白振波，李彥坤，王 翠

(1.陽煤集團深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭陽煤化工集團，河北 定州 073000)

氣化爐細灰綜合利用改造

白振波1，李彥坤1，王 翠2

(1.陽煤集團深州化工有限公司，河北 衡水 053800； 2.旭陽煤化工集團，河北 定州 073000)

針對航天爐氣化細灰無法處理的問題，提出了細灰摻燒，鍋爐回用的辦法。經實踐顯示，這種方法細灰得到了處理和有效利用，并且可以節(jié)省鍋爐煤量折合858t/h，提高企業(yè)經濟效益308萬元/a。

航天爐；細灰；摻燒鍋爐回用；改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

我國是一個缺油、少氣但煤炭資源相對豐富的國家，如何利用我國煤炭資源相對豐富的優(yōu)勢發(fā)展煤化工已成為大家關心的問題。發(fā)展煤化工離不開合成氣的制備，煤氣化就是制備合成氣的必要手段。

近年來，我國掀起了一股煤制甲醇熱、煤制油熱、煤制天然氣熱、煤制烯烴熱。有煤炭資源的地方都在規(guī)劃以煤炭為原料的建設項目，這些項目都碰到了原料和煤炭氣化工藝技術方案的選擇問題。

近些年，德士古、殼牌等煤炭加壓氣化技術的引進吸收，極大地推動了我國大化工的發(fā)展。同時，國內的加壓氣化技術通過不斷優(yōu)化、改良，也逐漸完善、成熟起來，例如國內的航天爐干煤粉氣化技術目前己遍地開花。

1 氣化細灰產生過程及處理現(xiàn)狀

在航天爐氣化粉煤制取合成氣的過程中，高溫合成氣會夾帶大量的煤粉、細灰。在高溫煤氣經激冷降溫、水洗凈化后，這些煤粉、細灰被激冷水洗滌下來形成氣化黑水。黑水經高低壓閃蒸、絮凝沉淀、真空過濾后形成氣化細灰。氣化細灰含水率55%～60%，含碳量30%～35%，其低位發(fā)熱量約6 300kJ/kg。目前該部分濕灰的處理方式主要有燒磚和填埋兩種。但這兩種處理方式都存在著很大的弊端。

隨著國家新環(huán)保法的提出與實施，各地方對污染企業(yè)的查處力度在不斷加強，不符合環(huán)保要求的磚廠逐漸關閉，造成灰渣無處收購。

濕灰用作填埋場材料通常需要復合襯徹，但是使用汽車運輸至廠外，會造成二次污染，氣化濕灰粒度較小(90～120μm)且含有大量水分(55%～60%)。為便于裝卸，一般氣化濕灰采用敞篷車運輸，故在運輸過程中存在嚴重的污水四溢現(xiàn)象，且上部干灰粒度較小，隨風揚塵現(xiàn)象明顯，導致現(xiàn)場環(huán)境惡劣。

外售和填埋的處理手段都會造成含碳量的損失，使得熱能無法全部釋放，造成資源浪費。因此，迫切需要開發(fā)一種氣化細灰的處理方法，以避免其對環(huán)境造成的污染和資源浪費。

2 改造方案

通過對國內同行業(yè)的調研發(fā)現(xiàn)，一種細灰摻燒的方案正在被各化工園區(qū)逐步試用，將氣化濕灰送入現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐中摻燒代替濕灰外賣，能有效解決能源浪費、廠區(qū)環(huán)境污染及運輸過程中環(huán)境污染等問題。

由氣化裝置灰水槽送來的灰水(排灰和水的混合物)，經真空過濾機將含水量降至50%～60%的范圍內，濾液經管道收集至濾液澄清池，再經濾液泵送回氣化回用。濾餅通過帶式輸送機送至中儲倉，濾餅在中儲倉內不斷地被攪拌以防發(fā)生水和灰分層現(xiàn)象，濾餅經布置在中儲倉下部的給料設備進入濾餅輸送泵入口，由動力包提供高壓油驅動濾餅輸送泵往復運行，濾餅被加壓后經鍋爐給料器送入CFB鍋爐密相區(qū)燃燒。

2.1 項目處置方案及工藝流程介紹

本項目為氣化爐濕煤灰輸送系統(tǒng)采用2倉3泵的設計原則(預留1臺輸送泵位置)，即1臺輸送系統(tǒng)對應1臺鍋爐。每臺鍋爐1個給料點，共3套輸送系統(tǒng)。系統(tǒng)中濕煤灰輸送泵設置備用泵1臺，即正常情況下為2用1備。采用中部給料方式為鍋爐輸送濕煤灰。通過過濾機脫水后的濕灰直接進入中儲倉，濕灰在中儲倉內均勻攪拌，預壓螺旋持續(xù)給濕灰泵供料，濕灰泵將濕灰打入輸送管道，經過遠距離的管道輸送，通過給料裝置由鍋爐中部進入爐內燃燒。氣化細灰輸送系統(tǒng)見圖1。

圖1 氣化細灰輸送系統(tǒng)

2.2 黑水過濾的工藝技術方案選擇

黑水過濾工藝技術方案對比見表1。

表1 黑水過濾工藝技術方案

該項目中，需要用過濾機處理氣化裝置沉降槽底流泵輸送過來的含灰黑水，黑水中灰粒度≤50μm，并要求連續(xù)操作，因此選擇用真空過濾機。

2.3 鍋爐進料位置的選擇

目前循環(huán)流化床鍋爐的給料方式主要有兩種：一種是從鍋爐中部密相區(qū)送入鍋爐；另一種是從鍋爐頂部送入鍋爐。

(1)中部進料的優(yōu)點有：①不用在鍋爐上增加開口，通常通過占用個別二次風口，或者利用鍋爐兩側的人孔(烘爐時一般也利用該口)；②濾餅進入鍋爐后直接落在料層上，爐內停留時間長，燃燒充分。

其缺點有：①濾餅從鍋爐側壁進料，可能產生掛壁現(xiàn)象；②濾餅接入點較低，落料不均勻，同時濾餅帶有大量的水分，隨著水分的迅速蒸發(fā)，會造成料層局部溫度降低；③濾餅接入點較低，落料不均勻，在含水量較高時容易導致布風板堵塞。

(2)頂部進料的優(yōu)點有：①從爐頂進料，濾餅會被爐膛的上升氣流迅速打散、烘干、燃燒，對床溫影響較?。虎跒V餅進入鍋爐頂部中間位置進入，盡量減少了對水冷壁受熱面的影響。

其缺點有：①鍋爐頂部一般沒有多余開口，需要鍋爐停爐增加開口；②對于有屏式過熱器的鍋爐，從頂部落料可能會對屏式過熱器產生沖刷，影響其安全運行；③由于氣化細灰粒度小，旋風分離器可能會無法補集，使濾餅進入鍋爐后停留時間短，燃燒不充分；④濾餅需要提升到鍋爐頂部，對輸送系統(tǒng)的揚程要求更高。

因為氣化排放的濾餅直徑在50μm以內，如果從CFB鍋爐的爐頂進料，會導致濾餅沒有燃燒就被高速流動的煙氣所帶走，對鍋爐的燃燒起不到有利作用，還會因為蒸發(fā)濾餅內的水分而消耗熱量，降低鍋爐的效率。本技術采用在CFB鍋爐下部、床層上方密相區(qū)進料的方式，這樣可以延長濾餅在CFB鍋爐內的停留時間，提高濾餅的燃盡率，從而提高燃燒效率。根據(jù)鍋爐的特點，采用中部進料。

3 改造后流程

將氣化裝置沉降槽底流泵輸出的含灰黑水，通過管道送至真空過濾機壓濾成濾餅，濾液經濾液罐收集后由泵輸出送回氣化裝置，做到水的循環(huán)利用。過濾機真空泵利用脫鹽水作為生產介質產生真空，給過濾機提供動力，抽取黑水中的水。真空過濾機壓濾出來的濾餅經濾餅輸送系統(tǒng)送入中儲倉內，濾餅在中儲倉內被攪拌均勻，防止固液分層，均勻的濕灰被送進膏體泵，再通過管道送至循環(huán)流化床鍋爐摻燒。氣化細灰送CFB鍋爐流程見圖2。

圖2 氣化細灰送CFB鍋爐流程

4 改造后的經濟效益分析

4.1 直接經濟效益分析

氣化爐產細灰量約為 15t/h(濕基，含水率約為 55%～60%)，濕灰的低位發(fā)熱量約6 300kJ/kg。物料消耗見表2。

表2 物料消耗

按以上物料消耗表可算出，15t細灰摻燒可節(jié)約2.86t燃料標煤，燃料煤按300元/t計，則共可節(jié)約成本858元/h，物料消耗總計費用約為473元/h。因此總計可為工廠節(jié)約385元/h，年節(jié)省成本約為308萬元。因此直接效益還是很可觀的。

4.2 鍋爐檢修維護費用降低

摻燒細渣后，鍋爐受熱面磨損則較輕，鍋爐檢修維護工作量也少得多，相應節(jié)省了大量的檢修維護費用。

4.3 鍋爐灰渣處理費用降低

摻燒氣化細渣后，相應減少了鍋爐的灰渣排放總量，從而降低了灰渣系統(tǒng)的運行成本。

5 改造的可行性及必要性分析

5.1 國家政策支持

長期以來，氣化爐細渣因一直沒有有效的輸送方式，難以實現(xiàn)合理、有效應用，氣化細渣的存放和出路一直困擾著煤化工企業(yè)，對環(huán)境造成了極大的污染和危害。因此，國家鼓勵對氣化細渣實施綜合利用，就地消化，并給予較大的政策扶持。我公司最大限度地利用細渣代替原煤作為鍋爐燃料，既能獲得細渣帶來的經濟效益，又有可能爭取國家的政策支持，從而實現(xiàn)企業(yè)利益最大化。

5.2 環(huán)境保護的要求

氣化細渣資源化利用可帶來可觀的環(huán)境效益，但如果沒有很好的輸送方式就很容易造成二次污染。對動力車間而言，采用氣化細渣資源化利用系統(tǒng)后，即可直接進入鍋爐焚燒。整個過程全密封，對環(huán)境絕無污染。這就避免了設置堆場晾干細渣，或在運輸和堆放過程中遇水流失、風干飛揚等問題，有效改善廠區(qū)環(huán)境。

5.3 延長鍋爐壽命

氣化細渣直接入爐焚燒，不但有助于循環(huán)流化床鍋爐爐膛適當降溫，有利于后續(xù)脫硫脫硝工藝，更為突出的是磨損問題也會隨之減輕，提高了鍋爐的運行可靠性和使用壽命。

5.4 濕灰輸送系統(tǒng)與傳統(tǒng)自然晾曬及烘干的區(qū)別

(1)自然晾干或烘干后與原煤混燒。該方式主要通過將含水率較高的氣化細渣自然晾干或通過烘干設備將其烘干(一般烘干后含水量≤12%)后與原煤混合在一起，通過破碎后送至鍋爐進行燃燒。

該種方式主要存在以下幾個問題：①不能大比例摻燒。 氣化細渣本身粒度一般較小，干燥后成粉狀，不能結團燃燒，一般摻燒比例小于10%；②易堵塞。氣化細渣干燥后極易吸水，因此常會堵塞破碎設備、煤倉及溜煤管；③烘干成本高。氣化細渣烘干成本較高，一般為85元/t左右。因此，此種方法采用較少；④北方地區(qū)冬季寒冷，氣化細渣含水率高，容易結凍。

(2)濕灰輸送系統(tǒng)——氣化細渣直接入爐燃燒。摻燒氣化細渣最大摻燒比例達30%，可完全滿足CFB鍋爐的燃燒要求。

5.5 氣化細渣摻燒對鍋爐運行及除塵系統(tǒng)的影響

(1)對鍋爐運行工況的影響包括：①大比例添加氣化細渣后鍋爐整體運行穩(wěn)定，氣化細渣添加比例和添加位置對蒸汽側溫度變化的影響很小，可實現(xiàn)氣化細渣的大比例摻燒；②采用頂部和中部同時給料的最大氣化細渣添加量可達30%；③隨著氣化細渣添加量的增加，爐膛下部、中部和上部的溫度均呈下降趨勢，省煤器入口、空預器入口和排煙溫度均呈上升趨勢；④大比例添加氣化細渣后，二次風機電流和引風機電流顯著增加，這與燃用氣化細渣后煙氣體積增加和爐內灰濃度變化有直接關系；⑤進行氣化細渣大比例摻燒時應及時進行燃燒優(yōu)化調整，將調整配風控制到合理范圍或適當增加吹灰頻次。如果設計大比例摻燒氣化細渣的循環(huán)流化床鍋爐，應及時調整受熱面布置比例，適當增加受熱面；⑥摻燒細渣鍋爐灰渣排放總量明顯減少，排渣量也減少，有助于緩解灰渣處理的壓力。

(2)對除塵系統(tǒng)的影響包括：①飛灰和除塵。鍋爐摻燒細渣后，飛灰和除塵量略有增加，但不會超過15%，在除塵系統(tǒng)設計裕量以內；②煙氣溫度略有上升。摻燒比例高達30%，排煙溫度值都沒有超過鍋爐允許值；當細渣摻燒比例低于30%時，排煙溫度增加值小于5℃，在設計范圍內。

6 結語

本項目采用細灰摻燒的工藝路線，對廢渣進行再利用，降低了細灰對環(huán)境的污染和能源的浪費，符合國家環(huán)境保護發(fā)展政策。該工藝可以從根本上降低生產成本，提高工廠的環(huán)境治理水平，減少廢水和廢氣排放量，能夠取得一定的經濟效益、社會效益和環(huán)保效益。因此采用細灰摻燒來解決航天爐氣化細灰處理的問題是可行的。

[1] 孫永才，劉偉.航天爐粉煤加壓氣化技術淺析[J].中氮肥，2010，37(1)：55-57.

[2] 王洪營，楊悅敬，楊國棟.具有自主知識產權的三種煤氣化技術對比[J].河南化工，2012(17)：26-29.

[3] 高繼光，馬銀亮，劉銳杰.水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析[J].節(jié)能與環(huán)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年畢業(yè)于河北科技大學化學工程與工藝專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事煤制乙二醇的技術管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.01.015

X513

B

1004-8901(2017)01-0059-04