大型化工裝置配套循環流化床鍋爐啟動期間環保超標的控制措施與調整方法

蔣都欽，方玉濤，魯世軍

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城　476600)

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大型化工裝置配套循環流化床鍋爐啟動期間環保超標的控制措施與調整方法

蔣都欽，方玉濤，魯世軍

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城476600)

摘要：為了解決鍋爐在啟動期間環保排放超標的難題，通過大量的理論研究和試驗，找出了影響環保排放數據的原因，并通過采取一系列的有效措施進行控制，從而達到縮短超標時間，逐步進行再次優化，最后達到全部達標排放。

關鍵詞：脫硫；脫硝；二氧化硫；氮氧化物；爆燃；達標排放

河南龍宇煤化工有限公司為年產50萬t甲醇和年產20萬t二甲醚項目配套提供高壓蒸汽動力的裝置是四川某鍋爐廠130 t/h高溫高壓循環流化床鍋爐，鍋爐煙氣脫硫裝置按“一爐一塔”配置方式，采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，脫硫效率≥95%，SO2排放濃度在100 mg/Nm3以下，脫硝采用的氨法脫硝工藝，目前正在建設中，通過工藝優化及配煤調整，鍋爐負荷在120 t/h運行工況下，目前排放在150 mg/Nm3左右運行，布袋除塵器高效濾袋2015年4月全部進行更換，目前的煙塵排放數據在20 mg/Nm3以下運行。

1排放數據

2015年5月26日部分環保排放數據見表1。

表1　2015年5月26日部分環保排放數據

注：數據來源于河南省重點污染源自動監控系統-企業在線查詢子系統。

但是，在鍋爐啟動過程中，為了保護除塵器濾袋不受油泥污染造成污堵，在啟動過程中退出油槍之前，濾袋通道強制打到旁路運行，在鍋爐投煤的過程中，點火油槍只能加熱到480 ℃就要強制投煤，由于鍋爐燃用的是當地無煙煤，并摻燒部分煤矸石，燃料的揮發分在8%左右，床溫上升的速度很緩慢，通常需要投入1.5 t左右的煤才能把床溫升高到750 ℃，燃料中的固定碳才能達到燃點，大量的燃料在接近燃點后會在爐膛內發生劇烈的爆燃，溫升率最高可達到80 ℃/min，采用增加風量和降低油壓的方式進行調節，也會造成爐膛床溫大幅度地波動，由于點火初期床溫升速緩慢，返料在點火初期都是在關閉狀態，床溫穩定后才能投入返料，鍋爐一般點火時間控制在5 h左右，大量的細灰和投煤期間細小的煤煙積聚在返料器內，突然返入爐膛，床溫起伏變化很大，在整個啟動過程中，煙塵、二氧化硫和氮氧化物出現頻繁超標，在2014~2015年初的鍋爐啟動切換中，鍋爐每切換啟動1次，煙塵會超標6 h左右，二氧化硫會超標2 h左右，氮氧化物會超標10 h左右。2015年1月9日啟動期間環保排放部分數據見表2。

表2　2015年1月9日啟動期間部分環保排放數據

注：數據來源于河南省重點污染源自動監控系統-企業在線查詢子系統。

2影響環保數據的因素及調整措施

啟動期間影響煙塵超標的因素主要包括濾袋的投入與否、一次風流化風量及風速、尾部煙氣含氧量(在線監測上傳的數據是一個折算值，均值為標態、干基、6%氧含量下的濃度，二氧化硫和氮氧化物數據同煙塵折算倍數)。

2.1煙塵超標的因素及調整措施

(1)為了有效地控制煙塵含量，在啟動初期(約20 min)，布袋除塵器強制投入，一次風機大風量對爐膛進行吹掃和流化，主要目的是把鍋爐床料內的較細顆粒揚起，盡可能地吹送到分離器和尾部煙道，尾部煙道的揚塵及受熱面上原有殘存的細灰再通過引風機負壓抽至布袋除塵器過濾，此時煙氣總排口的煙塵由于濾袋的投入，是不超標的(<30 mg/Nm3)。

(2)鍋爐油槍點火前，減少一次風量，使其最小流化風量不超過7.5萬Nm3，調整引風機負壓不超過80 Pa。調整穩定后，退出除塵器，關閉脫硫塔煙氣旁路閥門，投入脫硫塔，鍋爐開始投油點火。

采取以上措施的主要目的包括以下幾點：①細顆粒煙塵經過大風量的吹送后，剩余的很少一部分在一次風量下，只停留在爐膛的密相區內，少量的稀相區煙塵也只是在爐膛內部形成內循環，鍋爐尾部煙道的煙塵濃度會大大降低；②逃逸到尾部煙道的細小顆粒煙塵，在經過脫硫塔噴淋層水洗后，進入煙氣總排口的濃度也降低到30 mg/Nm3以下，滿足達標排放要求；③含油煙氣在除塵器走旁路，不會發生油污污染，可以使濾袋得到有效的保護。

2.2二氧化硫超標的因素及調整措施

二氧化硫的控制主要體現在投煤期間和投煤之后，控制手段主要是燃料的選用上盡可能地采用低硫煤，燃料中的硫含量不超過0.5%，脫硫塔要提前注入一部分石灰石漿液，調節塔內pH值在6.5左右，含硫煙氣在脫硫塔內進行充分反應后，在啟動的整個過程中，二氧化硫含量是完全可以控制在200 mg/Nm3以下，達到達標排放要求。

2.3影響氮氧化物超標的因素及調整措施

氮氧化物的超標主要體現在投煤后，爐膛床溫開始大幅度地上升及波動，以及在點火正常后，由于鍋爐啟動初期，爐內循環灰量偏少，床溫控制偏高，產生的氮氧化物較多，目前又無脫硝控制手段，是點火期間控制的重點和難點。

(1)鍋爐爐膛溫度達到投煤點后，鍋爐開始投煤，床溫升高到750 ℃左右時，燃料開始著火燃燒，在此時要調整給煤量，控制溫升率不超過20 ℃/min，使爐膛溫度緩慢平穩上升，爐膛溫度不超過920 ℃為最好，從而達到抑制氮氧化物的生成量。

(2)在投入鍋爐返料過程中，也是鍋爐床溫發生大范圍波動的階段。投入返料時，采用少量多次的方法進行，一是采用單側投入，二是單側多次投入，每次稍開返料風閥門，使返料開始松動，并逐步返入爐膛，此時由于細灰的溫度是低的，進入爐膛后會大量吸熱，要及時進行加煤，以平衡爐膛內的溫度。發現溫升率超過10 ℃/min時，立即關閉返料風閥，中止返料，穩定3~5 min后，再次重復操作返料風閥，直至全部投入，返料器溫度上升到800 ℃左右，返料器開始正常運行。

(3)鍋爐啟動初期，由于投入的燃料量偏少，爐膛內循環倍率達不到設計要求，爐膛溫度偏高，且不穩定，鍋爐負荷只能保持在80~90 t/h左右運行，氮氧化物含量還會發生波動性超標。為了彌補啟動初期爐內循環灰量偏少的缺陷，在鍋爐上煤時，在燃料煤中摻燒20%~30%的爐渣，主要目的在于以下兩點：一是在控制爐膛床溫時，投入摻渣的燃料，熱值低，床溫上升會緩慢；二是熱值低，為了保證爐膛正常燃燒所需的燃料量，投入的燃料總量會加大，為建立正常的循環灰和合理的循環倍率縮短了時間。

3鍋爐啟動實例和效果

3.1啟動C#鍋爐的過程

5月28日21∶27，通知現場投入C爐布袋除塵器，啟動C#爐引風機及一次風機，煙塵濃度保持21 mg/m3。

21∶53提高一次風機風量至76A，除塵器走旁路，投入脫硫塔，對鍋爐進行點火，成功。煙塵濃度在30 mg/m3左右浮動。

5月29日2∶20對C#爐投煤，2∶55鍋爐內煤著火，3∶08煙塵升至104 mg/m3，氮氧化物升至291 mg/m3，居高不下。

3∶30退點火油槍，煙塵降至82 mg/m3，氮氧化物為274 mg/m3，除塵器投入后，煙塵降至15 mg/m3，調整氧量及床溫氮氧化物降至92 mg/m3，逐漸正常。

3.2啟動過程中的環保數據分析及趨勢圖

鍋爐點火期間的環保數據與床溫的關系趨勢見圖1。鍋爐點火期間環保排放數據與氧量之間的關系趨勢見圖2，2015年5月28日啟動期間環保排放的部分數據見表3。

圖1　鍋爐點火期間的環保數據與床溫的關系趨勢(藍色：床溫；紅色：氮氧化物；黃色：氧含量)

圖2　鍋爐點火期間環保排放數據與氧量之間的關系趨勢(紅色：氮氧化物；藍色：二氧化硫；黃色：煙塵；綠色：氧含量)

城市污染源排口名稱日 期煙塵/(mg·m-3)平均值折算后二氧化硫/(mg·m-3)平均值折算后氮氧化物/(mg·m-3)平均值折算后O2體積分數/%商丘市永城龍宇煤化工有限公司 1號排放口2015-05-290512.5716.8234.3846.29120.69162.169.831號排放口2015-05-290423.3335.5838.4257.87133.68201.1610.911號排放口2015-05-290315.5428.5218.3433.3968.84125.9312.801號排放口2015-05-290215.7930.3110.1419.4862.98120.4613.171號排放口2015-05-290116.7529.4011.3418.4959.1910112.141號排放口2015-05-290015.7922.3323.1832.8166.5294.1510.391號排放口2015-05-282314.3723.9635.6360.4669.22113.1511.691號排放口2015-05-282217.6227.8742.3162.6877.31113.2910.82

注：數據來源于河南省重點污染源自動監控系統-企業在線查詢子系統。

3.3啟動過程總結

在此次C#鍋爐啟動過程中，煙塵平均值在02∶00、04∶00超標，氮氧化物在04∶00超標。二氧化硫未出現超標，相對之前鍋爐啟動長時間超標有較大進步，但是此次啟動過程中依然存在以下問題。

(1)啟動初期，由于鍋爐長時間不啟動，南側床面0.5 m2左右流化不好，流化風量控制較大，一次風機風量在85 000 m3/h以上，導致一次風量較高，煙塵攜帶量大，在啟動初期投入脫硫塔情況下，02∶00煙塵數據依然超標；點火成功后，逐漸升溫，并同步關小混合風門，降低一次風量，在一次風機風量降至75 000 m3/h左右時，煙塵合格。

(2)在2∶55~03∶30之間，在燃煤著火過程中，燃料調整、床溫控制方面精細化程度不夠，床溫、含氧量變化較大，同時氮氧化物、煙塵隨之變化較大，導致02∶00及04∶00煙塵、氮氧化物超標。

(3)此次C#鍋爐啟動環保指標能確保合格，脫硫塔投入是關鍵所在，但是脫硫塔在點火初期投入亦存在很大隱患，大量清洗煙氣中的煙塵及油煙，塔內漿液中含有大量油污和煙塵，使塔內漿液品質惡化。

3.4C#鍋爐啟動實例

針對5月28日啟動過程中出現的問題，在7月12日啟動過程中制定以下措施。

(1)煙道中存有大量細灰，初次啟動風機時投入布袋除塵器運行，在保證排放合格的情況下，維持風機短時間運行，將殘留的大量細灰抽走。

(2)為防止煙塵超標，將C#爐脫硫塔投入并注入漿液。保持煙氣經過脫硫塔，利用脫硫塔循環泵沖洗帶走煙氣中煙塵，同時適當降低一次風量，增加對脫硫塔除霧器的沖洗頻次，維持煙塵濃度在30 mg/m3。

(3)燃煤著火后，煙塵濃度、氮氧化物排放濃度迅速增加，加大精細化調整力度，盡快穩定床溫，退出油槍，投入布袋除塵器，待鍋爐燃燒穩定后，適時調整煙氣氧含量及床溫，逐步降低煙塵及氮氧化物的排放濃度，保持環保指標合格。

(4)在鍋爐啟動前，在燃料煤中摻入20%的爐渣，保證二氧化硫及氮氧化物濃度值維持在較低值。同時能夠保證在鍋爐投煤著火后，二氧化硫合格排放，返料器循環灰量能夠迅速建立，縮短鍋爐穩定時間，有利于氮氧化物排放濃度的控制。鍋爐點火期間環保數據趨勢見圖3。

圖3　鍋爐點火期間環保數據趨勢(藍色：煙塵;綠色：氮氧化物;紅色：二氧化硫。)

從圖3可以看出，第1次煙塵發生超標波動，是在一次風機剛剛啟動瞬間，第2次煙塵發生波動是在20 min后點火時退出除塵器，第3次煙塵、氮氧化物發生超標波動是在投煤后，但很快(約20 min左右)就恢復到正常排放指標。2015年7月12日啟動期間環保排放的部分數據見表4。

表4　2015年7月12日啟動期間部分環保排放數據

注：數據來源于河南省重點污染源自動監控系統-企業在線查詢子系統。

從表4中可以看出，本次啟動過程從02∶00~07∶00，歷時5 h，環保數據全部達標。

3.5存在的缺陷

鍋爐啟動成功后，爐外脫硫的脫硫塔內大量存在煙塵及油煙，需采取“大排大補”措施，逐漸更換脫硫塔內漿液，優化漿液品質；此過程時間周期較長，排放的廢液處理困難，給運行人員增加了相應的工作量。

4結語

在目前環保排放要求日益嚴格的情況下，隨著國家對環保治理的決心不斷加大，社會的關注度越來越高，要求越來越嚴，環保治理提出的理念是，不講客觀，“超標即違法”！

雖然目前各大型化工企業均對環保排放的達標情況非常重視，在運行中采用新增爐外脫硫和脫硝裝置的手段，來控制二氧化硫和氮氧化物的排放濃度在200 mg/m3以下，通過更換新型高效的除塵器濾袋措施來保證煙塵排放在30 mg/m3以下，但在鍋爐的啟動過程中，鍋爐燃燒需要投入大量的柴油進行助燃，且在投煤的過程中，為了保護高效的除塵器濾袋，含塵煙氣要強制打旁路運行，同時由于在投煤和投入返料的過程中，大量的燃料在床層爆燃，床溫的控制也發生大幅度波動，氮氧化物和二氧化硫也會出現超標的現象。如何在啟動過程中控制好環保達標排放，成為考驗循環流化床鍋爐操作調整的又一大難題。

本文論述的在鍋爐啟動過程中對環保排放的控制方法和調整措施已通過實踐證明，對控制鍋爐啟動期間環保達標排放是行之有效的，對同類鍋爐和相似鍋爐的開車具有非常大的推廣和借鑒意義。

參考文獻：

[1] 張燕，王碩，王博.燃煤工業鍋爐氮氧化物排放的控制技術[J].中國環保產業,2011(3)：40-44.

[2] 王世明.循環流化床鍋爐如何控制氮氧化物的排放量[J].中國科技博覽,2014(23)：250.

[3] 蔣都欽,葉宏海,方玉濤.大型化工裝置配套循環流化床鍋爐氮氧化物的控制與調整[J].化肥設計,2015(3)：48-51.

Control Measures and Adjustment Methods of

Standard-exceeding Discharge of Large Chemical Plant CFB Boiler during Start-up

JIANG Du-qin, FANG Yu-tao, LU Shi-jun

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Abstract：To solve the problem of standard-exceeding discharge of boiler during start-up, the reasons to affect the discharge data are found through abundant theoretical studies and tests, a series of effective measures are taken so that the standard-exceeding discharge time is shortened and it is optimized again to ultimately reach up-to-standard discharge.

Keywords：desulphurization; denitration; sulfur dioxide;oxynitride; deflagration; up-to-standard discharge

收稿日期：2015-10-07

作者簡介：蔣都欽(1977年-)，男，1996年畢業于鄭州電力高等專科學校動力工程系，工程師，現主要從事大型化工裝置配套動力裝置的全面管理工作。

中圖分類號：TK 229.66

文獻標識碼：B

文章編號：1004-8901(2016)01-0040-05

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.010 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.011