齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉余热锅炉改造方案研究.docx

齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉余热锅炉改造方案研究李德付,赵亮,尹洪超(大连理工大学动力系,辽宁大连116024)摘要:简述了原有火管式废水焚烧炉余热锅炉的结渣原因,提出了改造方案,介绍了改造方案的结渣周期计算和技术经济分析,证明其在理论上有效可行,节能和经济效益显著。关键词:废水焚烧炉;火管式余热锅炉;角管式余热锅炉中图分类号:TK219文献标识码:A文章编号:1004-7948(2004)03-0022-031前言简述了齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉原有卧式火管式余热锅炉结渣严重的原因,提出了多种改造方案供选择,并对最优方案从传热效果上计算了改造后的结渣周期,进行了技术经济分析,证明了改造方案在理论上的有效可行。2改造原因齐鲁石化丙烯腈厂丙烯腈生产工艺采用丙烯,氨氧化工艺,经反应、分离、精制等工艺过程获得丙烯腈产品。由于丙烯腈装置产生的废水中含有剧毒物质丙烯腈、乙腈、氢氰酸、聚合物、硫铵等,为了减少对环境的污染,需将有毒废水雾化,在高温烟气中燃烧、分解,直接排入大气。由于烟气排放温度在850～950℃,能源浪费严重,同时本厂的110MPa中压蒸汽不能满足生产需要,尚需从地方热电厂购买3316t/h的蒸汽,因此齐鲁石化丙烯腈厂于2000年利用节能贷款新建了卧式火管式废水焚烧炉余热锅炉,回收高温烟气余热,产生110MPa中压蒸汽915t/h,以减少从地方热电厂购买蒸汽量,降低生产成本。但在装置运行后发现余热锅炉部分结渣非常严重,一般每运行1～3天后,不得不停炉清渣,而且结渣难于清理,下次开车后停炉周期明显缩短,严重影响了余热回收效果和节能贷款的偿还,目前装置处于停炉状态。因此为了正常生产和偿还贷款,必须对现有装置进行改造。3结渣原因分析装置停炉后进行现场观察,发现余热炉结渣发生于管子前段400mm范围内,渣呈黑色,坚固难于清除,据操作人员称,在运行期间,结渣呈黑色粘稠状,同时结渣量大,基本原有余热锅炉管束都被堵死,通风面积狭小。此种结渣成因经过试验和理论分析证明主要是废水中的杂质Na、Ca等成分,在高温下产生硫酸盐、碳酸盐等化合物,在600℃以上的高温烟气中升华成气体。在进入原有火管式余热锅炉后受到激冷在受热面上凝结,呈粘性很大的熔渣状态。这些熔渣连同燃烧渣油而产生的灰渣一起凝聚在火管进口附近的受热面上,形成熔融状态的灰渣,粘结在烟管内。同时由于烟气中SO3与水汽过多,而且向火焰喷废水使燃烧工况恶化,再加上原有火管式余热炉通风面积狭小,必然进一步恶化燃烧,产生大量碳离子。碳离子吸附SO3与烟气中的水蒸气反应形成Fe2(SO)4,增加了结渣的牢固性。随着烟气的流动,使结渣不断发展,从而造成了严重后果。针对此种现象有以下几条解决途径:(1)从根本上改变原废水焚烧炉的炉体结构,提高燃烧温度,使Na和Ca的硫酸盐、碳酸盐化合物完全分解。(2)不改变原有废水焚烧炉的结构,只改变原余热锅炉的设计,在其前部加装凝渣装置,力求使结渣发生在可以维修的范围内,同时增大受热面上可结渣的体积,延长停炉周期,但这不是根本的解决途径。无论哪种途径都应注意增大通风面积,从而改善燃烧,使碳离子的产生减少。4废水焚烧余热锅炉改造设计方案分析余热锅炉的改造考虑多方面的原因,提出以下几种解决方案:方案一:对原有废水焚烧炉进行改造,提高炉温2004年第3期(总第260期)节能ENERGYCONSERVATION—23—到1200℃,从而改善燃烧,此时可将废水中的杂质完全分解,不再产生积灰,但此方案要对余热锅炉的前导设备进行改造,炉体结构也要重新设计,投资花费太大,权衡技术和经济的矛盾,不宜再加大总体投资,因此此方案不是最好的改造方案。方案二:对焚烧炉出口到火管炉进口一段进行改造,加装凝渣炉墙,内设水冷壁,使积灰在进入火管炉之前被激冷拦截,凝渣炉墙做成易于拆装的形式,定期更换,延长设备的清渣周期。此方案虽然注意到凝渣的功能,但忽视了焚烧炉的炉膛火焰长度,在经过实地测量和理论分析后,发现炉墙的增设位置已处于火焰能到达的区域,使得炉墙中的水冷壁发生爆管,所以此方案也被否定了。方案三:拟采用角管式余热锅炉取代原火管式余热锅炉,即将原废热锅炉拆除,换装角管式余热锅炉。角管式余热锅炉是一种利用集箱和下降管作为支架的水管余热锅炉,锅炉结构紧凑,支撑结构简单可靠。整台锅炉由布置在上下横向的四根集箱和四角垂直布置的下降管支撑。对此方案进行热力计算后发现,如果只考虑清渣而全部采用光管的话,炉体总长会超出原有设备很多,从而加大了施工量和投资,因此考虑到原设备场地的限制,采用光管和翅片管结合的方式。在与左右集箱相连的19组水平集箱管间焊接38排与烟气换热的上升管。前12排横向管节距170mm,纵向125mm,作为凝渣管排,防止结渣搭桥,中间留有三条检修通道,便于工人进入炉内清灰。其余26排管组横向