本文刊登于PROCESS《流程工業(yè)》2023年第5期

《循環(huán)經(jīng)濟(jì)的九條路徑》

文/于偉然 王明蘭 滿(mǎn)昌龍

【資料圖】

本文作者供職于聯(lián)泓（山東）化學(xué)有限公司

我司鍋爐裝置由3臺(tái)濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)的140t/h循環(huán)流化床鍋爐及其輔機(jī)系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)（爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)、爐外石灰石－石膏法脫硫系統(tǒng)）、脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)以及爐外脫硫系統(tǒng)等構(gòu)成。為優(yōu)化鍋爐裝置運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗以及達(dá)標(biāo)排放，近幾年我公司實(shí)施了爐外脫硫、低氮燃燒、鍋爐給水泵以及可燃?xì)怏w摻燒優(yōu)化改造項(xiàng)目，效果較好。

鍋爐爐外脫硫改造

改造背景

我司鍋爐裝置煙氣脫硫原采用爐內(nèi)噴鈣的工藝，按照二氧化硫≤200mg/m3指標(biāo)設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化控制，可做到二氧化硫外排指標(biāo)為≤100mg/m3。

山東省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（2018）規(guī)定：鍋爐煙氣二氧化硫外排指標(biāo)為≤35mg/m3，粉塵外排指標(biāo)≤10mg/m3，氮氧化物指標(biāo)≤10mg/m3。按照目前公司鍋爐運(yùn)行狀況，需控制入爐煤的硫含量在0.6%以下，才能保證外排二氧化硫達(dá)標(biāo)，限制了煤源。并且在鍋爐負(fù)荷變動(dòng)、倒?fàn)t及入爐煤熱值波動(dòng)時(shí)，也需保證達(dá)標(biāo)排放。所以為拓展煤源，保證達(dá)標(biāo)排放，實(shí)施爐外脫硫優(yōu)化改造項(xiàng)目。

改造方案

經(jīng)考察對(duì)比，采用石灰石－石膏脫硫工藝，按3爐2塔設(shè)計(jì)，共2套煙氣脫硫吸收系統(tǒng)。兩臺(tái)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)脫硫塔1開(kāi)1備，3臺(tái)鍋爐并列運(yùn)行時(shí)，要求2套脫硫系統(tǒng)能同時(shí)運(yùn)行。脫硫效率按不小于98.6％設(shè)計(jì)。副產(chǎn)品后處理系統(tǒng)共用一套，設(shè)計(jì)能力按鍋爐最大煙氣量時(shí)所產(chǎn)的石膏量計(jì)。系統(tǒng)由煙氣系統(tǒng)、吸收劑儲(chǔ)存制備與供應(yīng)系統(tǒng)、SO2吸收循環(huán)系統(tǒng)、旋流系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、副產(chǎn)品貯存系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)以及漿液排出系統(tǒng)與回收系統(tǒng)等設(shè)備組成。

脫硫塔上部采用除霧器，2個(gè)脫硫塔出口共用150m砼煙囪排放，在150m煙囪檢修時(shí)可通過(guò)塔上臨時(shí)直排50m煙囪排放，配置一套在線監(jiān)測(cè)裝置，兩塔共用制漿系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)。

改造后效果

改造實(shí)施后，在鍋爐燃用煤種的硫含量≤1%，脫硫塔設(shè)計(jì)最大煙氣量條件下，脫硫效率≥98.6 ％，脫硫塔出口SO2≤35mg/Nm3、凈煙氣粉塵含量≤5mg/Nm3（標(biāo)態(tài)、干基、6%氧）。煙氣外排二氧化硫、粉塵指標(biāo)滿(mǎn)足超低排放要求，脫硫廢水滿(mǎn)足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

鍋爐低氮燃燒改造項(xiàng)目

改造背景

我司鍋爐裝置原設(shè)計(jì)煙氣氮氧化物≤300～350mg/Nm3，能滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)的排放標(biāo)準(zhǔn)。2015年排放標(biāo)準(zhǔn)要求控制≤100mg/Nm3，通過(guò)新上SNCR脫硝系統(tǒng)，能滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)。2019年山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB37/664—2019》再次提出要求，從2020年1月1日起鍋爐煙氣外排氮氧化物執(zhí)行≤50mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。

基于環(huán)保要求，我公司進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。入爐煤熱值在4200cal/g以?xún)?nèi)時(shí)，通過(guò)SNCR脫硝系統(tǒng)處理，增加氨水投入量，氮氧化物可控制在50mg/Nm3以?xún)?nèi)。熱值高于4500cal/g以上時(shí)，鍋爐床溫大幅上升，需提高一二次風(fēng)送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因空氣量的增加造成煙氣原始氮氧化物升高，僅靠SNCR脫硝很難控制氮氧化物在50mg/Nm3以?xún)?nèi)。而且在入爐煤發(fā)熱量大于4500 cal/g，由于鍋爐送風(fēng)量增加，會(huì)造成風(fēng)機(jī)電耗和排煙熱損失的增加，鍋爐能耗升高、效率下降，且鍋爐帶負(fù)荷困難。

因此，為保證鍋爐煙氣NOx濃度達(dá)標(biāo)排放，尤其是在燃用高熱值煤時(shí)確保達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)能夠滿(mǎn)足帶負(fù)荷的要求、降低氨水消耗量，實(shí)施鍋爐低氮燃燒改造。

改造方案

本次改造以調(diào)整鍋爐燃燒改造為主，降低改造成本，提高改造效果，通過(guò)利用循環(huán)流化床鍋爐燃燒機(jī)理本身，降低氮氧化物的生成。

1.鍋爐布風(fēng)裝置改造本次改造去掉部分風(fēng)帽，將布風(fēng)板面積進(jìn)行優(yōu)化縮減，用耐火材料砌筑斜面風(fēng)室。保證流化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低一次風(fēng)量，均衡截面熱負(fù)荷，提高流化的均勻性。采用合理的一次風(fēng)份額，保證燃燒過(guò)程前期必需的氧量，使燃料在缺氧、富燃料燃燒條件下燃燒，實(shí)現(xiàn)還原性的燃燒氛圍。在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應(yīng)率，減少NOx在這一燃燒過(guò)程中的生成量。

2.分離器改造

（1）中心筒優(yōu)化改造

本次改造在不改動(dòng)原有中心筒位置的基礎(chǔ)上在中心筒下部增加縮徑偏心組件。在相同入口氣速下，中心筒直徑變小，分離器內(nèi)顆粒切向速度會(huì)隨著中心筒直徑的減小而增大，中心筒入口短路流量減小，有利于分離，且減弱了流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，旋流的不穩(wěn)定性降低，分離器的總壓降增加，提高分離效率。

（2）分離器入口優(yōu)化改造

本次改造將在分離器入口側(cè)墻上用耐熱鋼筋和可塑料增加向內(nèi)的切角，縮小分離器入口寬度，提高分離器入口煙速，優(yōu)化分離器入口角度，達(dá)到提高分離器分離效率的效果。由此實(shí)現(xiàn)合理的煙氣流速和流向，并使煙氣和夾帶的物料在進(jìn)入旋風(fēng)分離器之前就可得到較大的動(dòng)量，更好地完成氣固分離。

（3）返料器改造

本次改造對(duì)返料器的風(fēng)帽進(jìn)行更換，按實(shí)際需要的風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證松動(dòng)風(fēng)在流化的前提下風(fēng)量最小，以防反串影響分離器效率，返料風(fēng)可調(diào)性好，以保證返料通暢。從而從結(jié)構(gòu)上提高料腿的物料高度及返料能力，保證分離器的效率，達(dá)到提高料腿的物料高度及返料能力，增加外循環(huán)灰量，從而起到控制床溫的作用。

改造后效果

作為環(huán)保項(xiàng)目，環(huán)保達(dá)標(biāo)（氮氧化物指標(biāo)≤50mg/m3）的前提下實(shí)現(xiàn)減少消耗，通過(guò)前期改造的運(yùn)行效果來(lái)看，改造效果比較明顯，氨水消耗明顯下降，同時(shí)拓展了煤源，可采購(gòu)性?xún)r(jià)比更高的煤種，降低了采購(gòu)成本，且在燃用4700~5000kcal發(fā)熱量煤時(shí)，鍋爐可帶滿(mǎn)負(fù)荷。

高壓鍋爐給水泵節(jié)能改造

改造背景

鍋爐裝置2DG-9鍋爐給水泵運(yùn)行方式為2臺(tái)給水泵同時(shí)給2臺(tái)鍋爐供水，鍋爐上水調(diào)節(jié)閥前壓力14.5MPa左右，閥后壓力11.0MPa左右，流量130t/h,壓力14.5MPa，電流64.4A，每小時(shí)耗電量=1.732×10×64.4×0.87=970kW（1.732×電壓×電流×功率因數(shù)），能耗較高。實(shí)際水泵出口壓力12.60MPa就能滿(mǎn)足鍋爐運(yùn)行要求，為降低水泵電耗，需對(duì)水泵進(jìn)行改造。

改造方案

根據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)情況和投入的綜合考慮，決定拆除2DG-9鍋爐給水泵第8級(jí)葉輪及導(dǎo)葉，原裝配第8級(jí)葉輪處改為軸套，按照給水泵大修周期，在大修時(shí)間逐臺(tái)進(jìn)行改造，每臺(tái)泵的改造工期用時(shí)30 天。改造期間選在給水泵進(jìn)行大修期間，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響。

改造后效果

給水泵運(yùn)行方式為2臺(tái)給水泵同時(shí)給2臺(tái)鍋爐供水，通過(guò)設(shè)備改造，拆除一級(jí)葉輪，使給水壓力降至12.94MPa，在滿(mǎn)足生產(chǎn)運(yùn)行壓力的同時(shí)，能耗降低11%。鍋爐給水泵配置的是功率為1250 kW的電動(dòng)機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的功率按970kW計(jì)算，改造后的兩臺(tái)給水泵每小時(shí)可節(jié)電970×11%×2=213.4kW·h，電價(jià)按照0.62元/kW·h計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)100余萬(wàn)元。改造過(guò)程中沒(méi)有設(shè)備和資金的投入，改造過(guò)后的經(jīng)濟(jì)效益非常好，可以進(jìn)行改造。

鍋爐可燃?xì)怏w摻燒項(xiàng)目

改造背景

可燃?xì)夥趴罩粱鹁嫒紵?，其中的有效成分損失浪費(fèi)。如果可燃?xì)饣厥绽茫瑢?huì)大大提高經(jīng)濟(jì)效益，這對(duì)于節(jié)約能源，降低消耗是行之有效的辦法。

1.合成工段弛放氣放空部分并入鍋爐燃燒，達(dá)到節(jié)煤效果。

2.膨脹氣放空部分并入硫回收燃燒爐和焚燒爐進(jìn)行回收利用。用于副產(chǎn)中、低壓蒸汽，避免了進(jìn)入火炬燃燒造成的浪費(fèi)。

3.精餾工段不凝氣壓力0.03～0.04MPa，并入鍋爐燃燒，達(dá)到節(jié)煤效果。

改造方案

連接燃料氣管網(wǎng)與酸性氣管網(wǎng)，可燃?xì)怏w引入酸性氣管線，入鍋爐摻燒，合理利用熱能。

改造后效果

可燃?xì)怏w原設(shè)計(jì)送完火炬，浪費(fèi)了可燃?xì)獾臒崮埽湾仩t摻燒后，年節(jié)約4000kcal動(dòng)力煤約 1.5萬(wàn)t。

結(jié)語(yǔ)

鍋爐裝置作為重要能源的消耗裝置，且動(dòng)力煤燃燒產(chǎn)生的部分反應(yīng)物作為環(huán)保管控指標(biāo)，需進(jìn)行排放控制，近幾年隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，原鍋爐裝置需通過(guò)優(yōu)化改造滿(mǎn)足排放指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)化裝置運(yùn)行實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。我司近幾年實(shí)施的優(yōu)化改造較為成功，值得推廣。

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