三废流化混燃炉技术生产高压蒸汽及效益分析

张泉贞，苏 毅

（柳州化工股份有限公司，广西 柳州 545002）

环保与三废利用

三废流化混燃炉技术生产高压蒸汽及效益分析

张泉贞，苏 毅

（柳州化工股份有限公司，广西 柳州 545002）

简要介绍了三废流化混燃炉技术应用于生产10.3 MPa、540 ℃高压蒸汽的情况，并初步测算了应用三废流化混燃炉技术的效益情况。

三废流化混燃炉；应用；效益

柳州化工股份有限公司是以煤为原料的中氮企业，主要生产合成氨及合成氨的下游加工产品。公司合成氨生产过程中，造气工序会产生残碳在15%～25%的炉渣，残碳成分较高，但炉渣除了少量与粉煤掺烧作循环流化床锅炉燃料外，大部分是作为废渣低价直接外卖，没有较好地发挥其有效利用价值，造成能源浪费。为了充分利用这部分废渣，2013年，公司采用三废流化混燃炉技术，新建1台三废流化混燃炉，可生产压力为10.3 MPa、温度为540 ℃的高压蒸汽60t·h-1。新建三废炉将以上造气炉渣掺配部分粉煤，在炉内流化燃烧，利用产生的高温烟气生产高压蒸汽，可代替公司原来用外购粉煤在循环流化床锅炉内燃烧生产的高压蒸汽，实现资源综合利用和节能减排，降低企业的生产成本。

1 三废流化混燃炉技术

1.1 技术原理及特点

三废流化混燃炉是将合成氨、甲醇企业造气炉生产过程中产生的造气炉渣、造气除尘器细灰等，掺配部分煤矸石、烟煤或无烟煤沫，在炉内流化燃烧，产生高温烟气集中热量回收的装置。三废流化混燃炉运用沸腾床燃烧特性和循环流化床锅炉的返料回收技术，采用吹风气余热锅炉的模式，对造气产生的废气、废渣、废灰同时混燃。在单烧吹风气时，该炉是1台吹风气余热锅炉；在单独烧煤(或高硫煤)、矸石煤渣等时，是1台循环流化床锅炉；当渣、气、煤混烧时，则是气、固流化混燃炉。因其热量回收形式与吹风气余热锅炉相似，所以称作“第3代吹风气余热锅炉或双热源吹风气余热锅炉”[1]。

1.2 工艺流程

经破碎、计量好的造气炉渣、粉煤等，经皮带输送到三废炉的煤仓。混合料经变频调速的皮带给煤机送入变频调速的螺旋给煤机，通过螺旋给煤机送入三废流化混燃炉下部与经省煤器换热后120 ℃左右的一次空气进行燃烧反应。待燃烧炉中部温度＞700 ℃以上时，通入合成氨驰放气与省煤器换热后温度120 ℃左右的二次空气一并进入无焰燃烧器，再进入炉中部燃烧。温度大于350 ℃的驰放气与换热后120 ℃左右的二次空气一并进入预混器，再进入三废流化混燃炉中部进行燃烧反应，烟气温度可达950～1050 ℃。出三废流化混燃炉的高温烟气进入组合式除尘器进行烟尘分离，分离后的高温烟气经水冷屏均布降温后，依次通过蒸汽过热器、余热锅炉、省煤器、空气预热器、原静电除尘器等，最后烟气通过100 m烟囱直排大气。

由动力车间脱盐水总管送来的脱盐水先后进入省煤器和除氧器加热和降温后再由锅炉给水泵打入余热锅炉，与烟气进行热交换，蒸发形成汽水混合物上升进入汽包上部，汽包内汽水混合物经汽水分离装置，水又回流入下降管，而汽则从汽包顶部引出送入过热器。饱和蒸汽在过热器内不 断被加热升温成为540 ℃、10.3 MPa的高压过热蒸汽送入公司相应等级的高压蒸汽管网。工艺流程如图1所示。

1.3 主要设备

三废流化混燃炉壳体1套：Ф9528mm×14mm ×26300mm；

组合除尘器壳体2套：Ф5020mm×10mm× 33500mm；

布风板：Ф5800mm/Ф6400mm×40mm，直径6.4m，上面布8000个风帽；

图1 三废流化混燃炉工艺流程图

立式蒸汽锅炉1台：Q=60t·h-1，P=10.3 MPa,T= 540 ℃；皮带给煤机4台：长度约3.0m，变频电机2.2 kW；螺旋给煤机4台：输送量22m3·h-1,功率5.5kW（变频电机）；

SFGX130-1NO.16D型一次风机1台：流量123090m3·h-1,压头13324 Pa，电机功率710 kW；

R130-1型二次风机1台:流量32510m3·h-1,压头9060 Pa，电机功率132 kW；

Y130-1型引风机1台:流量302610 m3·h-1,压头5330 Pa，电机功率800 kW；

静电除尘器1台：500 kW；

燃煤混合料输送设备1套，破碎系统设备1套，冷渣机、链条 机2台，气力输灰系统1套。

1.4 主要运行技术参数

燃炉燃烧温度950～1050 ℃，引风机进口温度≤150 ℃，混燃炉内截面流速≤5m·s-1，系统阻力≤3500 Pa，系统负压-10～-50 Pa，余热锅炉主蒸汽产量60t·h-1（操作负荷60%～125%），余热锅炉主蒸汽压力10.3 MPa，余热锅炉主蒸汽温度540 ℃，余热锅炉进水温度150 ℃，烟气排放尘≤50mg·m-3，采用床下油点火方式（可结合床上点火）。

2 设计性能

1） 三废流化混燃炉带基本负荷，也可以用于变负荷调峰，调峰范围为60%～125%。

2）三废流化混燃炉的负荷调节手段简单、灵活，负荷变化率在60%～125%范围内。

3）沸腾燃烧炉组件适用煤种广，燃料来源广泛，可燃烧回收劣质然料。

4）采用一次风从风室底部进风，二次风从燃烧室中部进风，吹风气从吹风气预混器进风，助燃气从无焰燃烧器进风。

5）采用床下油点火方式（结合床上点火）。

6）采用DCS控制系统，吹风气和解吸气设有安全水封并与燃烧炉内温度实行连锁装置；给煤量的调节与炉内温度实行连锁装置；余热锅炉电控系统与燃烧炉控制系统联锁。

3 优化改进情况

3.1 原有设备的利用

三废炉系统充分利用公司原有的煤仓、给煤系统、静电除尘器、冷渣机、链条机、烟囱、气力输灰系统等设备及装置，减少设备投资。

3.2 原料配比优化

公司的三废流化混燃炉技术不同于之前国内5.4 MPa、3.82 MPa等级技术，由于压力等级提高到10.3 MPa，燃料的煤渣配比经过公司技术人员不断的研究与总结，尝试了1∶3、2∶3、1∶1等多种配比。运行情况表明，大量掺烧煤渣可解决断煤严重问题，但对于螺旋给煤机来说磨损则更大。经过不断优化，目前确定煤渣配比为1∶1.5，按此配比运行，三废流化混燃炉运行稳定。

3.3 改进输煤绞龙

粉煤和炉渣掺合配比后湿度比较大，给煤机长距离运输造成给煤机容易堵塞。经过研究与论证，现将所有输煤绞龙改短约800～1000mm，减少输煤堵塞的距离，降低给煤机堵煤的问题。

4 运行情况及存在问题

4.1 运行情况

公司三废流化混燃炉于2013年底建成，2014年初投入试运行。经过近几个月的试运行，目前已能达到60t·h-1的蒸发量，经过合理调整燃料的煤渣配比后，锅炉整体运行稳定，三废流化混燃炉的飞灰残碳基本在5%以下，实现造气炉渣残碳的梯级利用。

4.2 存在问题

在实际运行过程中，由于我公司的三废流化混燃炉用于生产10.3 MPa、540 ℃等级的高压蒸汽，较之前国内投运的5.4 MPa、3.82 MPa、485 ℃以下的三废流化混燃炉有所不同，目前运行中还存在一些问题。

4.2.1 断煤问题

断煤问题时常出现，主要原因为渣含水较重，渣煤配比搅拌不均匀所致，锅炉如加至高负荷运行，频繁的断煤将极大影响锅炉的稳定高产运行。

4.2.2 分离器运行效果差

分离器分离效果从实际运行情况来看较差，且分离回来的飞灰经分析残碳基本在5%以下，已经没有再次利用的价值。

4.2.3 尾部烟道积灰

尾部烟道排灰斗大量积灰，如不及时排出则大量带入电除尘器，增加电除尘器负荷，目前采用人工进行排灰，工作量极大。

4.2.4 电除尘问题

电除尘器电场短路频繁，主要为阴极刺断裂搭至阳极板发生短路。电除尘现运行效率达不到设计值，电场二次电压无法升高，除尘效果不佳，锅炉如需加满负荷则电除尘器必须稳定长时间的运行。

4.2.5 灰渣输送问题

输灰装置主要问题为灰颗粒变粗，输送困难，进灰时间调短后仓泵送灰比较频繁，阀门动作频繁极易损坏，锅炉加高负荷后粗颗粒飞灰量进入仓泵，极易造成输灰母管堵塞，处理时间长且现场污染严重。输渣系统输渣皮带磨损也比较严重。

5 效益分析

5.1 经济效益分析

三废流化混燃炉每h可产10.3MPa，540℃的蒸汽60t，按年生产8000h计，年可产蒸汽48万t。该炉建成投入正常运行后，公司原有的循环流化床锅炉可作为备用锅炉，由于三废炉可掺烧造气炉渣等三废燃料，可直接节省外购燃料粉煤量。公司原来循环流化床锅炉1吨同等级高压蒸汽消耗热值为4500 kcal·kg-1的粉煤约180kg，年产48万t高压蒸汽年约需外购燃料粉煤8.64万t。三废炉按掺烧煤渣比例1︰1.5计算，t蒸汽耗入炉燃料300kg，其中消耗热值为4500 kcal·kg-1粉煤0.12t，消耗热值为1300 kcal·kg-1的炉渣0.18t。年产48万t高压蒸汽年消耗粉煤5.76万t，年消耗炉渣8.64万t。由此，年可节省外购粉煤2.88万t。粉煤按700元·t-1计算，年减少外购粉煤可节支2016万元。在三废炉投运之前，公司的造气炉渣大部分作为废渣直接低外卖，1t炉渣价格按50元估算，三废炉年消耗8.64万t造气炉渣，原外卖炉渣年销售收入约432万元。

新建一台60t·h-1的三废流化混燃炉，年折旧费用约250万元，而人工费、管理费、制造费用等，与循环流化床锅炉基本相同。三废流化混燃炉燃料输送系统、破碎系统、输灰系统等用电消耗与循环流化床锅炉相比，t蒸汽多耗电约5kWh，年需多耗电240万kWh，电价按0.4元·(kWh)-1计算，年需新增电费96万元。因此，新建一台60t·h-1的三废流化混燃炉，公司可获利情况为节省外购粉煤的节支额减去原来年外销造气炉渣收入和新增的三废流化混燃炉费用的差额，具体为：年效益＝2016-432-250-96＝1238（万元）。

5.2 能源综合利用情况分析

采用三废流化混燃炉生产高压蒸汽之前，公司造气炉渣除了少量与粉煤掺烧作循环流化床锅炉燃料外，大部分作为废渣低价直接外卖作一些低附加值产品的加工，其剩余的热值已经完全没有被再利用。采用三废流化混燃炉生产高压蒸汽后，不仅可以减少外购的粉煤量，节约了能源，而且能充分利用炉渣的热值，起来回收能源价值的作用。因此，采用三废流化混燃炉技术生产高压蒸汽降低了企业的综合能源消费量。

采用三废流化混燃炉技术生产高压蒸汽年回收利用造气炉渣8.64万t，造气炉渣的热值约1300 kcal·kg-1，热力的折标系数0.14286 kg标准煤·(1000kcal)-1。

5.3 社会效益分析

三废流化混燃炉技术利用三废资源生产高压蒸汽，实现能源的合理利用，节能减排，符合国家大力发展循环经济和大力推进节能降耗的政策要求，社会效益显著。

[1] 仵小录.三废流化混燃炉在节能减排方面的应用[J].山西化工，2011，31(6)：50-52.

Production of High Pressure Steam by Fluidized Mix Combustion Furnace for Three Wastes and its Benefit Analysis

ZHANG Quan-zhen, SU Yi
(Liuzhou Chemical Industry Co. Ltd., Liuzhou 545002, China)

X 781.4

B

1671-9905(2014)06-0075-03

2014-04-29