三廢爐環保節能提標改造運行分析

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引言

目前國內以煤為原料生產液氨、甲醇企業,有的以常壓固定床間歇式氣化裝置生產半水煤氣。間歇式氣化爐運行過程中，因提升爐溫需要產生大量的吹風氣,其中可燃成分CH4+H2約占8%～12%,并含有大量的可燃煤粉塵。據不完全統計，每生產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，為化工生產提供穩定的動力蒸汽及熱量，解決吹風氣排放存在的環保問題。實現吹風氣的綜合利用價值，達到節約燃料，降低生產成本，提高產品競爭力，增加經濟效益、實現環境效益的目的。

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，即設計產能為年產36萬t成氨、4萬t甲醇、60萬t大顆粒尿素，經過近幾年生產系統節能挖潛、升級優化，裝置產能不斷提升。4060合成氨尿素工程氣化裝置采用傳統常固定床間歇式氣化工藝，配置2800mm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運處，經常會有煙氣和粉塵冒出；上述3個問題導致空氣中PM10經常在40μm/m3～100μm/m3左右和PM2.5在100μm/m3～200μm/m3左右。根據我國《環境空氣質量標準》中規定，PM10一級標準年和24小時平均濃度限值分別為40μm/m3和50μm/m3，二級標準年和24h平均濃度限值分別為100μm/m3和150μm/m3[3-4]。天源公司三廢爐運行不能滿足環保要求，必須經過優化升級改造才能達到環保要求。

2改造目標及方案

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

2.1三廢混燃鍋爐改造前情況公司有一臺75t/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設計不合理，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計不合理，補水管和溢流口設計在U型水封同一側，導致會有少量氣化吹風氣排出，污染環境。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進行改造優化，達到環保排放要求。針對第一個給煤系統外噴粉塵問題，首先對給煤機進行選擇，現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，稱重機構，驅動機構，清理機構，斷煤及堵煤信號機構等組成，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，調節板，鏈輪，及轉動裝置等組成，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節給煤機轉速和調節閘板位置實現調節給煤量。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節圓盤轉速、內套管位置改變圓盤上的給煤量;調節刮刀角度以改變刮煤量。它具有結構緊湊、密封性好等優點，但遇高水分煤時易產生堵煤和打滑。經過對各種給煤機的對比后，結合現場實際情況，我們討論決定在原給煤機系統上進行改造優化，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無縫對接，滿足生產的同時，消除對環境的影響。這樣還減少兩臺皮帶給煤機運行，降低電耗的同時，美化了環境。三廢爐DCS系統及電路系統改造，在原有的給煤系統上進行改造，將皮帶給煤調控系統刪掉，重新對DCS進行組態，利用原有的螺旋給煤控制系統進行調節，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，不會對環境造成環境。針對U型水封排水管經常堵塞的問題，經過多次向U型水封加水和排水后觀察發現，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。針對這些現象，我們利用系統檢修期間，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50mm的距離，徹底解決U型水封排水堵塞問題，達到安全穩定運行。

3改造過程

項目實施過程歷經施圖設計，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；在施工現場制作新給煤機，將原煤倉的堆體部分進行拆除，根據圖紙設計，在現場重新進行制作安裝。將原U型水封溢流管和排水管拆除，在現場重新進行預制安裝。將原皮帶給煤機電路系統和控制系統拆除，利用原螺旋給煤機控制系統進行調節給煤量。經過歷時20天完成改造,實現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。

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據進行分析，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整給煤量，螺旋給煤機變頻是皮帶給煤機變頻的2倍轉速運行，改造前現場數據檢測見表1所示。

4.2改造后運行模式U型水封在開停三廢爐期間，由進氣側進水，出氣側排水，保持長流水，現場再沒有廢氣排出現象，徹底解決了環保污染問題。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，徹底解決了煙氣和粉塵污染問題，改造后現場數據檢測，如表2所示。從表2中可以看出，三廢爐U型水封和給煤機改造后，現場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，實現達標排放。

5結論

天源山西化工有限責任公司三廢爐優化提標改造項目避開了投資高、占地大、設備多的改造路線，采用與生產密切聯系的系統思維方式，去掉無用的設備，合理利用現有的資源，最終達到安全環保要求，生產也能長周期安全穩定運行。

參考文獻

[1]念吉紅.三廢混燃爐吹風氣投運總結[J].中氮肥，2015（5）：36-38.[2]梅樹美.三廢混燃爐裝置的技術改造[J].安徽化工，2017，43（4）：47-48.

[3]安磊.75t/h三廢混燃爐低氦燃燒改造小結[J].氮肥與合成氣，2017，45（8）：30-31.

[4]師景玲.2×55t/h三廢綜合混燃爐運行總結[J].氮肥技術，2016，37（5）：30-33.

[5]趙東生.天溪煤制油分公司三廢鍋爐運行實踐[C]//第八屆全國煤炭工業生產一線青年技術創新大會論文集，2013：520-526.

作者:穆彥懷 呂迪 楊丑偉 張寧波 單位:晉能控股裝置備制造集團天源山西化工有限公司