固碱熔盐炉固废优化控制与利用研究

2021-06-16孙龙彬张军锋鲁尚高

中国氯碱 2021年5期

李云，孙龙彬，王敏，张军锋，鲁尚高

（陕西北元化工集团股份有限公司，陕西神木719300）

陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司氯碱分厂蒸发与固碱工段设2台型号为RYL-1400 M的燃煤熔盐炉，2019年上半年进行烟气净化改造后投运，但炉渣和除尘器收集的飞灰颜色较黑，含碳量偏大，分析化验个别炉渣样品中可燃物在20%以上，飞灰含碳量高达60%以上，飞灰热值达2 400 kcal，燃煤熔盐炉的不完全燃烧损失较大，煤耗较高，燃煤熔盐炉的热效率大大下降。同时含碳量较高的飞灰在烟道死角或灰斗长时间聚积，容易发生尾部烟道二次燃烧的恶性事故，存在较大的安全隐患。

1 熔盐炉现状调查

针对上述问题，经过现场多次观察及查看历史数据，并在2019年9月24日对固碱蒸发东线燃煤熔盐炉的入炉煤、飞灰、炉渣进行了取样化验分析，判断目前的燃煤熔盐炉可能存在以下问题。各样品化验分析的详细数据和现场实物图分别见表1、表2和表3。

（1）本次取样布袋除尘器收集的飞灰含碳量平均值为31.86%，弹筒发热量为9.92 kJ/g，不完全损失较大。

（2）出渣机刮出的炉渣可燃物均高于12%，平均值为17%，不符合GB/T 15317《燃煤工业锅炉节能监测》5.4的条款“炉渣含碳量考核指标”。

（3）燃煤熔盐炉燃烧的原煤中细煤份额较大，均高于25%，平均值达到41.44%，不符合GB/T 18342《链条炉排锅炉用煤技术条件》3.2的条款“链条炉排锅炉用块煤和混煤的技术要求和实验方法”。原煤中的细煤在进入炉膛受热干燥将进一步粒化，挥发分析出，形成焦炭，其着火温度相对较高，较细颗粒的焦炭在引风机的作用下停留时间变短，来不及完全燃烧就随烟气进入尾部烟道。

表1 原煤化验分析表

表2 飞灰化验分析表

表3 炉渣化验分析表

（4）入炉煤水分偏高，经与岗位人员了解，原煤运至固碱蒸发工段后，为了使入炉煤有一定的粘度，送入炉膛较细颗粒的原煤不被风吹走，会喷洒一定量的水。经化验分析，入炉煤水分含量高达17.02%。煤中水分的变化主要影响低位发热量，水分增大，煤中可燃成分减少，低位发热量降低。另一方面，煤在燃烧时，水分蒸发需要吸收一部分热量，使煤的有效热能降低，蒸发后的水蒸气随烟气带走，水分越高，烟气量越多，使排烟损失升高，引风机电耗增大，含水气的飞灰影响布袋除尘器滤袋的透气性，使烟气阻力增大，引风机电耗进一步升高。

（5）燃煤熔盐炉脱硝入口的转向烟道积灰斗存在积灰现象，该处的积灰为烟气携带飞灰向尾部烟道行进的过程中，在经过转向室时在离心力和重力的共同作用下，相对较粗的飞灰落入积灰斗，燃煤熔盐炉在运行过程中要定期对该部分积灰进行放灰清理。若该处的积灰长时间不进行放灰清理，可燃物长时间聚积，容易发生尾部烟道二次燃烧的恶性事故。

（6）通过对飞灰的熔融性进行化验分析，三个飞灰样品的变形温度均高于1 150℃，平均值为1 192℃，符合GB/T 18342《链条炉排锅炉用煤技术条件》3.2的要求。所以排除因为灰熔点低导致西线燃煤熔盐炉在运行过程中炉内结焦问题，初步怀疑西线燃煤熔盐炉是因为配风不当，炉内产生一定量的CO和H2等，使灰中熔点较高的Fe2O3还原成低熔点的FeO，降低了灰熔点温度，实验室内该过程灰熔点温度将降低300～350℃，建议对西线燃煤熔盐炉的配风进行检查。

通过上面多方面原因分析，该公司的燃煤熔盐炉运行指标未达到相关技术规范，比行业内的燃煤熔盐炉的不完全燃烧损失大，原煤的利用率低，煤耗大，锅炉热效率低。

2 降低飞灰、炉渣产生的措施

针对上述问题，主要从降低飞灰和炉渣的含碳量着手，提高原煤利用率和锅炉热效率，同时降低固废的倒运费用。

（1）提高入炉煤的颗粒度，保证小于3 mm的细煤份额小于25%，符合GB/T 18342《链条炉排锅炉用煤技术条件》3.2的要求，尽量增大原煤在炉内的停留时间，使原煤在炉内充分燃烧。

（2）通过提高热风温度、控制风煤比和炉排转速等进行燃烧调整，使燃煤熔盐炉在最佳工况下运行，降低飞灰和炉渣的含碳量，提高原煤的利用率，降低煤耗，提高燃煤熔盐炉热效率。

（3）降低入炉煤的水分，减少原煤水分蒸发时炉内的吸热量，使烟气量减少，降低排烟损失，进而降低引风机电耗。

（4）将炉渣倒运至燃煤熔盐炉的入炉煤堆场，与入炉煤进行均匀混合，使炉渣在炉内进行二次循环燃烧，一方面可提高原煤的利用率，降低煤耗，另一方面，炉渣的熔点高，还可防止炉内结焦，当化验分析炉渣的含碳量低于12%后，回用至水泥作原材料。

3 飞灰、炉渣的回用方案设计

（1）将飞灰倒运至热电分公司煤场，与原煤进行均匀混合，作为热电锅炉的燃烧用煤或水泥回转窑燃烧用煤。

优点：a.前期投资费用少；b.无需对系统进行改造。

缺点：a.飞灰倒运困难，在倒运、混合过程中产生一定的机械劳务费用；b.飞灰在倒运和混合过程中存在危及人员的安全风险；c.含碳量较高的飞灰附着在滤袋上，存在布袋除尘器滤袋着火的安全风险；d.飞灰在倒运和皮带机输送过程中会产生二次扬尘，污染现场环境，严重时会造成环保事故的发生。

（2）在固碱蒸发工段新建一个30～40 t的储灰仓，燃烧后的飞灰全部送入灰仓内进行储存，达到一定数量后，由粉体运输车辆将飞灰倒运至水泥有限公司，与煤粉仓内的煤粉按照一定比例均匀混合后送入回转窑进行燃烧，预估前期投资费用约为5万元。

优点：a.前期投资费用适中；b.系统改造范围小；c.二次扬尘少。

缺点：a.飞灰倒运过程产生一定的机械劳务费用；b.飞灰在倒运过程中存在危及人员的安全风险；c.飞灰与煤粉混合比例不均对回转窑的运行带来一定的影响；d.含碳量较高的飞灰附着在滤袋上，存在布袋除尘器滤袋着火的安全风险。

（3）利用气力输送原理，采用高压风作为动力，将飞灰以气-固两相流的方式喷入炉膛火焰中心，形成飞灰循环燃烧，达到降低飞灰含碳量及飞灰量的目的。详细方案：在燃煤熔盐炉脱硝吹灰系统的压缩空气热端管道上分支一路气源，应用气力输送原理，以一定流速的热风将飞灰从炉膛左右两侧对称喷入火焰中心，喷口的角度为水平或略下倾1°～5°（可调式），这样飞灰在炉内加强了扰动混合，增加烟气中悬浮的颗粒与炉墙壁的碰撞，实现在炉膛空间悬浮燃烧，可增加炉膛的容积热强度，延长炉内滞留时间，起到良好的燃尽作用。同时飞灰颗粒在输送过程中还会受到一定的撞击破碎，更有利于着火及缩短燃尽时间。飞灰在循环燃烧过程中，飞灰含碳量逐渐降低，待飞灰含碳量降到期望的经济值或平衡点时，通过现有的刮板机将飞灰送入储灰仓，做为水泥生产的原材料，飞灰二次回燃工艺系统示意图见图1。

图1 飞灰二次回燃工艺系统示意图

优点：a.无飞灰倒运，无危及人员的危险，无扬尘产生，不会发生环保事故；b.飞灰直接喷入炉膛进行燃烧，利用率高，可降低煤耗，提高燃煤熔盐炉热效率；c.飞灰回燃，能加强炉内扰动混合，增强烟气中悬浮颗粒与墙壁的碰撞，延长滞留时间，有利于燃尽；d.飞灰在吹入炉膛时，热压缩空气可起到助燃作用，能减小鼓风机的负荷，耗电量降低；e.可以根据飞灰含碳量的大小，调整飞灰的循环倍率，最终达到最经济的飞灰含碳量。

缺点：a.前期投资相对大；b.燃煤熔盐炉燃烧稳定达到一定负荷后才可投运飞灰回燃系统；c.系统消耗一部分压缩空气；d.布袋除尘器负荷高，滤袋长期高负荷运行，会缩短滤袋的使用寿命；e.脱硝催化剂迎风面的积灰加重，严重积灰将堵塞催化剂网孔，烟道阻力增大。