30 s內(nèi)就可達到爆炸濃度?？梢姡瑥U氣的燃燒穩(wěn)定和滅火保護是十分必要的。

由以上分析可知，要保證摻燒廢氣后煤粉爐能安全、經(jīng)濟運行，必須解決以下問題：

1) 選擇合適摻燒比，保證對原鍋爐爐膛燃燒場及鍋爐整個燃燒工況影響最?。?/p>

2) 調(diào)整燃燒場，控制火焰中心在合適位置，保證鍋爐熱力工況不變；

3) 摻氣燃燒系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)安全、可靠。

按摻燒廢氣要求，僅需將煤粉燃燒器進行調(diào)整。在原燃燒器下部增設(shè)廢氣噴嘴，在下層煤粉噴嘴和廢氣噴嘴之間增設(shè)一個二次風(fēng)口，保證煤粉和廢氣二次風(fēng)的分配。在中二次風(fēng)和下二次風(fēng)燃燒器上加設(shè)6層導(dǎo)流隔板，同時，將上二次風(fēng)改為反向偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以加強火焰的擾動。

鍋爐摻燒廢氣前、后理論值與實際運行值比較見表2。

表2 鍋爐摻燒廢氣前、后理論值與實際運行值比較表

表2證明，廢氣回收后在燃煤鍋爐摻燒技術(shù)上是可行的，且實踐證明，摻燒廢氣后，鍋爐燒劣質(zhì)煤不結(jié)焦。電廠摻燒廢氣后，節(jié)省劣質(zhì)燃料煤70 000 t/a；少排灰渣7 000 t/a，同時,少排CO2、SO2等有害物質(zhì)；

鍋爐摻燒廢氣對鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸基本沒有影響，主要影響燒嘴結(jié)構(gòu)。摻燒廢氣后，鍋爐煙氣成分變化不大，煙氣凈化排放仍然利用原有鍋爐的脫硫脫硝及除塵裝置。

2.3 方案3)

近年來，隨著環(huán)保節(jié)能意識的加強，國外開發(fā)了高效燃燒焚燒爐，針對不同處理介質(zhì)，設(shè)不同溫度場組成。為控制燃燒過程中NOx的產(chǎn)生，對燃燒溫度分級控制，取得了預(yù)計效果。

焚燒爐處理廢氣屬于成熟技術(shù)，本項目環(huán)保配套焚燒爐一座，后配置助燃空氣、廢氣預(yù)熱、余熱回收副產(chǎn)蒸汽設(shè)施一套。

將此廢氣量25 000 m3/h～40 000 m3/h、廢氣熱值3 347 kJ/m3～6 279 kJ/m3，送到焚燒爐處理。

3 方案比較

參照已建工程，各種方案的比較見表3。

表3 方案比較表

根據(jù)表3分析，得出以下結(jié)論：方案1) 牽涉到熱風(fēng)爐的改造及工藝調(diào)整；方案2) 有備用爐，可利用備用爐不停產(chǎn)改造；方案3) 將焚燒爐燃燒器進行改造，進一步論證改為低熱值氣對二燃室的影響。綜合經(jīng)濟效益及現(xiàn)場場地，建議采用方案1)和方案3)。