化工企业热力站节能减排小结
2018-07-31李尚运朱勇新郭发强方子明
杨 杰,李尚运,朱勇新,郭发强,方子明
(河南心连心化肥有限公司,河南新乡 453700)
某化工企业热力站配有3台165 t/h高温高压循环流化床锅炉和8台减温减压器,以满足厂区生产中不同压力等级蒸汽的供应,同时建有湿式氨法脱硫系统脱除锅炉烟气中的SO2,并对烟气进行洗涤除尘。但热力站运行以来一直存在飞灰残炭高、连排蒸汽对空排放、减温减压器疏水热量未回收利用及烟气脱硫系统氧化风机电耗高等问题,影响企业节能减排及生产成本控制。
针对热力站存在的上述问题,该企业通过实施锅炉飞灰回燃改造,将飞灰残炭从20.6%降至12.7%,提高了锅炉的热效率;通过配置管线将锅炉连排闪蒸汽回收至尿素溴化锂制冷机组制冷,实现了连排闪蒸汽的回收利用;通过增设闪蒸罐及低位水箱,实现减温减压器低位热能的回收;利用新型高效风机替代罗茨氧化风机,降低了烟气脱硫系统的运行电耗。采取一系列措施后,有力促进了热力站的节能减排。
1 锅炉飞灰回燃改造
热力站3台165 t/h循环流化床锅炉正常运行时两开一备,设计工作压力9.8 MPa、工作温度540℃,设计工况及实际生产均燃用无烟煤,其煤质分析数据见表1。由于无烟煤挥发分低、固定碳含量及燃点高,且锅炉采用低氧燃烧,运行中飞灰残炭较高,一般在18%~23%,导致锅炉效率降低、生产成本增加。
表1 设计及实际入炉煤的工业分析数据
1.1 改造内容
每台165 t/h循环流化床锅炉均配有1台布袋除尘器,每台除尘器下部均装有6个灰斗,用于临时存储布袋除尘器脱除的锅炉飞灰。改造前锅炉烟气中的飞灰经布袋除尘后落入灰斗,经仓泵输送至灰库存储及外售。为降低锅炉飞灰的含碳量,实现锅炉的经济运行,引进飞灰回燃技术对1#锅炉进行优化改造:在布袋除尘器进气方向前4个灰斗下部各增加1台供料机(共4台),在供料机的一端安装罗茨风机(共2台),另一端接至炉膛,将锅炉飞灰送回锅炉炉膛回燃;后2个灰斗的灰则仍通过原气力输灰系统输送至灰库存储。锅炉飞灰回燃改造流程示意见图1。
项目投运后,布袋除尘器前4个灰斗中的灰落入供料机(供料机的转速为1 390 r/min,单台供料机飞灰输送量为0~3 t/h)中,之后在罗茨风机(罗茨风机的转速为1 470 r/min,单台罗茨风机流量为280 m3/h,风压为60 kPa)的作用下通过管道送入炉膛作为燃料,实现锅炉飞灰的再循环利用(可根据锅炉的负荷投运1~4台供料机,控制飞灰的循环量),促使飞灰充分燃烧,使锅炉飞灰含碳量降低,锅炉效率提高。
图1 锅炉飞灰回燃改造流程示意
1.2 改造效果
在入炉煤发热量5 700~5 800 kcal/kg、1#锅炉负荷150 t/h的工况下,飞灰回燃装置投运后,锅炉炉膛温度由改造前的948℃降至938℃,下降了10℃;炉膛差压由改造前的608 Pa升至688 Pa,升高了80 Pa;炉膛烟气出口温度由改造前的905℃升至910℃,升高了5℃。上述变化的主要原因是:飞灰回燃装置投运后,送入炉膛的飞灰增加,炉膛中灰浓度增大,炉膛差压升高,而灰浓度升高后随烟气带走的热量也增多,使得炉膛温度降低而炉膛出口烟气温度升高。
为验证锅炉飞灰回燃改造的效果,对飞灰回燃装置投运前后连续3 d的飞灰含碳量及吨蒸汽煤耗数据进行了收集,具体见表2。
表2 1#锅炉飞灰回燃装置投运前后飞灰含碳量及吨蒸汽煤耗对比
由表2可以看出:飞灰回燃改造项目投运后,飞灰含碳量由平均20.61%降至12.71%,下降7.90%;吨蒸汽煤耗由平均0.106 2 t降至0.101 5 t,节煤4.42%。按1#锅炉年消耗标煤80 000 t、标煤500元/t计算,飞灰回燃装置投运后1#锅炉年可节约原料煤成本80000×4.42%×500÷10000=176.8万元,经济效益显著。
2 锅炉连排蒸汽回收利用
热力站3台165 t/h循环流化床锅炉共用1套排污系统,其中连排扩容器、定排扩容器各1台,分别安装在给煤机平台及现场0 m层。正常运行时,锅炉汽包连排阀微开,排污水通过管道排入连排扩容器。连排扩容器汽侧原配有管线至厂区的0.5 MPa蒸汽管网,用作除氧器加热蒸汽,但实际生产中由于高压锅炉对给水水质要求严格,为减少闪蒸汽对锅炉给水的影响,连排扩容器汽侧出口阀实际上处于全关闭状态,排污水经连排扩容器后全部进入定排扩容器排放,造成现场放空量较大和噪音超标,影响厂区环境。
2.1 改造内容
为回收锅炉连排闪蒸汽,减少现场排放及避免资源浪费,改善厂区环境,对厂区蒸汽用户进行排查,发现尿素溴化锂岗位安装有2台溴化锂制冷机组,设计蒸汽压力0.25 MPa、耗汽量为5 t/h(单台);溴化锂制冷机组实际运行时需先将厂区0.5 MPa蒸汽减压至0.25 MPa左右后才送入溴冷机发生器,存在节流损失。而连排扩容器闪蒸汽的压力一般在0.30 MPa左右,蒸汽量在3~4 t/h,完全能够满足单台尿素溴化锂制冷机组的运行。为此,对连排扩容器汽侧出口进行改造,增加连排扩容器至尿素溴化锂制冷机组的管线,将连排扩容器的闪蒸汽作为1台溴化锂制冷机组的汽源,从而实现闪蒸汽的回收利用。
2.2 改造效果
改造后,锅炉汽包排污先经连排扩容器闪蒸,闪蒸后的闪蒸汽送尿素溴化锂制冷机组使用。据排污水焓值计算连排闪蒸率在38%,按2台锅炉负荷300 t/h、排污率3%计算,改造后可回收 3.42 t/h(300×3% ×38% =3.42 t/h)的闪蒸汽供溴化锂制冷机组使用。连排蒸汽为0.30 MPa的饱和蒸汽,其焓值为2 724.89 kJ/kg,标煤发热量以7 000 kcal/kg计,则锅炉连排蒸汽回收利用后日可节约标煤3.42×2724.89÷4.1868÷7000×24=7.63 t;按全年运行300 d、标煤价格500元/t计,则全年节约原料煤成本7.63×300×500÷10000=114.45万元,经济效益显著。同时,改造后由于进入定排扩容器的闪蒸汽、排污水减少,定排扩容器现场放空量明显减小,现场噪音明显减小,环保效益显著。
3 减温减压器低位热能回收利用
热力站8台减温减压器大部分处于热备状态,各减温减压器疏水通过地沟及水池直接回至厂区作为循环水补水,未考虑对蒸汽及热量的回收,导致各减温减压器疏水排至地沟后未凝结的蒸汽弥散,存在资源浪费且影响现场环境。
3.1 改造内容
为充分回收8台减温减压器疏水中的蒸汽及热能,改善现场环境,热力站新增1套低位水箱及疏水扩容器,将低压疏水直接引至低位水箱,高压疏水引至疏水扩容器进行闪蒸,闪蒸汽并入0.5 MPa蒸汽管网,闪蒸后的冷凝液则排入低位水箱。
3.2 改造效果
减温减压器低位热能回收改造项目投运后,疏水扩容器可回收蒸汽2 t/h,蒸汽压力0.45~0.53 MPa、温度155~160℃,送入厂区 0.5 MPa蒸汽管网供用户使用;同时低位水箱可回收冷凝液3 m3/h作为除氧器补水,从而实现对热能及水资源的高效回收利用。另外,改造后现场蒸汽弥散现象消失,现场环境得以改善。
4 烟气脱硫系统氧化风机改造
锅炉烟气脱硫采用湿式氨法脱硫工艺,利用厂区副产的氨水脱除锅炉烟气中的SO2,主要设备包括脱硫塔、循环槽、循环泵、风机等,其中氧化系统使用三叶型罗茨风机向循环槽及脱硫塔中送入空气,将脱硫液中的亚硫酸铵氧化为硫酸铵。由于罗茨风机属于容积式风机(功率160 kW,设计风量2 880 m3/h,转速 1 300 r/min),风机进口风量随容积的下降而下降,工作效率较低,导致氧化系统运行能耗高、噪音大(风机小时电耗达106 kW·h,周围噪音在110 dB),且夏季时风机出口温度达100~110℃,影响烟气脱硫氧化系统的氧化效率。
4.1 改造内容
为解决烟气脱硫系统氧化风机电耗高的问题,新增1台运行效率高、电耗低、噪音低的新型风机替代原罗茨风机向脱硫系统供氧化空气,新型风机功率105 kW、设计风量3 600 m3/h、转速 35 000 r/min。
4.2 改造效果
为验证改造效果,对改造前后氧化风机的电流、电量、风温、氧化效率等运行数据进行收集(表3),结果表明:改造后风机电流下降64 A,日耗电量下降640 kW·h,氧化效率与改造前相比基本持平。按电价0.54元/(kW·h)、年运行300 d计算,烟气脱硫系统氧化风机改造后每年可节约电费640×300×0.54÷10000=10.4万元。同时,烟气脱硫系统现场噪音降低25 dB,氧化风温下降28℃,表明新型风机应用后的环保效益也非常显著。
表3 氧化风机改造前后部分运行数据的对比
5 结 语
热力站锅炉系统通过实施飞灰回燃、连排蒸汽回收利用、减温减压器低位热能回收利用以及采用新型氧化风机等一系列优化改造措施后,取得了显著的经济效益:锅炉飞灰含碳量下降7.90%,节煤4.42%,年节约原料煤成本176.8万元;回收连排闪蒸汽3~4 t/h,年节能效益114.45万元;新型氧化风机日节电640 kW·h,年节电效益在10.4万元。同时,一系列改造还减少了现场放空量,降低了现场噪音,有效改善了现场环境,环保效益也非常显著。