三廢爐優化控制技術

梁玉明，李明，王文，寧崇軍，田龍

（云南云天化股份有限公司紅磷分公司，云南 開遠 661600）

云南云天化股份有限公司紅磷分公司三廢爐裝置以造氣爐渣、造氣污泥和造氣吹風氣、合成馳放氣三廢為主要原料，生產壓力3．82MPa、溫度 450℃的過熱蒸汽。其設計能力為50t/h（3．82MPa、450℃）。裝置自2008年建成投廠創造了很好的效益，但也存在很多問題，經過10年的研究改造現在能達到“安、穩、長、滿、優”運行。

1 工藝流程簡介

紅磷分公司三廢爐裝置采用沸騰爐燃燒合成氨裝置造氣爐渣、造氣污泥和造氣吹風氣、合成馳放氣“三廢”，由燃燒系統、水汽系統、煙氣除塵系統、尾氣洗滌系統組成。其主要任務是將混配合格的煤送入沸騰內燃燒，同時配燒造氣爐吹風氣和合成馳放氣，產生溫度≤950℃的高溫煙氣，高溫煙氣經組合除塵器除去粒度較大的煙塵后進入鍋爐受熱蒸發區，高溫煙氣在蒸發區內傳熱使脫鹽水發生相變成為蒸汽。換熱后的煙氣經電除塵器，除去粉塵后由引風機送洗滌系統洗滌后經煙囪排入大氣；混配煤在爐內燃燒產生的灰渣，在保證爐內燃燒正常的情況下間斷直排爐外。流程如圖1。

煤倉（V-07）內的煤經下料調節閘板閥進入皮帶給煤機（L-08A/B）到螺旋給煤機（L-09 A/B），由螺旋給煤機將煤推送入混燃爐的燃燒室內，經二次風機（C-03）來的空氣經二級空氣預熱器，通過給煤機出料口下部的播煤風管送入混燃爐的燃燒室內，并將給煤機送來的煤均勻吹撒到混燃爐的床層上。由一次風機（C-02）來的空氣經一級空氣預熱器預熱后進入風室，通過布風板經風帽進入爐膛內，提供煤燃燒所需的氧，使煤在混燃爐的爐膛內，加之由二次風機送來經二級空氣預熱器預熱的空氣繞動作用下，充分燃燒以放出熱量加熱產生高溫煙氣。通過引風機（C-04）的抽吸，燃燒產生的高溫煙氣經爐膛上部進入組合式分離器內，將煙氣中所攜帶的顆粒粉塵和部分細粉塵分離后，進入鍋爐換熱蒸發區，依次經過蒸發水冷壁管1～2組、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發水冷壁管3～22組、高溫省煤器、低溫省煤器、一、二級空氣預熱器、電袋復合除塵器（V-05）、過引風機（C-04）由煙氣脫硫塔（V-06）排入大氣。由造氣和合成送來的吹風、馳放氣分別在預混器和無焰燃燒器內，配入由二次風機送來經二級空氣預熱器預熱的空氣后，進入混燃爐的中上部完全燃燒變成高溫煙氣。

2 主要化學反應

（1）炭與空氣（氧氣O2）的反應

（2）氫與空氣（氧氣O2）的反應

（3）硫與空氣（氧氣O2）的反應

（4）吹風氣與空氣（氧氣O2）的反應

（5）馳放氣與空氣（氧氣O2）的反應

3 生產裝置存在的問題

（1）從工藝流程分析，三廢爐裝置燃煤及煙氣系統沒有采用自動控制，也無氧含量測量控制。

（2）從尾氣排放數據分析正常情況尾氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物沒有超標，尾氣中顆粒物偶爾超標，氧含量長期超標。

（3）空氣過量較多煙氣流速過快，煙氣中的粉塵加速磨損水冷壁管、爐墻、省煤器水管及引風機導致設備故障多停車。粉塵磨損水冷壁管如圖2所示。

（4）煙氣流速過快把大量粉塵帶到靜電除塵器，導致靜電除塵器除塵效果差，之后技改加裝了布袋除塵器及洗滌系統才解決了尾氣粉塵超標問題。

圖2

（5） 空 氣過量、燃煤及煙氣系統沒有采用自動控制是造成三廢爐不能“安、穩、長、滿、優”運行的主要原因。

4 解決方案及措施

在三廢爐燃燒過程中，當空氣過剩系數過小即氧量不足時，燃料未完全燃燒而導致熱效率降低，煙囪冒黑煙，對環境造成較大的污染，同時存在爆燃的安全風險。而當空氣過剩系數太大即氧量過多時，過剩空氣帶走的熱量多，也導致熱效率低。過量的氧氣會導致煙氣中SO2、SO3和NOX含量增大，粉塵排放超標，一方面對環境造成嚴重污染，另一方面加速水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕損壞。因此，將氧氣含量控制在一個合理的范圍內，不僅能夠提高燃料熱效率，起到節約能源的作用，還能夠減少廢氣對環境的污染以及水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕損壞，降低收塵系統及尾氣洗滌系統的負荷。為達到裝置“安、穩、長、滿、優”運行的目的，對燃燒系統必須做如下優化控制。

（1）本裝置采用DCS系統進行全流程溫度、壓力、流量、液位監控，熱力系統的鍋爐液位采用先進的三沖量自動控制，除氧器液位、減溫減壓采用單回路PID控制。

（2）燃燒系統的自動控制是解決“安、穩、長、滿、優”運行的主要辦法。

①在混燃爐出口增加一套氧化鋯氧分析儀，將氧氣含量控制在一個合理的范圍內,氧化鋯氧分析儀能在線實時監測煙氣中的氧含量，并能將監測到的氧含量值直接輸入到DCS控制系統，與二次風機C03形成PID自動控制回路，氧含量控制在5%以下，風機電機為185kW380V，執行機構采用變頻調速器控制。如圖3所示。

圖3

②混燃爐底風室壓力PI-1001與一次風機C02形成PID控制回路，壓力穩定控制在5kPa左右, 保證煤的沸騰燃燒。風機電機為630kW6kV，執行機構采用永磁調速器控制。如圖4所示。

表1

圖4

③混燃爐流化床壓力PI-1002與引風機C04形成PID控制回路，壓力穩定控制在-100Pa左右，保證系統微負壓工作。風機電機為800kW6kV，執行機構采用永磁調速器控制。如圖5所示。

圖5

4.3 改造新增設備表（表1）

由于空氣過量降低30%，尾氣排放溫度降低59．63℃，年可以節約7552t標煤/a，按500元噸計可以節約3776000元。

5 改造前后經濟技術指標比較表（表2）

改造前后尾氣排放指標，見表3。

6 結論與展望

6.1 節電效果

通過對裝置的優化控制實現系統節能，裝置節電率達到50%左右，三臺風機年可以節電：

Q=（8 0 0+6 3 0+1 8 5）×5 0%×2 4×3 3 0=6395400kW·h，按0．4元計算年可以節約電費2558160元。

6.2 熱能利用效率提升

由于空氣過量降低30%，尾氣排放溫度降低59．63℃，年可以節約7552 t標煤/a，按500元噸計可以節約3776000元。

表2

表3

6.3 設備故障率下降

（1）由于采用永磁電機調速器進行平滑無級調速，柔性啟動，減少電機的沖擊電流，延長傳動系統各主要部件（軸承，密封等）的使用壽命。

（2）由于永磁調速器使電機和負載分開，無機械連接，隔離振動，電機、風機振動不會相互影響，設備故障率下降60%左右。

（3）由于采用優化控制，空氣流速下降，水冷壁、省煤器、爐墻的磨蝕降低，保證了裝置的“安、穩、長、滿、優”運行?？諝饬魉傧陆担瑤У匠龎m及尾氣洗滌系統的粉塵大幅下降，減輕尾氣處理負荷，保證尾氣排放達標。

（4）節能減排是能源、化工、冶金、建材等企業管理永恒的主題。單純的從某個專業的角度考慮節能減排效果有限，只有組織工藝、設備、電氣、自控、操作等專業專家對裝置進行系統進行充分論證，通過優化控制實現系統節能才能實現企業效益最大化。