时间:2023-03-09 10:19:21
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引言
目前国内以煤为原料生产液氨、甲醇企业,有的以常压固定床间歇式气化装置生产半水煤气。间歇式气化炉运行过程中,因提升炉温需要产生大量的吹风气,其中可燃成分CH4+H2约占8%~12%,并含有大量的可燃煤粉尘。据不完全统计,每生产1万t合成氨约排放250万Nm3~400万Nm3可燃气体,接近百吨的煤粉尘,不仅污染周边环境,并造成较大的浪费[1-2]。因此,气化装置须将吹风气进一步回收利用,同时回收仳工生产排放的合成弛放气中可燃成分的显热和潜热,进入三废炉燃烧,为化工生产提供稳定的动力蒸汽及热量,解决吹风气排放存在的环保问题。实现吹风气的综合利用价值,达到节约燃料,降低生产成本,提高产品竞争力,增加经济效益、实现环境效益的目的。
1项目背景
晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司4060合成氨尿素项目,即设计产能为年产36万t成氨、4万t甲醇、60万t大颗粒尿素,经过近几年生产系统节能挖潜、升级优化,装置产能不断提升。4060合成氨尿素工程气化装置采用传统常固定床间歇式气化工艺,配置2800mm气化炉32台,每16台炉配套一台三废炉运行。在运行过程中存在的问题有:吹风气夹带的粉尘进入U型水封后,经常将U封的排水管堵塞;在气化炉停开期间,都需要加水封进行隔离,由于水封溢流口和补水管都在U型水封的进气段,导致吹风气和水混合从溢流口排出,造成环境污染;三废炉运行中采用皮带给煤机加螺旋给煤机的运行方式,在皮带给煤机向螺旋给煤机转运处,经常会有烟气和粉尘冒出;上述3个问题导致空气中PM10经常在40μm/m3~100μm/m3左右和PM2.5在100μm/m3~200μm/m3左右。根据我国《环境空气质量标准》中规定,PM10一级标准年和24小时平均浓度限值分别为40μm/m3和50μm/m3,二级标准年和24h平均浓度限值分别为100μm/m3和150μm/m3[3-4]。天源公司三废炉运行不能满足环保要求,必须经过优化升级改造才能达到环保要求。
2改造目标及方案
改造目标:达到环保排放要求、提高锅炉燃烧效率、降低吨蒸汽燃烧料消耗、改善锅炉操作环境,实际三废炉安全环保经济运行。
2.1三废混燃锅炉改造前情况公司有一台75t/h三废混燃锅炉,主要燃料为煤、气化炉废渣、气化吹风气、化工生产过程中的驰放气。煤和气化炉渣以1∶1的比例混合后进入煤仓,经给煤机进入锅炉燃烧,气化吹风气从锅炉上部与空气混合后进入锅炉燃烧,化工生产过程中的施放气从锅炉上部与空气混合后进入锅炉燃烧[5]。问题一是由于锅炉给煤机系统设计不合理,选用皮带给煤机加螺旋给煤机组合的方式向炉内给煤,导致在运行过程中在大量烟气夹带煤粉从给煤机入口处向外喷出,造成锅炉周围环境扬尘较大。问题二是气化吹风气水封补水管和排溢流口设计不合理,补水管和溢流口设计在U型水封同一侧,导致会有少量气化吹风气排出,污染环境。问题三是U型水封排水口控制阀和U型管段连接管太长,在运行中或停开系统期间加水封时,水封排水管也控制阀连接处,每次都会有粉尘把管段堵塞,导致不能正常排水。
2.2改造方案及思路要对U型水封和给煤机系统进行改造优化,达到环保排放要求。针对第一个给煤系统外喷粉尘问题,首先对给煤机进行选择,现在锅炉采用的给煤机分为螺旋给煤机、皮带式给煤机、往复式给煤机、刮板式给煤机与圆盘式给煤机等,皮带式给煤机主要由壳体,皮带输送,密封空气系统,称重机构,驱动机构,清理机构,断煤及堵煤信号机构等组成,主要通过皮带进行运输工作,运输过程中,通过皮带下的皮带秤完成称重。往复式给煤机主要由底板,架,漏斗,传动平台等组成,体积较小,生产能力较大,主要用于矿井及选煤厂。在使用过程中,底板做往复式直线运动。刮板式给煤机主要由链条,台板,刮板,调节板,链轮,及转动装置等组成,在使用过程中,被运煤落到台板上,然后通过装在链条上的刮板,由刮板刮落入出煤管;刮板式给煤机通过调节给煤机转速和调节闸板位置实现调节给煤量。它可制成全封闭式,煤种适用性较广,但占地较大,运行中当煤压实之后刮板有时浮起,易被煤中木块、石块卡住而断煤。圆盘式给煤机利用调节圆盘转速、内套管位置改变圆盘上的给煤量;调节刮刀角度以改变刮煤量。它具有结构紧凑、密封性好等优点,但遇高水分煤时易产生堵煤和打滑。经过对各种给煤机的对比后,结合现场实际情况,我们讨论决定在原给煤机系统上进行改造优化,由皮带给煤机和螺旋给煤机的组合,改为去掉皮带给煤机,将螺旋给煤机加长,单独用螺旋给煤机向锅炉给煤,并相应的对煤仓进行技改,合理利用原有的煤仓直段,对原煤仓的斜坡段和下料口进行改造,煤仓斜坡下料口靠近给煤机这一面拉直,煤仓三个面根据实际,以给煤机入口为中心,进行改造,这样煤仓和给煤机就实现无缝对接,满足生产的同时,消除对环境的影响。这样还减少两台皮带给煤机运行,降低电耗的同时,美化了环境。三废炉DCS系统及电路系统改造,在原有的给煤系统上进行改造,将皮带给煤调控系统删掉,重新对DCS进行组态,利用原有的螺旋给煤控制系统进行调节,不增加负荷DCS费用。针对第二和第三个U型水封问题的解决办法:利用系统停运检修期间,将补水管溢流管和排水管进行改造。将U型水封原有溢流管拆除,在U型水封的出气口重新开孔,安装溢流管,这样补水管和溢流管分开,分别在U型水封的进出段上,并且U型水封的出气段与三废锅炉连接,运行期间为微负压状态,不会对环境造成环境。针对U型水封排水管经常堵塞的问题,经过多次向U型水封加水和排水后观察发现,主要原因是排水管控制阀与U型水封底部的连接管太长,加水封后,水会将管道里沉积的粉尘冲洗下来,在连接管段积聚,导致连接管堵塞,水封水无法排除。针对这些现象,我们利用系统检修期间,将U型水封排水管拆除,重新制作新的排水管,并将U型水封排水管控制阀与U型水封底部连接管,只留50mm的距离,彻底解决U型水封排水堵塞问题,达到安全稳定运行。
3改造过程
项目实施过程历经施图设计,对原锅炉炉墙拆除一部分,给煤机重新安装就位后,再对锅炉炉墙进行恢复;在施工现场制作新给煤机,将原煤仓的堆体部分进行拆除,根据图纸设计,在现场重新进行制作安装。将原U型水封溢流管和排水管拆除,在现场重新进行预制安装。将原皮带给煤机电路系统和控制系统拆除,利用原螺旋给煤机控制系统进行调节给煤量。经过历时20天完成改造,实现U型水封和给煤机投入运行。具体改造前后对比图,如图1、图2所示。
4实施效果
U型水封和给煤机技改投入运行后,对运行模式进行了探讨,并对三废炉的运行数据进行分析,最终确定U型水封和锅炉给煤机的运行方式。
4.1改造前的运行模式开停三废炉期间,U型水封补水阀一直保持长开,确保溢流口长流水,来确保U型水封的正常运行。三废炉正常运行期间,锅炉给煤由皮带给煤机调整给煤量,螺旋给煤机变频是皮带给煤机变频的2倍转速运行,改造前现场数据检测见表1所示。
4.2改造后运行模式U型水封在开停三废炉期间,由进气侧进水,出气侧排水,保持长流水,现场再没有废气排出现象,彻底解决了环保污染问题。三废炉给煤机把皮带给煤机去掉后,螺旋加长直接将煤送入三废炉内,彻底解决了烟气和粉尘污染问题,改造后现场数据检测,如表2所示。从表2中可以看出,三废炉U型水封和给煤机改造后,现场PM10和PM2.5浓度高,波动大的问题得到彻底的解决。达到改造预期的效果,实现达标排放。
5结论
天源山西化工有限责任公司三废炉优化提标改造项目避开了投资高、占地大、设备多的改造路线,采用与生产密切联系的系统思维方式,去掉无用的设备,合理利用现有的资源,最终达到安全环保要求,生产也能长周期安全稳定运行。
参考文献
[1]念吉红.三废混燃炉吹风气投运总结[J].中氮肥,2015(5):36-38.[2]梅树美.三废混燃炉装置的技术改造[J].安徽化工,2017,43(4):47-48.
[3]安磊.75t/h三废混燃炉低氦燃烧改造小结[J].氮肥与合成气,2017,45(8):30-31.
[4]师景玲.2×55t/h三废综合混燃炉运行总结[J].氮肥技术,2016,37(5):30-33.
[5]赵东生.天溪煤制油分公司三废锅炉运行实践[C]//第八届全国煤炭工业生产一线青年技术创新大会论文集,2013:520-526.
作者:穆彦怀 吕迪 杨丑伟 张宁波 单位:晋能控股装置备制造集团天源山西化工有限公司