危废燃料对硫化床锅炉安全运行影响分析

刘 庆

(湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014)

危险化学品生产企业在日常运行中会产生大量的废物，严重破坏环境。随着节能环保意识的提高，企业更加关注如何有效与环保地利用危险废物。在锅炉工业中，相对于其它炉型来说，循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低、负荷调节范围大且快等优点，因而得到了广泛的应用［1］。本文从危废燃料着火燃烧特性和循环流化床锅炉燃料适应性的角度，分析危废燃料对硫化床锅炉安全运行的影响。

1 燃料的特性及系统介绍

某生产企业热电车间现有一台90 t/h循环流化床锅炉，锅炉的燃料为烟煤，日耗煤量为350 t/h，可采用床下油枪点火，也可采用床上木炭点火。有机车间生产的废丁烯醛约20 t(随生产负荷变化)。该废液中含有乙醛、丙酮、醋酸乙烯、丁烯醛、醋酸、水等物质，目前储存在5 m3的储罐中，周期性地采用小罐车送渣场露天焚烧处理，焚烧处理过程中存在一定的安全隐患和环境污染。若能将丁烯醛废液送流化床锅炉燃烧，不仅能解决环境污染问题并回收燃烧的热能，具有一定的经济效益和社会环境效益，并且降低了废液直接露天燃烧存在的安全隐患。废丁烯醛主要成分见表1。

丁烯醛(2－丁烯醛)，为无色或淡黄色液体，有窒息性刺激臭味。分子量70.09，熔点－76℃，沸点104℃，相对水比重为0.85，微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯等多数有机溶剂。相对空气比重2.41，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。危险化学品的分类及标志将其划为第3.2类中闪点易燃液体，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限2.1% ～15.5%，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。在空气中非常容易氧化生成过氧化物，受热或撞击、甚至轻微摩擦即发生爆炸。在火场高温下，能发生聚合放热，使容器破裂。经测定丁烯醛废液弹筒发热值为23 394 kJ/kg，约相当于0.8倍标煤热值。该废液热值较高，有利用价值。

表1 废丁烯醛主要成分表

考虑到危废燃料废丁烯醛易燃易爆的危险特性，将废丁烯醛通过高压齿轮泵升压后周期性地送往流化床锅炉，炉膛内安装火焰监测器与炉膛火焰及炉膛温度联锁，当炉膛内有明火时方可打开防爆电磁阀，使用喷枪将燃料送入炉内。

2 危废燃料特性对锅炉安全运行的影响

2.1 燃料的易燃易爆特性对锅炉安全运行的影响

为充分利用危废燃料的热能，把危废燃料引入锅炉中燃烧的案例在国内较少，应采取措施保证危废燃料的充分燃烧，若燃烧调整不当，配风不合理，导致可燃物进入烟道，炉膛负压过大，将未燃尽的危废燃料抽入烟道，在炉尾烟道积聚，可能发生烟道内可燃物再燃事故［2］，这时会出现以下现象:排烟温度急剧增加，一、二次风出口温度也随之升高，烟道内及燃烧室内的负压急剧变化甚至变为正压;烟囱内冒黑烟，从而引风机壳体不严处向外冒烟或向外喷火星等，甚至会造成锅炉爆炸［3］。

可能发生扬火爆燃的情况:由于压火后床料表面温度降低，这些可燃性气体达不到燃烧温度，便在锅炉炉膛内积聚;扬火时，随着风机的启动，床料开始流化，高温的床料从下面翻出，这时可燃性气体瞬间发生燃烧，如果可燃物的浓度在爆燃极限范围内，就会发生爆燃［4］。

因危废燃料燃烧速度较快，燃烧温度较高，这样，炉膛的火焰温度也随之升高但火焰温度提高后可能会造成炉膛结焦严重，危及锅炉各受热管的安全运行，故需要进行危废燃料各种工况下的燃烧调整试验，尽量避免锅炉结焦。

2.2 燃料中水分含量对锅炉安全运行的影响

危废燃料废丁烯醛中的含水量较大，废丁烯醛燃烧后产生CO2及水。根据有关资料，燃料中的水分每增加5%，由于排烟损失而使锅炉效率下降0.5%左右，粗略估算锅炉燃烧含水率为50%的燃料时效率要降低2.5%［5］。燃料含水率增加直接导致了排烟热损失增加，造成锅炉炉膛内烟气温度偏低。含水率增加用于蒸发多余含水的热量也相应要增加，这就导致燃料的有效热量也就是低位发热量的减少。实际生产中对燃烧状况起决定性作用的就是含水率，发热量降低也是含水率升高的一个结果。除此以外水分会造成结焦，长期运行会影响锅炉的热效率。

针对含水率增高影响燃烧状况的问题，对设计方面进行优化才是解决问题的主要途径。运行调整方面也可以采取一定措施，但调节范围仅限于含水率变化在±5%，超过这个限度靠运行调节手段就无法做到了［6］。

3 硫化床锅炉安全运行的措施

1.在生产过程中尽量避免燃料中搀和过多的水分，根据燃料性质变化合理控制进炉燃料，使燃料充分燃烧，提高锅炉效率。

2.在开启喷枪时，应注意就地检查雾化着火情况是否良好，检查枪头有无堵塞等问题。

3.在运行使用中的喷量不是一成不变的，调试好的枪头安装后，在实际投用时由于受热膨胀、装配松紧等因素的影响要发生一些变化;另外，喷枪使用中会产生程度不同的结垢，堵塞喷枪，使喷枪不能正常使用，在清理时易使喷枪孔增大，运行中由于喷枪流量增大，枪头不易堵，稳燃效果好，往往容易被人们接受。但喷枪喷量的增大如果超出了适当的范围，在一些情况下就可能诱发炉内爆燃事故，喷枪出力过大，使废丁烯醛不能完全雾化燃烧是威胁锅炉安全运行的危险因素，因此要坚持定期进行喷枪的试投工作，发现喷量超限应及时解决处理。

4.发生主燃料跳闸后应注意立即检查燃料的切断情况，防止危险化学品废丁烯醛在炉尾烟道积聚，再次点火可能发生烟道内可燃物再燃事故［7］。

5.可靠的火焰监视、灭火保护、炉膛压力保护和炉膛吹扫等装置，是锅炉安全运行的基础。

4 结束语

在同一台循环流化床锅炉上，当燃料品质改变时，它的床温将发生波动，甚至低到熄火温度。同时，炉膛燃烧空间明显狭小，具有易燃、易爆的危险废物积聚在炉膛内和炉尾处，当积聚的危废到达爆炸极限时，会造成锅炉的爆炸事故，含水量过高的危废易造成锅炉的结焦。这一事实表明，同一台循环流化床锅炉对燃料的适应性是有限度的［8］。

通常提及的循环流化床(CFB)锅炉的燃料适应性好，主要是从锅炉设计和选型考虑，而对于一台已建成投产的循环流化床锅炉，燃料的适用范围是有限制的，也只是当燃料性质相近或相仿时才适合。对将危废燃料热能利用应从现有锅炉的设计方面考虑流化床锅炉燃料的适用范围。

［1］ 骆仲涣，何宏舟，王勤辉.循环流化床锅炉技术的现状及发展前景［J］.动力工程，2004，24(6):761－768.

［2］ 闰顺林，王冬生，李永华.锅炉燃烧稳定性影响因素分析［J］.电站系统工程，2005，21(1):29 －31.

［3］ 陈俊，徐荻萍.流化床生物质锅炉燃料适应性分析与改进［J］.节能，2012，(11):32 －35.

［4］ 邓磊，王一坤，车得福.低浓度可燃废气作为辅助燃料在燃煤锅炉中的应用研究［J］.热能与动力工程，2010，25(3):287－292.

［5］ 贾传凯.水煤浆水分对锅炉燃烧的影响［J］.工业锅炉，2008，(6):5－8.

［6］ Wang Buxuan，Li Tianduo，Wu Zhansong.Research on measuring the flame temperature distribution by engineering thermophysics，Using image processing technology［J］.Journal，1989，10(4):446 －448.

［7］ YOU CF，XUXC.Utilization of ventilation air－methane as a supplementary fuel at a circulating fluidized bed combustion boiler［J］.Environmental Science and Technology，2008，42(7):2 590 －2 593.

［8］ 岑可法，倪明江，骆仲涣，等.循环流化床锅炉理论设计与运行［M］.北京:中国电力出版社，1998.