掺烧化工尾气对煤粉锅炉的影响

掺烧化工尾气对煤粉锅炉的影响

杨成强

国能榆林化工有限公司 陕西 榆林 719302

摘要：针对西部国能榆林化工的自备电厂，通过对其掺烧化工尾气的煤粉锅的设计特点和性能进行分析，并更根据化工尾气的特点和实际运行情况，分析了掺烧化工尾气对煤粉锅炉的影响，根据分析结果优化了燃烧工况，完善了锅炉的安全稳定运行，实现了尽可能多掺烧化工尾气，减少燃煤使用量，提高电厂运行的安全性、稳定性和经济性。同时减少了化工尾气放散对环境的影响，避免了能源的浪费，取得显著的经济效益和环境效益。

关键词：化工尾气 ；煤粉锅炉；掺烧；影响

Abstract: Aiming at the power factory owned a chemical factory in the west of China ,through the analysis of the design features and performance of the pulverized coal boiler, and according to the characteristics of chemical tail gas and the actual operation, analyze the influence of the mixed combustion of chemical gas on the pulverized coal boiler, according to the analysis results, the combustion conditions are optimized,improve the safe and stable operation of the boiler, to achieve the best possible mixed burning gas of chemical industry, reduce coal consumption, improve the safety, stability and economy of the power plant operation. While reducing the chemical exhaust emission to the environment the influence, to avoid the waste of energy, have achieved significant economic and environmental benefits.

Key words: chemical gas; pulverized coal boiler; blending; influence

背景

西部国能榆林化工的自备电厂拥有四台哈尔滨锅炉厂有限公司制造的高压煤粉锅炉，锅炉型号为HG-260/9.8-YM1。锅炉主要为化工装置提供蒸汽气源，并配套两台25MW抽背式汽轮发电机组，设备年运行小时数为8000h。

锅炉特点

锅炉为单汽包、自然循环、集中下降管、倒U型布置的固态排渣煤粉炉，锅炉前部为炉膛，四周由模式水冷壁包围，炉膛上部出口之前布置屏式过热器。水平烟道装设了两级对流过热器，炉顶、水平烟道转向室和尾部包墙均采用模式管包敷，尾部布置省煤器和回转式空气预热器。锅炉架构采用全钢结构，紧身封闭，炉膛、过热器和省煤器全部悬吊在顶板梁上，尾部空气预热器支撑在后部柱和梁上。受热时，锅炉整体向下膨胀。

锅炉采用死角切圆布置，直流式燃烧器，炉内假想切圆直径为739mm，配有三台中速辊碗时磨煤机，其中两台运行，一台备用。燃烧器采用水平浓淡分离燃烧器，以降低NOx排放量和保证锅炉低负荷燃烧。燃烧器有三层一次风喷口，七层二次风喷口，气体燃烧器布置在最下层二次风喷口中，油枪布置在下一层与中间层一次风喷口中间。

掺烧化工尾气对启停炉的影响

初次投用化工尾气时，要进行气密性实验。气密性实验采用氮气或压缩空气，试验压力为0.35MPa。试验前要与运行中的系统用盲板隔离，重点检查阀门填料、法兰、焊接处以及取样管末端、螺纹连接处，包括压力表、温度表等活接头，压力、流量、热电偶连接点等。气密性试验时，应逐渐缓慢升压，当达到试验压力并稳定十分钟后，用中性发泡剂，如洗洁精与水的混合液，喷涂到所有的密封点，取样处需要浸泡到发泡剂桶中进行检查，无冒泡现象、无泄漏为合格。

对于已投用过的燃气管道，停炉后要充入氮气进行保压。在下一次燃气点火或者投入燃气时，可直接通入燃气。对于为投用过的燃气管道，投用时要先进行氮气置换空气。根据运行经验，首先检查关闭燃气气动总阀，检查关闭化工尾气系统各阀门。在燃气母管放散取样阀后连接软管，引至室外，顺序开启燃气过滤器入口阀、燃气过滤器出口阀、燃气总阀、燃气气动调节阀入口阀、燃气气动调节阀出口阀，开启燃气气动调节阀至20%开度，开启燃气母管气动快关一次阀、燃气母管气动快关二次阀、快关阀间气动放散阀、燃气母管气动放散阀，关闭放散总阀。

开启燃气母管吹扫气动阀，向燃气母管充入氮气，注意维持燃气母管压力在20-80kPa之间。检查快关阀间气动放散阀，燃气母管气动放散阀处排放正常。十分钟后，分析检测氧含量，取样点分别在快关阀间放散取样阀和燃气母管放散取样阀、放散总阀。氧含量合格后，关闭燃气气动调节阀、燃气气动快关阀一次阀、燃气气动放散阀、快关阀间气动放散阀、燃气母管气动放散阀、燃气气动调节阀、燃气母管气动快关一次阀、燃气母管气动快关二次阀，关闭燃气母管吹扫气动阀、快关阀间放散取样阀、燃气母管放散取样阀、放散总阀取样阀，否则继续置换至合格。

为保证化工尾气安全顺利点火，经过摸索，首先要做好燃气管道泄漏试验和机组启动连锁保护试验；其次，在充入化工尾气前一定要对燃气管道进行氮气置换，并且至合格；第三，点火前必须对全炉膛以大于30%的送风量进行吹扫五分钟以上；第四，点火不成功后不得继续进行点火，必须立刻进行全炉膛吹扫，防止化工尾气在炉膛中集聚，再次打火时引起爆燃；第五，点火时炉膛负压不易太大，防止造成脱火，点火成功后，炉膛会出现冒正压现象，此时迅速调整引风机入口挡板门的开度，保持合适的负压。停炉后要继续用氮气将管道中的燃气置换掉。

掺烧化工尾气对对流过热器温度的影响

由于化工尾气与煤粉的燃烧特性存在很大的差异，且化工尾气的燃烧产物的体积流量较大，导致对流吸热亮较大，容易造成对流过热器超温，从而影响锅炉的安全稳定运行。炉膛高度相对偏低，炉膛容积相对偏小，投入化工尾气后烟气量相对较大，加之炉膛受热面积灰结焦，导致锅炉炉膛辐射换热较差，对流换热较强，热负荷后移，容易造成对流过热器超温，尤其是一级减温器前的低温过热器，特别是在点火初期。所以锅炉使用化工尾气点火时，要合理配风，二次风量不能过大，而且要严格按照升温升压曲线进行。如果是已投入底部加热蒸汽，要尽早暖磨，当炉膛出口温度380℃左右，热风温度150℃就可以投粉，投粉时只能投A层磨煤机，这样不仅有利于着火，而且使得火焰中心较低，炉膛出口温度低，避免过热器超温。掺烧化工尾气在低负荷时更容易超温，长期低负荷运行导致炉内水循环不畅，严重时导致锅炉变形和爆管，因此，掺烧化工尾气后锅炉尽可能不要长时间低负荷运行。

掺烧化工尾气对煤粉燃烧的影响

煤粉气流的过程分为着火、燃烧、燃尽三个阶段，化工尾气着火燃烧时间很短所需着火热量很小干气进入炉膛迅速燃烧。由于化工尾气着火点近，燃烧速度快干气枪投入后增加燃烧器区域热强度使煤粉着火点前移。锅炉低负荷时炉膛温度相对较低，由于干气枪的投入有利于煤粉气流的着火有稳定锅炉燃烧的作用当锅炉高负荷时炉膛温度相对较高干气枪投入时将导致煤粉着火提前燃烧器区域温度更高可能导致喷口结焦或喷口变形烧裂。在高负荷时，由于炉膛热强度高煤粉气流着火迅速，投用干气后使煤粉气流，着火点前移燃用高挥发分煤种时可能烧损喷口，因而在化工尾气枪投入情况下应增开化工尾气所在二次风门。

掺烧化工尾气对对流受热面和尾部受热面的影响

煤粉锅炉受热面的损坏,主要有过热器的超温爆管和省煤器的烟气冲刷磨损管壁减薄泄漏。但化工尾气火焰的辐射能力较煤粉火焰弱,化工尾气燃烧产物主要是CO2和水蒸汽,不含灰和硫化物,减少了对锅炉受热面的冲刷，对锅炉受热面无损伤。相对来说,煤粉锅炉掺烧化工尾气后,减轻了煤粉燃烧产物对受热面的磨损和腐蚀。

效果

掺烧化工尾气既有有利影响也有不利的影响，但是利大于弊，而且不利的影响都可以通过工艺调整来克服。

掺烧化工尾气取得了可观的节能减排效果，截至2016年4月25日零点十分，动力装置累计使用化工尾气17059646.19标准立方米，其中1#锅炉使用667640.63标准立方米，2#锅炉使用794234.56标准立方米，3#锅炉使用5165514标准立方米，4#锅炉使用10432257标准立方米。

化工尾气的主要成分是甲烷和氢气，甲烷占比43.43%，氢气占比34.60%，化工尾气混合热值为31365.44 ，计算得出累计发热量535083309MJ,节约标准煤18280.322吨,按照动力装置校核煤种的发热量20.05 ，节省原煤26687.447吨。根据磨煤机设计磨煤电耗量6-10 （100%磨煤机出力），略去引风机、一次风机和给煤机减少的电耗，粗略计算节约电耗240187度。这相当于同时点亮功率为50瓦的节能灯4804支，并且能持续一千小时，相当于我国2761户城市家庭一个月的用电量，相当于我国1000户农村家庭一年的用电量。动力装置校核煤种收到基氮元素、硫元素和灰分分别占比0.74%、0.55%、18.41%，分别减少氮氧化物和二氧化硫排放量198吨、147吨，减少粉尘量4913吨，减少碳排放量14561吨，脱硫脱硝累计减少液氨消耗量约100吨。

结语

影响锅炉安全稳定运行的因素有很多，而且是比较复杂的。掺烧化工尾气对锅炉的稳定运行有一定的积极意义，高压煤粉炉掺烧化工尾气后,解决了煤化工装置的火炬排放问题,取得较好环保作用。化工尾气对锅炉具有助燃作用,低负荷可减少稳燃用油的消耗。而且，利用化工尾气点炉，节省了点炉时的燃油使用量，降低了点火成本。

从能源充分利用的角度来说，使用化工尾气，不仅节约了大量原煤，而且避免化工尾气排到火炬直接燃烧，造成资源浪费。由于化工尾气可代替相当部分的原煤使用量，同时电耗、设备磨损折旧等费用均可降低。自动力装置化工尾气投用以来，锅炉每次点火都采用燃气点火，节省了大量柴油，降低了锅炉点火成本。化工尾气相比较煤粉燃烧，更为洁净，大大减少了排放量。在能源化工和石油化工领域具有重要的参考和借鉴意义，同时对节能降耗、能源综合利用也具有重要的现实意义。 

文献

【1】 220 t/h煤粉锅炉掺烧高炉煤气改造

赵洪波，付丽梅，庄绪平 - 《电站系统工程》 - 2003

【2】钢厂煤气混烧锅炉运行优化的试验研究

易正明，肖慧，杜炳旭 - 《武汉科技大学学报:自然科学版》 - 2014

【3】煤/煤气掺烧锅炉燃烧检测及控制研究

黄本元 - 《华中科技大学》 - 2010 

【4】掺烧高炉煤气对锅炉传热特性影响的研究

方立军，武生，胡月龙，... - 《华北电力大学学报:自然科学版》 - 2013

【5】200MW锅炉煤/煤气混烧试验研究

董谦之 - 华中科技大学 - 2009