本文刊登于PROCESS《流程工業》2023年第5期

《循環經濟的九條路徑》

文/于偉然 王明蘭 滿昌龍

【資料圖】

本文作者供職于聯泓（山東）化學有限公司

我司鍋爐裝置由3臺濟南鍋爐廠生產的140t/h循環流化床鍋爐及其輔機系統和脫硫系統（爐內噴鈣系統、爐外石灰石－石膏法脫硫系統）、脫硝系統、除塵系統、給水系統、蒸汽管網系統以及爐外脫硫系統等構成。為優化鍋爐裝置運行，實現節能降耗以及達標排放，近幾年我公司實施了爐外脫硫、低氮燃燒、鍋爐給水泵以及可燃氣體摻燒優化改造項目，效果較好。

鍋爐爐外脫硫改造

改造背景

我司鍋爐裝置煙氣脫硫原采用爐內噴鈣的工藝，按照二氧化硫≤200mg/m3指標設計，通過優化控制，可做到二氧化硫外排指標為≤100mg/m3。

山東省鍋爐大氣污染物排放標準（2018）規定：鍋爐煙氣二氧化硫外排指標為≤35mg/m3，粉塵外排指標≤10mg/m3，氮氧化物指標≤10mg/m3。按照目前公司鍋爐運行狀況，需控制入爐煤的硫含量在0.6%以下，才能保證外排二氧化硫達標，限制了煤源。并且在鍋爐負荷變動、倒爐及入爐煤熱值波動時，也需保證達標排放。所以為拓展煤源，保證達標排放，實施爐外脫硫優化改造項目。

改造方案

經考察對比，采用石灰石－石膏脫硫工藝，按3爐2塔設計，共2套煙氣脫硫吸收系統。兩臺鍋爐正常運行時脫硫塔1開1備，3臺鍋爐并列運行時，要求2套脫硫系統能同時運行。脫硫效率按不小于98.6％設計。副產品后處理系統共用一套，設計能力按鍋爐最大煙氣量時所產的石膏量計。系統由煙氣系統、吸收劑儲存制備與供應系統、SO2吸收循環系統、旋流系統、脫水系統、副產品貯存系統、工藝水系統以及漿液排出系統與回收系統等設備組成。

脫硫塔上部采用除霧器，2個脫硫塔出口共用150m砼煙囪排放，在150m煙囪檢修時可通過塔上臨時直排50m煙囪排放，配置一套在線監測裝置，兩塔共用制漿系統及后處理系統、廢水處理系統。

改造后效果

改造實施后，在鍋爐燃用煤種的硫含量≤1%，脫硫塔設計最大煙氣量條件下，脫硫效率≥98.6 ％，脫硫塔出口SO2≤35mg/Nm3、凈煙氣粉塵含量≤5mg/Nm3（標態、干基、6%氧）。煙氣外排二氧化硫、粉塵指標滿足超低排放要求，脫硫廢水滿足廢水排放標準。

鍋爐低氮燃燒改造項目

改造背景

我司鍋爐裝置原設計煙氣氮氧化物≤300～350mg/Nm3，能滿足當時的排放標準。2015年排放標準要求控制≤100mg/Nm3，通過新上SNCR脫硝系統，能滿足排放標準。2019年山東省地方標準《火電廠大氣污染物排放標準DB37/664—2019》再次提出要求，從2020年1月1日起鍋爐煙氣外排氮氧化物執行≤50mg/Nm3的標準。

基于環保要求，我公司進行了相關試驗。入爐煤熱值在4200cal/g以內時，通過SNCR脫硝系統處理，增加氨水投入量，氮氧化物可控制在50mg/Nm3以內。熱值高于4500cal/g以上時，鍋爐床溫大幅上升，需提高一二次風送風量進行調節，因空氣量的增加造成煙氣原始氮氧化物升高，僅靠SNCR脫硝很難控制氮氧化物在50mg/Nm3以內。而且在入爐煤發熱量大于4500 cal/g，由于鍋爐送風量增加，會造成風機電耗和排煙熱損失的增加，鍋爐能耗升高、效率下降，且鍋爐帶負荷困難。

因此，為保證鍋爐煙氣NOx濃度達標排放，尤其是在燃用高熱值煤時確保達標排放，同時能夠滿足帶負荷的要求、降低氨水消耗量，實施鍋爐低氮燃燒改造。

改造方案

本次改造以調整鍋爐燃燒改造為主，降低改造成本，提高改造效果，通過利用循環流化床鍋爐燃燒機理本身，降低氮氧化物的生成。

1.鍋爐布風裝置改造本次改造去掉部分風帽，將布風板面積進行優化縮減，用耐火材料砌筑斜面風室。保證流化的基礎上，進一步降低一次風量，均衡截面熱負荷，提高流化的均勻性。采用合理的一次風份額，保證燃燒過程前期必需的氧量，使燃料在缺氧、富燃料燃燒條件下燃燒，實現還原性的燃燒氛圍。在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應率，減少NOx在這一燃燒過程中的生成量。

2.分離器改造

（1）中心筒優化改造

本次改造在不改動原有中心筒位置的基礎上在中心筒下部增加縮徑偏心組件。在相同入口氣速下，中心筒直徑變小，分離器內顆粒切向速度會隨著中心筒直徑的減小而增大，中心筒入口短路流量減小，有利于分離，且減弱了流場的非軸對稱性，旋流的不穩定性降低，分離器的總壓降增加，提高分離效率。

（2）分離器入口優化改造

本次改造將在分離器入口側墻上用耐熱鋼筋和可塑料增加向內的切角，縮小分離器入口寬度，提高分離器入口煙速，優化分離器入口角度，達到提高分離器分離效率的效果。由此實現合理的煙氣流速和流向，并使煙氣和夾帶的物料在進入旋風分離器之前就可得到較大的動量，更好地完成氣固分離。

（3）返料器改造

本次改造對返料器的風帽進行更換，按實際需要的風量進行優化設計，保證松動風在流化的前提下風量最小，以防反串影響分離器效率，返料風可調性好，以保證返料通暢。從而從結構上提高料腿的物料高度及返料能力，保證分離器的效率，達到提高料腿的物料高度及返料能力，增加外循環灰量，從而起到控制床溫的作用。

改造后效果

作為環保項目，環保達標（氮氧化物指標≤50mg/m3）的前提下實現減少消耗，通過前期改造的運行效果來看，改造效果比較明顯，氨水消耗明顯下降，同時拓展了煤源，可采購性價比更高的煤種，降低了采購成本，且在燃用4700~5000kcal發熱量煤時，鍋爐可帶滿負荷。

高壓鍋爐給水泵節能改造

改造背景

鍋爐裝置2DG-9鍋爐給水泵運行方式為2臺給水泵同時給2臺鍋爐供水，鍋爐上水調節閥前壓力14.5MPa左右，閥后壓力11.0MPa左右，流量130t/h,壓力14.5MPa，電流64.4A，每小時耗電量=1.732×10×64.4×0.87=970kW（1.732×電壓×電流×功率因數），能耗較高。實際水泵出口壓力12.60MPa就能滿足鍋爐運行要求，為降低水泵電耗，需對水泵進行改造。

改造方案

根據對現實情況和投入的綜合考慮，決定拆除2DG-9鍋爐給水泵第8級葉輪及導葉，原裝配第8級葉輪處改為軸套，按照給水泵大修周期，在大修時間逐臺進行改造，每臺泵的改造工期用時30 天。改造期間選在給水泵進行大修期間，不會對生產造成影響。

改造后效果

給水泵運行方式為2臺給水泵同時給2臺鍋爐供水，通過設備改造，拆除一級葉輪，使給水壓力降至12.94MPa，在滿足生產運行壓力的同時，能耗降低11%。鍋爐給水泵配置的是功率為1250 kW的電動機，實際生產運行時每臺電動機的功率按970kW計算，改造后的兩臺給水泵每小時可節電970×11%×2=213.4kW·h，電價按照0.62元/kW·h計，每年可節約電費100余萬元。改造過程中沒有設備和資金的投入，改造過后的經濟效益非常好，可以進行改造。

鍋爐可燃氣體摻燒項目

改造背景

可燃氣放空至火炬燃燒，其中的有效成分損失浪費。如果可燃氣回收利用，將會大大提高經濟效益，這對于節約能源，降低消耗是行之有效的辦法。

1.合成工段弛放氣放空部分并入鍋爐燃燒，達到節煤效果。

2.膨脹氣放空部分并入硫回收燃燒爐和焚燒爐進行回收利用。用于副產中、低壓蒸汽，避免了進入火炬燃燒造成的浪費。

3.精餾工段不凝氣壓力0.03～0.04MPa，并入鍋爐燃燒，達到節煤效果。

改造方案

連接燃料氣管網與酸性氣管網，可燃氣體引入酸性氣管線，入鍋爐摻燒，合理利用熱能。

改造后效果

可燃氣體原設計送完火炬，浪費了可燃氣的熱能，送鍋爐摻燒后，年節約4000kcal動力煤約 1.5萬t。

結語

鍋爐裝置作為重要能源的消耗裝置，且動力煤燃燒產生的部分反應物作為環保管控指標，需進行排放控制，近幾年隨著環保要求越來越嚴，原鍋爐裝置需通過優化改造滿足排放指標，同時根據實際運行情況，優化裝置運行實現節能降耗。我司近幾年實施的優化改造較為成功，值得推廣。

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