气化炉细灰综合利用改造

白振波，李彦坤，王 翠

(1.阳煤集团深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭阳煤化工集团，河北 定州 073000)

气化炉细灰综合利用改造

白振波1，李彦坤1，王 翠2

(1.阳煤集团深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭阳煤化工集团，河北 定州 073000)

针对航天炉气化细灰无法处理的问题，提出了细灰掺烧，锅炉回用的办法。经实践显示，这种方法细灰得到了处理和有效利用，并且可以节省锅炉煤量折合858t/h，提高企业经济效益308万元/a。

航天炉；细灰；掺烧锅炉回用；改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

我国是一个缺油、少气但煤炭资源相对丰富的国家，如何利用我国煤炭资源相对丰富的优势发展煤化工已成为大家关心的问题。发展煤化工离不开合成气的制备，煤气化就是制备合成气的必要手段。

近年来，我国掀起了一股煤制甲醇热、煤制油热、煤制天然气热、煤制烯烃热。有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目，这些项目都碰到了原料和煤炭气化工艺技术方案的选择问题。

近些年，德士古、壳牌等煤炭加压气化技术的引进吸收，极大地推动了我国大化工的发展。同时，国内的加压气化技术通过不断优化、改良，也逐渐完善、成熟起来，例如国内的航天炉干煤粉气化技术目前己遍地开花。

1 气化细灰产生过程及处理现状

在航天炉气化粉煤制取合成气的过程中，高温合成气会夹带大量的煤粉、细灰。在高温煤气经激冷降温、水洗净化后，这些煤粉、细灰被激冷水洗涤下来形成气化黑水。黑水经高低压闪蒸、絮凝沉淀、真空过滤后形成气化细灰。气化细灰含水率55%～60%，含碳量30%～35%，其低位发热量约6 300kJ/kg。目前该部分湿灰的处理方式主要有烧砖和填埋两种。但这两种处理方式都存在着很大的弊端。

随着国家新环保法的提出与实施，各地方对污染企业的查处力度在不断加强，不符合环保要求的砖厂逐渐关闭，造成灰渣无处收购。

湿灰用作填埋场材料通常需要复合衬彻，但是使用汽车运输至厂外，会造成二次污染，气化湿灰粒度较小(90～120μm)且含有大量水分(55%～60%)。为便于装卸，一般气化湿灰采用敞篷车运输，故在运输过程中存在严重的污水四溢现象，且上部干灰粒度较小，随风扬尘现象明显，导致现场环境恶劣。

外售和填埋的处理手段都会造成含碳量的损失，使得热能无法全部释放，造成资源浪费。因此，迫切需要开发一种气化细灰的处理方法，以避免其对环境造成的污染和资源浪费。

2 改造方案

通过对国内同行业的调研发现，一种细灰掺烧的方案正在被各化工园区逐步试用，将气化湿灰送入现有循环流化床锅炉中掺烧代替湿灰外卖，能有效解决能源浪费、厂区环境污染及运输过程中环境污染等问题。

由气化装置灰水槽送来的灰水(排灰和水的混合物)，经真空过滤机将含水量降至50%～60%的范围内，滤液经管道收集至滤液澄清池，再经滤液泵送回气化回用。滤饼通过带式输送机送至中储仓，滤饼在中储仓内不断地被搅拌以防发生水和灰分层现象，滤饼经布置在中储仓下部的给料设备进入滤饼输送泵入口，由动力包提供高压油驱动滤饼输送泵往复运行，滤饼被加压后经锅炉给料器送入CFB锅炉密相区燃烧。

2.1 项目处置方案及工艺流程介绍

本项目为气化炉湿煤灰输送系统采用2仓3泵的设计原则(预留1台输送泵位置)，即1台输送系统对应1台锅炉。每台锅炉1个给料点，共3套输送系统。系统中湿煤灰输送泵设置备用泵1台，即正常情况下为2用1备。采用中部给料方式为锅炉输送湿煤灰。通过过滤机脱水后的湿灰直接进入中储仓，湿灰在中储仓内均匀搅拌，预压螺旋持续给湿灰泵供料，湿灰泵将湿灰打入输送管道，经过远距离的管道输送，通过给料装置由锅炉中部进入炉内燃烧。气化细灰输送系统见图1。

图1 气化细灰输送系统

2.2 黑水过滤的工艺技术方案选择

黑水过滤工艺技术方案对比见表1。

表1 黑水过滤工艺技术方案

该项目中，需要用过滤机处理气化装置沉降槽底流泵输送过来的含灰黑水，黑水中灰粒度≤50μm，并要求连续操作，因此选择用真空过滤机。

2.3 锅炉进料位置的选择

目前循环流化床锅炉的给料方式主要有两种：一种是从锅炉中部密相区送入锅炉；另一种是从锅炉顶部送入锅炉。

(1)中部进料的优点有：①不用在锅炉上增加开口，通常通过占用个别二次风口，或者利用锅炉两侧的人孔(烘炉时一般也利用该口)；②滤饼进入锅炉后直接落在料层上，炉内停留时间长，燃烧充分。

其缺点有：①滤饼从锅炉侧壁进料，可能产生挂壁现象；②滤饼接入点较低，落料不均匀，同时滤饼带有大量的水分，随着水分的迅速蒸发，会造成料层局部温度降低；③滤饼接入点较低，落料不均匀，在含水量较高时容易导致布风板堵塞。

(2)顶部进料的优点有：①从炉顶进料，滤饼会被炉膛的上升气流迅速打散、烘干、燃烧，对床温影响较小；②滤饼进入锅炉顶部中间位置进入，尽量减少了对水冷壁受热面的影响。

其缺点有：①锅炉顶部一般没有多余开口，需要锅炉停炉增加开口；②对于有屏式过热器的锅炉，从顶部落料可能会对屏式过热器产生冲刷，影响其安全运行；③由于气化细灰粒度小，旋风分离器可能会无法补集，使滤饼进入锅炉后停留时间短，燃烧不充分；④滤饼需要提升到锅炉顶部，对输送系统的扬程要求更高。

因为气化排放的滤饼直径在50μm以内，如果从CFB锅炉的炉顶进料，会导致滤饼没有燃烧就被高速流动的烟气所带走，对锅炉的燃烧起不到有利作用，还会因为蒸发滤饼内的水分而消耗热量，降低锅炉的效率。本技术采用在CFB锅炉下部、床层上方密相区进料的方式，这样可以延长滤饼在CFB锅炉内的停留时间，提高滤饼的燃尽率，从而提高燃烧效率。根据锅炉的特点，采用中部进料。

3 改造后流程

将气化装置沉降槽底流泵输出的含灰黑水，通过管道送至真空过滤机压滤成滤饼，滤液经滤液罐收集后由泵输出送回气化装置，做到水的循环利用。过滤机真空泵利用脱盐水作为生产介质产生真空，给过滤机提供动力，抽取黑水中的水。真空过滤机压滤出来的滤饼经滤饼输送系统送入中储仓内，滤饼在中储仓内被搅拌均匀，防止固液分层，均匀的湿灰被送进膏体泵，再通过管道送至循环流化床锅炉掺烧。气化细灰送CFB锅炉流程见图2。

图2 气化细灰送CFB锅炉流程

4 改造后的经济效益分析

4.1 直接经济效益分析

气化炉产细灰量约为 15t/h(湿基，含水率约为 55%～60%)，湿灰的低位发热量约6 300kJ/kg。物料消耗见表2。

表2 物料消耗

按以上物料消耗表可算出，15t细灰掺烧可节约2.86t燃料标煤，燃料煤按300元/t计，则共可节约成本858元/h，物料消耗总计费用约为473元/h。因此总计可为工厂节约385元/h，年节省成本约为308万元。因此直接效益还是很可观的。

4.2 锅炉检修维护费用降低

掺烧细渣后，锅炉受热面磨损则较轻，锅炉检修维护工作量也少得多，相应节省了大量的检修维护费用。

4.3 锅炉灰渣处理费用降低

掺烧气化细渣后，相应减少了锅炉的灰渣排放总量，从而降低了灰渣系统的运行成本。

5 改造的可行性及必要性分析

5.1 国家政策支持

长期以来，气化炉细渣因一直没有有效的输送方式，难以实现合理、有效应用，气化细渣的存放和出路一直困扰着煤化工企业，对环境造成了极大的污染和危害。因此，国家鼓励对气化细渣实施综合利用，就地消化，并给予较大的政策扶持。我公司最大限度地利用细渣代替原煤作为锅炉燃料，既能获得细渣带来的经济效益，又有可能争取国家的政策支持，从而实现企业利益最大化。

5.2 环境保护的要求

气化细渣资源化利用可带来可观的环境效益，但如果没有很好的输送方式就很容易造成二次污染。对动力车间而言，采用气化细渣资源化利用系统后，即可直接进入锅炉焚烧。整个过程全密封，对环境绝无污染。这就避免了设置堆场晾干细渣，或在运输和堆放过程中遇水流失、风干飞扬等问题，有效改善厂区环境。

5.3 延长锅炉寿命

气化细渣直接入炉焚烧，不但有助于循环流化床锅炉炉膛适当降温，有利于后续脱硫脱硝工艺，更为突出的是磨损问题也会随之减轻，提高了锅炉的运行可靠性和使用寿命。

5.4 湿灰输送系统与传统自然晾晒及烘干的区别

(1)自然晾干或烘干后与原煤混烧。该方式主要通过将含水率较高的气化细渣自然晾干或通过烘干设备将其烘干(一般烘干后含水量≤12%)后与原煤混合在一起，通过破碎后送至锅炉进行燃烧。

该种方式主要存在以下几个问题：①不能大比例掺烧。 气化细渣本身粒度一般较小，干燥后成粉状，不能结团燃烧，一般掺烧比例小于10%；②易堵塞。气化细渣干燥后极易吸水，因此常会堵塞破碎设备、煤仓及溜煤管；③烘干成本高。气化细渣烘干成本较高，一般为85元/t左右。因此，此种方法采用较少；④北方地区冬季寒冷，气化细渣含水率高，容易结冻。

(2)湿灰输送系统——气化细渣直接入炉燃烧。掺烧气化细渣最大掺烧比例达30%，可完全满足CFB锅炉的燃烧要求。

5.5 气化细渣掺烧对锅炉运行及除尘系统的影响

(1)对锅炉运行工况的影响包括：①大比例添加气化细渣后锅炉整体运行稳定，气化细渣添加比例和添加位置对蒸汽侧温度变化的影响很小，可实现气化细渣的大比例掺烧；②采用顶部和中部同时给料的最大气化细渣添加量可达30%；③随着气化细渣添加量的增加，炉膛下部、中部和上部的温度均呈下降趋势，省煤器入口、空预器入口和排烟温度均呈上升趋势；④大比例添加气化细渣后，二次风机电流和引风机电流显著增加，这与燃用气化细渣后烟气体积增加和炉内灰浓度变化有直接关系；⑤进行气化细渣大比例掺烧时应及时进行燃烧优化调整，将调整配风控制到合理范围或适当增加吹灰频次。如果设计大比例掺烧气化细渣的循环流化床锅炉，应及时调整受热面布置比例，适当增加受热面；⑥掺烧细渣锅炉灰渣排放总量明显减少，排渣量也减少，有助于缓解灰渣处理的压力。

(2)对除尘系统的影响包括：①飞灰和除尘。锅炉掺烧细渣后，飞灰和除尘量略有增加，但不会超过15%，在除尘系统设计裕量以内；②烟气温度略有上升。掺烧比例高达30%，排烟温度值都没有超过锅炉允许值；当细渣掺烧比例低于30%时，排烟温度增加值小于5℃，在设计范围内。

6 结语

本项目采用细灰掺烧的工艺路线，对废渣进行再利用，降低了细灰对环境的污染和能源的浪费，符合国家环境保护发展政策。该工艺可以从根本上降低生产成本，提高工厂的环境治理水平，减少废水和废气排放量，能够取得一定的经济效益、社会效益和环保效益。因此采用细灰掺烧来解决航天炉气化细灰处理的问题是可行的。

[1] 孙永才，刘伟.航天炉粉煤加压气化技术浅析[J].中氮肥，2010，37(1)：55-57.

[2] 王洪营，杨悦敬，杨国栋.具有自主知识产权的三种煤气化技术对比[J].河南化工，2012(17)：26-29.

[3] 高继光，马银亮，刘锐杰.水煤浆气化灰渣综合利用和效益分析[J].节能与环保.2014(02)：23-24.

Transformation of Fine Ash Comprehensive Utilization of Gasification Furnace

BAI Zhen-bo1，LI Yan-kun1，WANG Cui2

(1.ShenzhouChemicalIndustryCo.，Ltd.，YangCoalGroup，HengshuiHebei053800China； 2.XuyangCoalChemicalGroup，DingzhouHebei073000China)

Aiming at the problem that the HT-L gasification can not be processed，this paper puts forward the method of fins ash blending and boiler recycling.It has been proved that this method enables the gasified fine ash to be treated and effectively utilized.As a result，the amount of coal used in boiler is reduced to 858t/h，and the economic benefit of the enterprise increases to 3.08 million RMB/a.

HT-L；fine ash；recycling of mixed burning boiler；transformation

白振波(1983年—)，男，河北保定人，2006年毕业于河北科技大学化学工程与工艺专业，硕士，工程师，现主要从事煤制乙二醇的技术管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

X513

B

1004-8901(2017)01-0059-04