循環(huán)流化床鍋爐燒工業(yè)廢氣改造的探討

循環(huán)流化床鍋爐燒工業(yè)廢氣改造的探討

本文應(yīng)介紹北京東方化工有限公司，該公司于20世紀(jì)90年代竣工。目前，工廠的運(yùn)營(yíng)能力為16萬(wàn)噸噸。噸。在日常運(yùn)營(yíng)中，工業(yè)廢水的總量約為4000m。1設(shè)計(jì)顯水原理及低低水分吸焦?fàn)t爐爐身見(jiàn)表1現(xiàn)存于東方化工廠中的兩臺(tái)鍋爐的型號(hào)是CG-75/3.82-MX10，關(guān)于該裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)為：額定蒸發(fā)量為75t/h，額定蒸汽壓力為3.82MPa，其額定蒸汽溫度約為450℃，鍋爐給水的溫度為104℃，鍋爐的連續(xù)排污率大概在2%左右，冷風(fēng)的溫度為20℃，其中，一次風(fēng)熱風(fēng)溫度大概在100℃左右，二次風(fēng)冷風(fēng)溫度大概在180℃，排煙溫度為150℃，鍋爐設(shè)計(jì)的熱效率為89%左右，爐膛截面為3410mm×5630mm，鍋爐的凈高在21500mm左右，鍋爐中采用的高溫水冷旋風(fēng)分離器，且設(shè)計(jì)燃用煤種都是優(yōu)質(zhì)煙煤，每一臺(tái)鍋爐燃燒量為10t/h。其中火炬氣指的是工廠的乙烯裝置生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢氣，并且在其工業(yè)分析中：水分約為2.8%，灰分約為12.35%，揮發(fā)分約為33%，固定碳約為58%。對(duì)其中的元素進(jìn)行分析：碳約為71%，氫約為3%，氧約為8%，氮約為0.7%，火炬氣的主要成分是甲烷和氫氣，大約占70%左右，并且工廠為了能對(duì)火炬進(jìn)行再次回收利用，新建了一個(gè)浮頂氣柜和一臺(tái)低壓燃?xì)忮仩t，但這兩臺(tái)設(shè)備對(duì)火炬氣的回收利用率也才25%，回收利用量還是達(dá)不到要求。2對(duì)鍋爐進(jìn)行改造(1)改造后的鍋爐在鍋爐出力，熱效率以及主要工藝參數(shù)等方面都要與以前基本保持不變，改造完成后的設(shè)備不能影響循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化燃燒的爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)，除此之外，也不可以影響爐膛出口水冷旋風(fēng)分離器，以及鍋爐尾部設(shè)備的正常使用。(2)由于鍋爐是一種特殊的設(shè)備，因此，對(duì)于鍋爐的總體結(jié)構(gòu)是不能改變的，尤其是鍋爐的受熱面結(jié)構(gòu)，必須保證最后的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單實(shí)用的目的。(3)改造完成后的鍋爐應(yīng)該具備一套獨(dú)立的燃料氣供氣系統(tǒng)及儀表控制系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)必須相互獨(dú)立，但在鍋爐的安全保護(hù)方面又能做到相互聯(lián)系。鍋爐最后的主要功能是摻燒火炬氣，所以改造完的鍋爐的安全等級(jí)必須有所提高，對(duì)鍋爐進(jìn)行改造時(shí)，必須嚴(yán)格遵守燃油燃?xì)獾囊?guī)范，進(jìn)行相關(guān)操作。(4)改造完的鍋爐的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方式不能改變，必須保證其仍然使用燃煤進(jìn)行調(diào)節(jié)，且摻燒火炬氣的系統(tǒng)依然采用定燒方式，鍋爐中燃?xì)庀到y(tǒng)的調(diào)節(jié)也依舊是靠停運(yùn)、投運(yùn)質(zhì)量部的燃燒器方式運(yùn)行的。(5)改造完的鍋爐在使用時(shí)要盡可能達(dá)成燃燒器火炬可以充滿整個(gè)爐膛空間，并且能夠讓火炬保持在爐膛的中心位置，讓鍋爐中的火焰能夠在爐膛橫截面周圍均勻地伸展開(kāi)來(lái)，在對(duì)火炬氣進(jìn)行摻燒的過(guò)程中不能發(fā)生火焰直接對(duì)爐管進(jìn)行沖刷的情況。3混合和燃燒改造的主要系統(tǒng)3.1收、加壓以及處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火炬氣回收利用的主要基礎(chǔ)是火炬氣回收以及其供氣系統(tǒng)，目前的石油化工行業(yè)對(duì)于其產(chǎn)生的工業(yè)廢氣的各個(gè)方面都不能夠達(dá)到直接利用的條件，所以石油化工企業(yè)必須先建立起一整套比較完備的廢氣回收、加壓以及處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常情況下，主要有氣柜、燃?xì)鈮嚎s機(jī)、氣水分離以及過(guò)濾裝置等。首先，工廠中所生產(chǎn)的廢氣必須集中在臨時(shí)儲(chǔ)存的浮頂式氣柜中，該氣柜還必須具備可以增加燃?xì)庀到y(tǒng)的緩沖容量，這樣可以保證整個(gè)回收系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在燃?xì)鈮嚎s機(jī)加壓到0.45MPa時(shí)，再次經(jīng)過(guò)汽水分離裝置，實(shí)現(xiàn)燃?xì)庵械乃畾夥蛛x，對(duì)其中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，并且氣水分離裝置必須安裝兩個(gè)，一個(gè)在燃?xì)鈮嚎s機(jī)出口，另一個(gè)在用戶端火炬氣閥組前面，隨后經(jīng)過(guò)減壓至120kPa，再通過(guò)相關(guān)調(diào)節(jié)裝置，將火炬氣壓控制在60kPa左右，最終廢氣在燃燒器中得到充分的燃燒，接著進(jìn)入到鍋爐參與熱交換。3.2建立單獨(dú)的火炬氣燃燒系統(tǒng)鍋爐中的燃?xì)馊紵魇菍?duì)火炬氣進(jìn)行摻燒的核心，因此，燃燒器改造的成敗與之后鍋爐進(jìn)行摻燒時(shí)的安全與穩(wěn)定直接相關(guān)聯(lián)，在原有鍋爐的燃燒系統(tǒng)基礎(chǔ)上，鍋爐改造成單獨(dú)的火炬氣燃燒器，將預(yù)混方式，對(duì)火炬氣與空氣按照比例進(jìn)行混合后，經(jīng)過(guò)專門的點(diǎn)火燒嘴火焰式進(jìn)行點(diǎn)燃，這樣可以充分保障火炬氣能夠完全燃燒，以防火炬氣發(fā)生爆燃的情況。除此之外，燃燒器采用預(yù)混或者半預(yù)混的方式，不論哪種方式都可達(dá)到火焰剛強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)廢氣在鍋爐的火墻中能夠在其內(nèi)部進(jìn)行全面摻燒的目的。3.3鍋爐摻燒后的控制系統(tǒng)對(duì)于鍋爐中PLC控制系統(tǒng)的選用，經(jīng)過(guò)多方面的考慮，最終選擇了西門子公司的PLC控制系統(tǒng)。鍋爐的控制系統(tǒng)在改造時(shí)，必須嚴(yán)格遵守電力規(guī)范。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是：鍋爐中火炬氣燃燒器的自動(dòng)程序點(diǎn)火方面，設(shè)計(jì)成既可以在盤上進(jìn)行遙控操作，也可以工作人員在現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行手控操作；改造完的鍋爐必須實(shí)現(xiàn)對(duì)火炬器火焰進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣可以確實(shí)保證鍋爐摻燒火炬氣后的各項(xiàng)安全性，要提高工作人員在操作時(shí)的靈活性，鍋爐中新增加的火炬氣控制系統(tǒng)以及DCS控制系統(tǒng)，二者能夠做到在控制和調(diào)節(jié)方面彼此獨(dú)立，但在連鎖保護(hù)方面，二者卻相互聯(lián)系。如此一來(lái)，盡管鍋爐的相關(guān)系統(tǒng)出現(xiàn)停止等意外情況，鍋爐的燃燒系統(tǒng)也不會(huì)受其影響，還能夠投入到廢氣摻燒過(guò)程中。4鍋爐應(yīng)該注意一些問(wèn)題4.1嚴(yán)格燃?xì)獠僮麇仩t的安全性能方面是必須得到重視的，一旦安全性能得不到保證，將會(huì)出現(xiàn)財(cái)產(chǎn)損失以及人員傷亡的事件。因此，為了切實(shí)保證鍋爐摻燒火炬氣過(guò)程中，以及摻燒后的運(yùn)行安全，對(duì)火炬氣管路等改造，必須嚴(yán)格遵守燃?xì)庖?guī)范進(jìn)行操作。對(duì)鍋爐中的各種儀器、各種切斷閥和調(diào)節(jié)閥都應(yīng)該采用防爆型，并且在鍋爐運(yùn)行的周圍現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)該布置一定數(shù)量的可燃燒氣報(bào)警儀器，對(duì)于設(shè)備的各種管線閥門也必須嚴(yán)格進(jìn)行接地處理，也必須將鍋爐中的燃?xì)饬魉賴?yán)格控制在正常范圍之內(nèi)。鍋爐的各項(xiàng)程序控制應(yīng)該有比較完善的自動(dòng)點(diǎn)火和爐膛火焰保護(hù)監(jiān)視系統(tǒng)，并且該程序是人為無(wú)法進(jìn)行干預(yù)的。鍋爐進(jìn)行摻燒時(shí)，一旦出現(xiàn)摻燒的燃?xì)鈿鈮哼^(guò)高或者過(guò)低，燃燒的火焰出現(xiàn)熄滅等情況時(shí)，能夠保障火炬氣燃燒器會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)退出運(yùn)行，與此同時(shí)，鍋爐還會(huì)關(guān)閉火炬氣的總閥，以及各個(gè)分支閥，這樣才能切實(shí)保證鍋爐在摻燒后的各項(xiàng)安全。4.2對(duì)鍋爐爐內(nèi)的燃料的要求目前，鍋爐摻氣比例越高，則企業(yè)在廢氣回收利用中所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)相對(duì)比較高，但如果鍋爐摻氣的比例過(guò)高，對(duì)鍋爐的各個(gè)方面所產(chǎn)生的影響是比較大的，也會(huì)影響到鍋爐的安全穩(wěn)定性。鍋爐中使用的燃料如果不同，就會(huì)對(duì)鍋爐的爐內(nèi)傳熱和爐膛出口煙氣溫度造成影響，所以鍋爐在燃燒時(shí)必須保證燃燒氣體燃料要比燃燒煤時(shí)爐膛出口溫度要高出約50℃。除此之外，由于燃煤以及燃?xì)獯嬖谳^大的不同，鍋爐燃燒中所需要的空氣量，以及燃燒后所產(chǎn)生的煙氣量也有較大不同，因此對(duì)鍋爐摻燒比例的確定，對(duì)于鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性有較大幫助。4.3增加火炬氣技術(shù)按爐稈中部點(diǎn)排要想切實(shí)保障火炬氣燃燒煙氣和原有的燃燒煙氣能夠進(jìn)行充分良好的混合，應(yīng)避免鍋爐對(duì)廢氣進(jìn)行處理時(shí)，造成破壞爐內(nèi)正常煙氣流動(dòng)工況，或者是鍋爐中的火焰對(duì)燃煤硫化燃燒的影響，因此，必須將火炬氣燃燒器安至于爐膛中部上排二次排風(fēng)封口的地方，這樣能夠有效讓預(yù)混氣體進(jìn)入爐膛中。并且鍋爐原本的上排二次風(fēng)應(yīng)該安置于兩側(cè)墻上，每側(cè)墻各三只，在火炬氣燃燒器尺寸以及數(shù)量的選擇方面，必須以二次風(fēng)口尺寸和數(shù)量為考量標(biāo)準(zhǔn)。5鍋爐改造完成后的性能5.1煤的效益分析改造后的鍋爐能夠?qū)鹁鏆膺M(jìn)行摻燒，讓企業(yè)能夠直接取得經(jīng)濟(jì)效益，主要包括企業(yè)在廢氣回收利用上而帶來(lái)的節(jié)約燃煤所產(chǎn)生的效益，以及企業(yè)減少煤使用過(guò)程中對(duì)于節(jié)約脫硫劑方面所取得的效益。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，兩臺(tái)鍋爐每年可以為企業(yè)節(jié)約燃煤中取得的經(jīng)濟(jì)效益在1470萬(wàn)元左右，在幫助企業(yè)節(jié)約石灰石方面上所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益為10萬(wàn)元左右，所以，企業(yè)的兩臺(tái)鍋爐在進(jìn)行摻燒工業(yè)廢氣中，每一年能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益直接超過(guò)1000萬(wàn)元。5.2工廠周圍的不利影響企業(yè)對(duì)火炬氣進(jìn)行回收利用，可以大幅減少火炬氣因?yàn)橹苯优欧哦斐晒S周圍環(huán)境的不利影響，主要包括工廠周圍的燃燒噪音，各種污染物的排放，以及工業(yè)灰渣污染。與此同時(shí)，企業(yè)還消除了火炬燃燒后對(duì)社會(huì)所造成的種種負(fù)面影響，從而改善了人們?cè)拘哪恐泄S不好的形象。6對(duì)鍋爐的系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整通過(guò)實(shí)踐有效證明了東方化工廠通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行改造后，在工業(yè)廢氣的回收利用方面是成功的。東方化工廠的兩臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐在進(jìn)行一系