三廢爐環(huán)保節(jié)能提標改造運行優(yōu)化研究

穆彥懷，呂 迪，楊丑偉，張寧波

（晉能控股裝置備制造集團天源山西化工有限公司，山西 高平 048400）

引言

目前國內(nèi)以煤為原料生產(chǎn)液氨、甲醇企業(yè),有的以常壓固定床間歇式氣化裝置生產(chǎn)半水煤氣。間歇式氣化爐運行過程中，因提升爐溫需要產(chǎn)生大量的吹風氣,其中可燃成分CH4+H2約占8%～12%,并含有大量的可燃煤粉塵。據(jù)不完全統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 萬t 合成氨約排放250 萬Nm3～400 萬Nm3可燃氣體，接近百噸的煤粉塵，不僅污染周邊環(huán)境，并造成較大的浪費[1-2]。因此，氣化裝置須將吹風氣進一步回收利用，同時回收仳工生產(chǎn)排放的合成弛放氣中可燃成分的顯熱和潛熱，進入三廢爐燃燒，為化工生產(chǎn)提供穩(wěn)定的動力蒸汽及熱量，解決吹風氣排放存在的環(huán)保問題。實現(xiàn)吹風氣的綜合利用價值，達到節(jié)約燃料，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力，增加經(jīng)濟效益、實現(xiàn)環(huán)境效益的目的。

1 項目背景

晉能控股裝備制造集團天源山西化工有限公司4060 合成氨尿素項目，即設(shè)計產(chǎn)能為年產(chǎn)36 萬t 成氨、4 萬t 甲醇、60 萬t 大顆粒尿素，經(jīng)過近幾年生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能挖潛、升級優(yōu)化，裝置產(chǎn)能不斷提升。4060合成氨尿素工程氣化裝置采用傳統(tǒng)常固定床間歇式氣化工藝，配置2 800 mm 氣化爐32 臺，每16 臺爐配套一臺三廢爐運行。在運行過程中存在的問題有：吹風氣夾帶的粉塵進入U 型水封后，經(jīng)常將U 封的排水管堵塞；在氣化爐停開期間，都需要加水封進行隔離，由于水封溢流口和補水管都在U 型水封的進氣段，導致吹風氣和水混合從溢流口排出，造成環(huán)境污染；三廢爐運行中采用皮帶給煤機加螺旋給煤機的運行方式，在皮帶給煤機向螺旋給煤機轉(zhuǎn)運處，經(jīng)常會有煙氣和粉塵冒出；上述3 個問題導致空氣中PM10經(jīng)常在40 μm/m3～100 μm/m3左右和PM2.5在100 μm/m3～200 μm/m3左右。

根據(jù)我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定，PM10一級標準年和24 小時平均濃度限值分別為40 μm/m3和50 μm/m3，二級標準年和24 h 平均濃度限值分別為100 μm/m3和150 μm/m3[3-4]。天源公司三廢爐運行不能滿足環(huán)保要求，必須經(jīng)過優(yōu)化升級改造才能達到環(huán)保要求。

2 改造目標及方案

改造目標：達到環(huán)保排放要求、提高鍋爐燃燒效率、降低噸蒸汽燃燒料消耗、改善鍋爐操作環(huán)境，實際三廢爐安全環(huán)保經(jīng)濟運行。

2.1 三廢混燃鍋爐改造前情況

公司有一臺75 t/h 三廢混燃鍋爐，主要燃料為煤、氣化爐廢渣、氣化吹風氣、化工生產(chǎn)過程中的馳放氣。煤和氣化爐渣以1∶1 的比例混合后進入煤倉，經(jīng)給煤機進入鍋爐燃燒，氣化吹風氣從鍋爐上部與空氣混合后進入鍋爐燃燒，化工生產(chǎn)過程中的施放氣從鍋爐上部與空氣混合后進入鍋爐燃燒[5]。

問題一是由于鍋爐給煤機系統(tǒng)設(shè)計不合理，選用皮帶給煤機加螺旋給煤機組合的方式向爐內(nèi)給煤，導致在運行過程中在大量煙氣夾帶煤粉從給煤機入口處向外噴出，造成鍋爐周圍環(huán)境揚塵較大。

問題二是氣化吹風氣水封補水管和排溢流口設(shè)計不合理，補水管和溢流口設(shè)計在U 型水封同一側(cè)，導致會有少量氣化吹風氣排出，污染環(huán)境。

問題三是U 型水封排水口控制閥和U 型管段連接管太長，在運行中或停開系統(tǒng)期間加水封時，水封排水管也控制閥連接處，每次都會有粉塵把管段堵塞，導致不能正常排水。

2.2 改造方案及思路

要對U 型水封和給煤機系統(tǒng)進行改造優(yōu)化，達到環(huán)保排放要求。

針對第一個給煤系統(tǒng)外噴粉塵問題，首先對給煤機進行選擇，現(xiàn)在鍋爐采用的給煤機分為螺旋給煤機、皮帶式給煤機、往復式給煤機、刮板式給煤機與圓盤式給煤機等，皮帶式給煤機主要由殼體，皮帶輸送，密封空氣系統(tǒng)，稱重機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)，清理機構(gòu)，斷煤及堵煤信號機構(gòu)等組成，主要通過皮帶進行運輸工作，運輸過程中，通過皮帶下的皮帶秤完成稱重。往復式給煤機主要由底板，架，漏斗，傳動平臺等組成，體積較小，生產(chǎn)能力較大，主要用于礦井及選煤廠。在使用過程中，底板做往復式直線運動。刮板式給煤機主要由鏈條，臺板，刮板，調(diào)節(jié)板，鏈輪，及轉(zhuǎn)動裝置等組成，在使用過程中，被運煤落到臺板上，然后通過裝在鏈條上的刮板，由刮板刮落入出煤管；刮板式給煤機通過調(diào)節(jié)給煤機轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)閘板位置實現(xiàn)調(diào)節(jié)給煤量。它可制成全封閉式，煤種適用性較廣，但占地較大，運行中當煤壓實之后刮板有時浮起，易被煤中木塊、石塊卡住而斷煤。圓盤式給煤機利用調(diào)節(jié)圓盤轉(zhuǎn)速、內(nèi)套管位置改變圓盤上的給煤量;調(diào)節(jié)刮刀角度以改變刮煤量。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好等優(yōu)點，但遇高水分煤時易產(chǎn)生堵煤和打滑。

經(jīng)過對各種給煤機的對比后，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，我們討論決定在原給煤機系統(tǒng)上進行改造優(yōu)化，由皮帶給煤機和螺旋給煤機的組合，改為去掉皮帶給煤機，將螺旋給煤機加長，單獨用螺旋給煤機向鍋爐給煤，并相應的對煤倉進行技改，合理利用原有的煤倉直段，對原煤倉的斜坡段和下料口進行改造，煤倉斜坡下料口靠近給煤機這一面拉直，煤倉三個面根據(jù)實際，以給煤機入口為中心，進行改造，這樣煤倉和給煤機就實現(xiàn)無縫對接，滿足生產(chǎn)的同時，消除對環(huán)境的影響。這樣還減少兩臺皮帶給煤機運行，降低電耗的同時，美化了環(huán)境。

三廢爐DCS 系統(tǒng)及電路系統(tǒng)改造，在原有的給煤系統(tǒng)上進行改造，將皮帶給煤調(diào)控系統(tǒng)刪掉，重新對DCS 進行組態(tài)，利用原有的螺旋給煤控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，不增加負荷DCS 費用。

針對第二和第三個U 型水封問題的解決辦法：利用系統(tǒng)停運檢修期間，將補水管溢流管和排水管進行改造。將U 型水封原有溢流管拆除，在U 型水封的出氣口重新開孔，安裝溢流管，這樣補水管和溢流管分開，分別在U 型水封的進出段上，并且U 型水封的出氣段與三廢鍋爐連接，運行期間為微負壓狀態(tài)，不會對環(huán)境造成環(huán)境。

針對U 型水封排水管經(jīng)常堵塞的問題，經(jīng)過多次向U 型水封加水和排水后觀察發(fā)現(xiàn)，主要原因是排水管控制閥與U 型水封底部的連接管太長，加水封后，水會將管道里沉積的粉塵沖洗下來，在連接管段積聚，導致連接管堵塞，水封水無法排除。針對這些現(xiàn)象，我們利用系統(tǒng)檢修期間，將U 型水封排水管拆除，重新制作新的排水管，并將U 型水封排水管控制閥與U 型水封底部連接管，只留50 mm 的距離，徹底解決U 型水封排水堵塞問題，達到安全穩(wěn)定運行。

3 改造過程

項目實施過程歷經(jīng)施圖設(shè)計，對原鍋爐爐墻拆除一部分，給煤機重新安裝就位后，再對鍋爐爐墻進行恢復；在施工現(xiàn)場制作新給煤機，將原煤倉的堆體部分進行拆除，根據(jù)圖紙設(shè)計，在現(xiàn)場重新進行制作安裝。將原U 型水封溢流管和排水管拆除，在現(xiàn)場重新進行預制安裝。將原皮帶給煤機電路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)拆除，利用原螺旋給煤機控制 系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)給煤量。經(jīng)過歷時20 天完成改造,實現(xiàn)U 型水封和給煤機投入運行。具體改造前后對比圖，如圖1、圖2 所示。

圖1 改造前后給煤機對比圖

圖2 改造前后水封對比圖

4 實施效果

U 型水封和給煤機技改投入運行后，對運行模式進行了探討，并對三廢爐的運行數(shù)據(jù)進行分析，最終確定U 型水封和鍋爐給煤機的運行方式。

4.1 改造前的運行模式

開停三廢爐期間，U 型水封補水閥一直保持長開，確保溢流口長流水，來確保U 型水封的正常運行。

三廢爐正常運行期間，鍋爐給煤由皮帶給煤機調(diào)整給煤量，螺旋給煤機變頻是皮帶給煤機變頻的2 倍轉(zhuǎn)速運行，改造前現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測見表1 所示。

表1 改造前現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測

4.2 改造后運行模式

U 型水封在開停三廢爐期間，由進氣側(cè)進水，出氣側(cè)排水，保持長流水，現(xiàn)場再沒有廢氣排出現(xiàn)象，徹底解決了環(huán)保污染問題。

三廢爐給煤機把皮帶給煤機去掉后，螺旋加長直接將煤送入三廢爐內(nèi)，徹底解決了煙氣和粉塵污染問題，改造后現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測，如表2 所示。

表2 改造后現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測

從表2 中可以看出，三廢爐U 型水封和給煤機改造后，現(xiàn)場PM10和PM2.5濃度高，波動大的問題得到徹底的解決。達到改造預期的效果，實現(xiàn)達標排放。

5 結(jié)論

天源山西化工有限責任公司三廢爐優(yōu)化提標改造項目避開了投資高、占地大、設(shè)備多的改造路線，采用與生產(chǎn)密切聯(lián)系的系統(tǒng)思維方式，去掉無用的設(shè)備，合理利用現(xiàn)有的資源，最終達到安全環(huán)保要求，生產(chǎn)也能長周期安全穩(wěn)定運行。