甲醇重餾分在燃煤鍋爐內(nèi)摻燒處置的研究及應用

段付崗

（陜西潤中清潔能源有限公司，陜西長武 713600）

1 概 述

陜西潤中清潔能源有限公司（簡稱陜西潤中）甲醇裝置設計產(chǎn)能為600kt／a，副產(chǎn)甲醇重餾分約14kt／a；配套的2臺燃煤鍋爐設計產(chǎn)汽能力為2×280t／h，型號為GL-280／9.81-M018，爐膛溫度為1000℃，操作壓力為－20～－50Pa，所產(chǎn)蒸汽壓力9.8MPa、溫度540℃。燃煤鍋爐一直運行正常，實現(xiàn)了安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行，為甲醇裝置最長連續(xù)運行140d、最高年產(chǎn)量達650kt奠定了堅實的基礎。

甲醇精餾過程中會產(chǎn)生甲醇重餾分，俗稱雜醇油或異丁基油，約占精甲醇總量的2% ～3%，為無色或黃色液體，沸點90～92℃，折射率1.135，密度1260kg／m3，基本溶于水，其主要組分含量約為甲醇31.95%、乙醇14.02%、丙醇7.01%、正丁醇4.09%、異丁醇0.58%、異戊醇0.0021%、水分42.35%。甲醇重餾分中各種醇類物均為易燃、低毒物質，其物化性質及火災危險性見表1。

表1 甲醇重餾分中各種醇類物物化性質及火災危險性

常溫常壓下，甲醇重餾分為低毒液體，易燃，會逸散刺激性氣味，侵入人體后可引起急性中毒和慢性中毒，對人的神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)影響較大，可損壞人的呼吸道粘膜及視力。鑒于此，自2016年起甲醇重餾分被列入《國家危險廢物名錄》，廢物名稱為合成氣加壓催化生產(chǎn)甲醇過程中產(chǎn)生的重餾分（簡稱甲醇重餾分），廢物類別為精（蒸）餾廢渣HW11，廢物代碼為261-128-11，廢物特性為T（毒性）。依據(jù)《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》，危險廢物處置單位應辦理《危險廢物經(jīng)營許可證》，統(tǒng)一回收和無害化處理甲醇重餾分。采用焚燒處理時，應嚴格執(zhí)行《危險廢物焚燒污染控制標準》 （GB18484—2001），委托具有相應資質的甲醇重餾分處置單位進行處置，嚴禁作為產(chǎn)品銷售，嚴禁隨意傾倒和違法處置，嚴防污染生態(tài)環(huán)境，嚴防造成人身傷害。

但因一部分危險廢物處置單位漫天要價，600kt／a甲醇裝置產(chǎn)生的甲醇重餾分處置要價達500～1000元／d，為節(jié)約費用，陜西潤中擬自行處置——在燃煤鍋爐內(nèi)摻燒甲醇重餾分。

2 摻燒處置的可行性與安全穩(wěn)定性保障

2.1 可行性分析

（1）甲醇重餾分在鍋爐內(nèi)燃燒時，與氧氣反應主要生成CO2和水，并放出大量熱能，這與燃料煤在鍋爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)物基本相同，也是甲醇重餾分在鍋爐內(nèi)摻燒處置的前提條件。利用燃煤鍋爐摻燒處置甲醇重餾分，可節(jié)約煤資源，達到變廢為寶的目的，既符合危險廢物處置要求，又符合低碳環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

（2）在鍋爐內(nèi)摻燒時，甲醇重餾分和燃料煤的作用一樣，主要是利用其燃燒所產(chǎn)生的熱量加熱鍋爐給水而生產(chǎn)高壓蒸汽，供發(fā)電機組和壓縮機組汽輪機等使用，甲醇重餾分在鍋爐內(nèi)完全燃燒后的主要產(chǎn)物為CO2和水，基本上無粉塵、無SO2和NOX，更沒有灰渣，比煤炭燃燒后的組分要干凈，無需增大除塵器、脫硫塔和脫硝系統(tǒng)、排渣設施的處理能力，對這些系統(tǒng)的運行不會產(chǎn)生不良影響。

（3）甲醇重餾分直接由甲醇精餾系統(tǒng)送至帶負壓燃煤鍋爐爐膛內(nèi)燃燒，其在噴出槍口的瞬間便完全燃燒，不會逸散剌激性氣味而污染作業(yè)環(huán)境，即使有少量逸散，也會被鍋爐負壓抽至爐膛中心燃燒，而不會逸散至作業(yè)現(xiàn)場；所用設備及管道均處于封閉狀態(tài)，且鍋爐保持微負壓操作，不會出現(xiàn)泄漏，也不會產(chǎn)生污染。

（4）利用燃煤鍋爐摻燒處置甲醇重餾分，不需專門投資1臺關鍵設備——焚燒爐或燃燒爐，僅需投資1臺小泵、2套摻燒槍及其輸送管道等，費用合計約20萬元，即可實現(xiàn)甲醇重餾分的無害化處理。

（5）企業(yè)利用內(nèi)部的生產(chǎn)裝置點對點自行處置危險廢物（甲醇重餾分）時，通過進行環(huán)境影響評價，在當?shù)丨h(huán)保部門備案，并按要求將甲醇重餾分列入危險廢物管理計劃，在網(wǎng)上申報及審批，即屬合法處置。

2.2 安全穩(wěn)定性保障

（1）甲醇重餾分的產(chǎn)生量僅約1.90t／h，用于1臺燃煤鍋爐摻燒即可，因陜西潤中2＃鍋爐已摻燒甲醇合成系統(tǒng)弛放氣，故選用1＃鍋爐摻燒甲醇重餾分，分爐摻燒處置危險化學品和危險廢物，更有利于鍋爐的安全、穩(wěn)定運行。

（2）甲醇重餾分在1＃鍋爐內(nèi)摻燒時，選擇1＃角和3＃角（兩對角）作為摻燒槍的位置，在1＃、3＃角處分別新增1套甲醇重餾分摻燒槍系統(tǒng)，每支摻燒槍的甲醇重餾分設計流量為1.0m3／h，以保證甲醇重餾分能在鍋爐內(nèi)長期、連續(xù)、穩(wěn)定地摻燒。

（3）在甲醇重餾分輸送管道上安裝自動調節(jié)閥，以利于正常調節(jié)流量和壓力，同時安裝手動閥，以便在停止輸送后利用雙道閥切死管道，以防事故發(fā)生。

（4）選擇功能齊全的成套油槍系統(tǒng)，采用DCS自動報警聯(lián)鎖控制，一鍵操作式啟動和停止甲醇重餾分的摻燒，既便于操作調整，又可保證鍋爐系統(tǒng)的安全運行。

（5）1＃鍋爐摻燒甲醇重餾分的技改中，所用紫外火焰檢測器、氣動球閥、控制柜等均采用防爆型設備設施，并安裝有2臺可燃氣體檢測儀，以確保安全。

3 摻燒技改方案

3.1 摻燒工藝流程

甲醇重餾分儲罐（V＝500m3）的甲醇重餾分，經(jīng)新增籃式過濾器過濾后，由新增渦壓泵送入1＃燃煤鍋爐摻燒，緊急情況下甲醇重餾分經(jīng)新增安全回流閥返回原甲醇重餾分回流管道；甲醇重餾分經(jīng)新增轉子流量計計量后，由新增甲醇重餾分母管進入1＃鍋爐1＃、3＃角新增摻燒槍系統(tǒng)，點“一鍵啟動”，摻燒槍系統(tǒng)完成再次過濾甲醇重餾分、紫外火焰檢測器火焰檢測正常、空氣霧化油槍充分霧化甲醇重餾分、燃燒器自動點火燃燒后，甲醇重餾分進入爐內(nèi)，實現(xiàn)甲醇重餾分在爐內(nèi)的摻燒處置；燃燒所產(chǎn)生的熱量加熱鍋爐給水，制備S98蒸汽，供后系統(tǒng)使用，燃燒后的廢氣經(jīng)原有除塵、脫硝和脫硫設施處理后，由原鍋爐煙囪（h＝150m）達標排放。

3.2 具體技改方案

燃煤鍋爐摻燒甲醇重餾分的技改分為三個小系統(tǒng)：一是甲醇重餾分泵及其回流系統(tǒng)，二是甲醇重餾分摻燒槍系統(tǒng)，三是壓縮空氣吹掃系統(tǒng)。

（1）甲醇重餾分泵及其回流系統(tǒng)設置在甲醇精餾系統(tǒng)，主要包括：1臺新增的甲醇重餾分渦壓泵HWY40-150，Q＝3m3／h，主體材質304；1臺轉子流量計JL-LZD（50），量程250～2500 kg／h；1臺籃式過濾器、1臺自力式安全回流閥、1臺止逆閥等，其規(guī)格均為DN50、PN2.5MPa；敷設長560m的DN50甲醇重餾分輸送管道，材質為20＃鋼。

（2）本次技改的重點——摻燒槍系統(tǒng)由過濾器、紫外火焰檢測器、空氣霧化油槍和燃燒器等組成的成套設備，由中控室進行控制，并根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)是否具備條件而自動確定甲醇重餾分進入或退出鍋爐，完成“啟動”和“停止”功能，操作十分方便。在甲醇重餾分摻燒槍系統(tǒng)的末端，新安裝有空氣霧化油槍，布置于鍋爐二次風1＃、3＃角處?？諝忪F化油槍槍芯φ5mm、霧化孔4×φ3.4mm、槍頭出油孔4×φ3.8mm、霧化角度為70°。同時還新安裝有甲醇重餾分自調閥、流量計、氣動霧化閥、氣動推進器、氣動吹掃閥、可燃氣體報警器等，以保證甲醇重餾分在鍋爐內(nèi)的安全、穩(wěn)定摻燒。

（3）壓縮空氣吹掃系統(tǒng)和氮氣吹掃設施屬輔助系統(tǒng)，其技改比較簡單。壓縮空氣吹掃系統(tǒng)主要是將工廠壓縮空氣引至1＃鍋爐處，經(jīng)DCS自動聯(lián)鎖報警系統(tǒng)控制后，對甲醇精餾系統(tǒng)的甲醇重餾分母管和摻燒槍系統(tǒng)進行吹掃；氮氣吹掃設施主要用于開車前吹掃置換泵、管道和槍頭內(nèi)的空氣，停車后吹掃置換泵、管道和槍頭內(nèi)殘留的甲醇重餾分，以防甲醇重餾分蒸氣與空氣形成爆炸性氣體。

4 甲醇重餾分摻燒試驗及操作要點

4.1 試運行情況

2020年12月陜西潤中實施甲醇重餾分在燃煤鍋爐摻燒處置技改項目，2021年1月底完成技改，并組織進行了驗收。2021年2月3日甲醇重餾分在1＃燃煤鍋爐內(nèi)進行摻燒處置試運行，連續(xù)運行5h；摻燒時爐膛溫度為722℃，爐膛壓力為－24.8Pa，1＃、3＃角甲醇重餾分摻燒量均為1.0m3／h，可處理完甲醇生產(chǎn)過程中實時副產(chǎn)的所有甲醇重餾分；從鍋爐二次風觀察口觀察，摻燒槍燃燒穩(wěn)定，槍口噴出的火焰呈透亮的白色，與爐膛黃紅色大火焰融為一體，沿切線旋流而上，不易分辨。

4.2 操作要點

（1）甲醇精餾系統(tǒng)啟動甲醇重餾分泵，調節(jié)回流閥，保持泵出口壓力在0.8～1.0MPa之間，燃煤鍋爐前甲醇重餾分母管壓力≥0.8 MPa。

（2）保持1＃鍋爐1＃、3＃角火檢有火，爐膛燃燒正常，運行負荷穩(wěn)定，入爐前壓縮空氣壓力≥0.30MPa。

（3）甲醇重餾分管線第一次供油供氣前，應使用氮氣吹掃和排空管道，之后再開啟甲醇重餾分泵，直至管道內(nèi)有甲醇重餾分流出。停止摻燒甲醇重餾分時，應先停泵，再用氮氣徹底吹掃置換系統(tǒng)內(nèi)的甲醇重餾分。

（4）甲醇重餾分進入爐前摻燒槍系統(tǒng)前，先啟動新增的壓縮空氣吹掃系統(tǒng)，一路吹掃甲醇重餾分母管，另一路吹掃爐前摻燒槍系統(tǒng)，以保證母管和摻燒槍系統(tǒng)暢通無阻。

（5）就地向鍋爐內(nèi)投入甲醇重餾分時，將遠程／就地切換開關切換到就地位置，開啟霧化閥，用壓縮空氣先吹掃甲醇重餾分油槍60s后，關閉吹掃閥。

（6）壓縮空氣吹掃結束后，開啟甲醇重餾分截止閥，保持霧化閥常開，穩(wěn)定甲醇重餾分的流量和壓力在指標范圍內(nèi)（鍋爐摻燒甲醇重餾分設計流量為2.0m3／h，可調負荷為50% ～110%），在鍋爐上層二次風觀察窗觀察甲醇重餾分燃燒狀況，應保持火焰穩(wěn)定，燃燒充分，不沖刷鍋爐水冷壁，不造成鍋爐腐蝕或結焦。

（7）停止摻燒時，首先關閉甲醇重餾分閥，再開啟空氣吹掃閥，同樣吹掃60s后關閉霧化閥和吹掃閥，退出甲醇重餾分油槍，關閉各手動截止閥。

（8）采用程控系統(tǒng)向鍋爐內(nèi)投入甲醇重餾分時，將就地控制柜上遠程／就地開關打到遠程位置，在操作計算機上通過DCS狀態(tài)畫面進行控制，點擊投入－啟動，摻燒設備自動開啟，點擊停止，摻燒設備自動停運。

（9）投用DCS自動聯(lián)鎖報警控制系統(tǒng)后，當火焰檢測器檢測鍋爐無火時，程控系統(tǒng)無法使用；當摻燒過程中鍋爐突然無火時，聯(lián)鎖自動停止摻燒；當鍋爐主燃料跳閘（MFT啟動）時，摻燒系統(tǒng)自動停運；當甲醇重餾分管道壓力低于0.6MPa時，自動聯(lián)鎖停止摻燒。DCS聯(lián)鎖系統(tǒng)保護動作程序：關閉甲醇重餾分閥→關閉霧化閥→退出甲醇重餾分油槍→關閉鍋爐入口各手動截止閥。

（10）當甲醇重餾分管道需要清理或長期停用時，可使用氮氣將管道內(nèi)甲醇重餾分吹掃至鍋爐內(nèi)，吹掃20min后，再利用鍋爐房外甲醇重餾分管道的低點導淋進行置換和排放。

（11）1＃鍋爐1＃、3＃角外部周圍安裝了有害氣體報警儀，甲醇重餾分檢測設定的報警參數(shù)為（甲醇）爆炸下限6%的20%，即周圍甲醇重餾分含量達到1.2%時即報警，同時聯(lián)鎖關閉甲醇重餾分摻燒控制閥。

4.3 安全操作要點

（1）甲醇重餾分摻燒系統(tǒng)開停車過程中，應嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，尤其是嚴格執(zhí)行氮氣和壓縮空氣吹掃程序，以確保安全生產(chǎn)。

（2）鍋爐運行正常時方可摻燒處置甲醇重餾分，即加入甲醇重餾分前應先確認爐膛內(nèi)燃料煤燃燒充分、火焰穩(wěn)定、明火閃耀，這是消除鍋爐燃爆事故風險的重要一環(huán)，應引起高度重視。

（3）涉及甲醇重餾分的場所為易燃易爆有毒區(qū)域，應嚴格管理，穿戴防靜電服、防靜電鞋；接觸甲醇重餾分及其蒸氣時，應佩戴過濾式防毒面具或空氣呼吸器、橡膠手套等；作業(yè)環(huán)境中甲醇重餾分最高允許濃度為50mg／m3；甲醇重餾分應密閉儲存、輸送和使用，保持空氣流通，安裝淋浴和洗眼設施并保證完好備用。

（4）甲醇重餾分一旦泄漏，應立即停泵或設法切斷泄漏源，用沙土或其他不燃材料吸附或吸收，也可用大量水沖洗，洗消水排入消防廢水收集池；出現(xiàn)大量泄漏時，應將甲醇重餾分存放于圍堤內(nèi)，用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內(nèi)，無法回收時應大量用水稀釋，排放至事故污水池內(nèi)。

（5）出現(xiàn)火情后，應立即使用泡沫滅火器或泡沫消防炮滅火；火勢較大時，應噴水冷卻火場儲罐，邊用水冷卻邊用泡沫滅火，直至火情處理完畢。

（6）皮膚接觸甲醇重餾分后，應立即脫去被污染的衣服，用肥皂水和清水沖洗皮膚；眼睛接觸甲醇重餾分后，應立即提起眼瞼用流動清水或生理鹽水沖洗，嚴重時及時就醫(yī)；吸入甲醇重餾分后，應迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，保持呼吸道暢通，呼吸困難時應輸氧，停止呼吸時應立即進行人工呼吸，并送醫(yī)；食入甲醇重餾分后，應飲用足量溫水，催吐，用清水或1%硫代硫酸鈉溶液洗胃，并就醫(yī)。

5 結 語

（1）危險廢物甲醇重餾分采用鍋爐摻燒處置時，其作為燃料與燃料煤一起燃燒，充分利用了其燃燒所產(chǎn)生的熱量，達到了廢物資源化利用和變廢為寶的目的。

（2）甲醇重餾分焚燒后主要產(chǎn)生CO2和水，較燃料煤燃燒生成的有害污染物質要少得多，經(jīng)原有脫硝、除塵和脫硫等環(huán)保設施處理后可實現(xiàn)達標排放，不增加任何后續(xù)處理費用。

（3）爐前甲醇重餾分摻燒槍系統(tǒng)為成套設備，其技術成熟，也是此次技改的核心部分，DCS一鍵式操作十分方便。

（4）實踐表明，陜西潤中采用的在燃煤鍋爐內(nèi)摻燒甲醇重餾分的工藝流程是可行的、技改方案是可靠的，技改項目投入試運行后，甲醇重餾分摻燒正常，甲醇重餾分燃燒效率＞95%，鍋爐運行安全穩(wěn)定，無不良影響，技改項目的成功工業(yè)化應用為無害化環(huán)保處理甲醇重餾分提供了一條有效的、便捷的途徑。

目前，盡管陜西潤中已辦理了相關的危險廢物自行處置手續(xù)，實施了摻燒甲醇重餾分的技改并成功試運行，但因近期委托有資質的單位處置甲醇重餾分時付費合算，故目前將其作為技術儲備予以擱置，待外委處置費用高時再重新啟用。