35/3.82高低差速床锅炉回收弛放气燃烧技术的应用

2011-02-09

河南化工 2011年23期

(河南煤业化工集团濮阳龙宇化工有限责任公司，河南濮阳 457000)

0 前言

目前我厂甲醇合成反应主要采用铜基催化剂。单程转化率在30% ～40%，合成气循环利用，在合成气不断循环过程中，合成气系统中的惰性气体逐渐增加，为保持合成气系统惰性气体成分的平衡，需要释放出一定量的弛放气体。释放出的弛放气中含有大量的CO和H2等可燃气体，直接排放严重污染环境并造成资源浪费。经考察研究，决定将弛放气回收，送入锅炉燃烧利用，实现废气回烧，降低锅炉燃料煤吨蒸汽消耗，且燃烧后主要生成 CO2和H2O，减少弛放气排放对大气的污染。

1 燃烧炉型和接口的选择

目前我厂有两台35 t/h高低差速床锅炉，一台35 t/h高速流循环流化床锅炉，低速床烟气流速为6～9 m/s，高速床烟气流速为15～20 m/s。因低速床锅炉烟气流速较低，有利于弛放气的完全燃烧，所释放出的热量较易被锅炉的受热面(高温过热器和低温过热器)吸收，有利于控制弛放气燃烧所需要的风量和调整锅炉蒸汽的压力和温度。尽管高速床同样可以完全燃烧，但通过研究论证，认为高速床烟气流速较高，燃烧弛放气受烟气流速影响较大，弛放气燃烧不完全的几率相对比较高，在锅炉尾部烟道容易产生可燃性气体聚集，对锅炉稳定运行造成威胁。因此，综合考虑锅炉安全稳定运行、锅炉运行效率、节能减排、锅炉运行操作调整等方面的因素，所以选择烟气流低的高低差速床锅炉进行弛放气回收燃烧技术的研究与应用。对于低速床燃烧弛放气接口的选择，我们进行了综合考虑，主要考虑以下四个方案供研究论证:

1.1 方案一

利用锅炉原点火器系统，将回收的弛放气接于点火前总管上，从风室送入炉膛密相区燃烧。经过研究论证，此接口方案的优点为:可以利用原来的点火器管道，投资较小。缺点为:锅炉送入风室后，从风帽小孔燃烧，风帽材质长期在高温下，影响风帽的寿命。弛放气送入密相区后，对密相区投煤的稳定性造成影响，不利于锅炉燃烧温度的调整，尤其是弛放气送入密相区后，因沸腾段的流速为3～4 m/s，且沸腾段是大量的床料，因投煤口直接开口于沸腾段，沸腾的料层中碳含量很大，入炉煤70% ～80%的燃烧成分在此阶段燃烧，释放出较大的热量，锅炉密相区料层相对阻力较大，极有可能造成床层超温，不利于锅炉炉况的调整，影响锅炉的稳定运行，而在实际运行过程中造成高温结焦事故，不利于锅炉安全稳定运行。安全方面:当点火器发生灭火事故后，如果不及时发现或者处理不及时，容易造成弛放气大量进入炉膛，造成爆炸事故。基于以上考虑，故不予采用。

1.2 方案二

在密相区沸腾中段开口接入弛放气。经研究认为，当弛放气经锅炉密相区中段送入后燃烧，燃烧直接进入高温段，锅炉的沸腾层床面温度最高，有利弛放气的燃烧。但是同样存在可能导致锅炉床层超温而无法调节的问题。当床面温度超过锅炉的设计值后，锅炉的操作调整将发生根本性改变，配风不能适用燃料燃烧的需要，造成风煤配比失调，严重影响锅炉的安全稳定运行;另外，当大量的弛放气进入到密相区的沸腾层中部，料层正常沸腾的风量、风压被打乱，极有可能造成料层穿孔，形成风洞，导致密相区料层失压，形成坐焦，造成锅炉的结焦事故。此方案也不予采用。

1.3 方案三

将弛放气接口开于稀相区上段，经研究论证，将弛放气开口开于稀相区上段，对锅炉的燃烧没有太大的影响，基本不影响锅炉密相区的风煤比。但是此方案存在以下缺点:因弛放气处于快速燃烧状态，且锅炉稀相区上段的烟气流速相对较快，所以弛放气进入后，有可能被迅速带入尾部烟道，造成弛放气燃烧不完全，聚集于尾部烟道，形成爆炸隐患，另外弛放气在稀相区上段燃烧后，因烟气流速快，释放出热量不能被完全吸收，弛放气燃烧释放出热量净利用效率低，有可能造成锅炉排烟温度高。此方案对提高锅炉热效率没有太高的价值，且存在弛放气燃烧不完全，在尾部烟道聚集产生爆炸的危险。故此方案不予采用。

1.4 方案四

将弛放气接入三次风入口位置，该位置正好介于稀相区与密相区过渡区，而三次风入口正好有两个，所以用其中一个作为弛放气的入口，另外一个作为弛放气的配风口，这样当弛放气进炉燃烧后，通过调整配风口，我们调整燃烧确保弛放气燃烧所需要消耗的氧量，同时稳定炉况燃烧，弛放气投入后，根据炉膛中部温度可以调整弛放气量的大小、投煤量的大小、风量的配比等，通过以上手段调整能使燃煤稳定燃烧，稳定炉况，使锅炉安全稳定运行。

通过以上四种方案的比较，第四种方案为最佳而且可行的方案，因此选择第四种方案，将弛放气接入三次风口入口进行研究试验。

2 弛放气回收燃烧所需风量的计算

甲醇合成系统弛放气成分为:CO、H2、CH4、N2、CO2。其中CO为12%左右，H260% ～70%，CH4占2% ～4%，CO2占11%左右，N2占13%左右，计算公式见表2。

表1 理论空气量公式

根据表2计算出2 000 m3/h弛放气完全燃烧所需要的实际空气量为:2 000×2.094 4=4 188.8 m3/h。

3 弛放气投运调整

3.1 投弛放气所具备条件

管道安装全部按设计要求及安装规范要求竣工;仪表、电器安装调试完毕;管道吹扫合格;管道试压、试漏合格(压力0.3 MPa，用肥皂试漏保压30 min);管道置换合格氧含量＜0.5%;炉膛中部温度不低于800℃;炉膛出口氧含量控制在8%左右。

3.2 弛放气的投运步骤

①调节阀投自动暂设定压力为0.01 MPa(运行后可根据炉况燃烧进行压力调整);②打开紧急切断阀;③当母管弛放气压力达到0.01 MPa时缓慢打开入三次风进口阀门，根据炉况(床中部温度，炉出口氧含量)调整燃烧。

3.3 弛放气燃烧的调整

控制燃烧弛放气蝶阀的流量缓慢增加到500 m3/h，这时出口氧含量微降，在7.7%左右，中部温度缓慢上升至920℃左右。控制燃烧弛放气蝶阀流量缓慢增加到1 000 m3/h，这时出口氧含量继续下降，在7.2%左右，中部温度缓慢上升至953℃左右。此时可适当稍开三次风，加强燃烧，维持炉出口氧含量，也可增加二次风量或一次风量，维持炉出口氧含量。控制燃烧弛放气蝶阀流量缓慢增加到1 500 m3/h，继续增加三次风量，维持炉膛出口氧含量稳定，炉膛中部温度缓慢上升至1 000℃左右。控制燃烧弛放气蝶阀流量缓慢增加到2 000 m3/h，继续增加三次风量，加强燃烧，维持炉出口氧含量，也可增加二次风量或一次风量，维持炉出口氧含量。炉膛中部温度在1 050℃左右。在锅炉高负荷运行时，炉膛中部温度随着煤量的加大，烟气中粉煤浓度不断加大，燃烧剧烈，炉膛中温度不断上升，为避免炉墙挂焦，而给锅炉稳定运行造成威胁，一般控制炉膛中部温度小于等于1 050℃，这时应采取多种措施，比如，减少弛放气量，或者增加三次风量、二次风量、一次风量，使炉膛中部温度维持在1 050℃左右，保证锅炉安全稳定运行。根据燃烧弛放气量的大小，严格控制床温，尽最大努力燃烧弛放气，一般以减煤或加风为第二控制手段，但最终保持床温不低于870℃为准。根据试验数据，当弛放气量超过2 500 m3/h时，锅炉主床温度有下降趋势，炉膛出口氧量迅速下降，炉膛出口温度迅速上升至1 100℃，主蒸汽超过设计值450℃，需要加入减温水对主蒸汽减温;主蒸汽压力超过设计3.82 MPa，需要打开生火排汽放空稳定锅炉压力。即在投煤量减少的情况，为确保35 t/h高低差床锅炉燃烧床温的稳定，投入弛放气量单炉不宜超过2 500 m3/h。

3.4 正常退出弛放气的操作

如果弛放气母管压力突然高于设定压力而又无法调整时，迅速打开调节放空阀副线，进行卸压，调整到规定压力。如果母管压力低于0.001 MPa时，迅速关闭入三次风入口阀，并迅速关闭紧急切断阀，打开调节阀进行放空，并通知合成总控。当遇到后系统紧急停车时，迅速关闭紧急切断阀和调节阀，关闭3#炉三次风入口阀，及时通知合成岗位。如果长时间停车，在三次风入口阀加盲板。当遇到紧急停炉时，首先关闭紧急切断阀并迅速关闭进三次风入口阀和全部打开调节阀位放空，迅速通知甲醇合成总控室操作人员进行调整，如果长时间停车，在三次风入口阀加盲板。