賈艷萍 , 高文平 , 劉 偉 , 張建虎

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 榆林煉油廠 , 陜西 榆林 718500)

目前,低氮燃燒技術(shù)呈現(xiàn)出多元耦合的趨勢(shì)和特征,是理論和應(yīng)用研究熱點(diǎn),在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。多元耦合低氮燃燒技術(shù)包括：低氮燃燒器、煙氣再循環(huán)、分級(jí)分區(qū)燃燒、無(wú)焰燃燒、預(yù)混燃燒、催化燃燒、微波輔助氣體燒成技術(shù)和高溫空氣燃燒等技術(shù)[1]。分級(jí)分區(qū)燃燒采用中心燃燒和外圍多槍嘴燃燒技術(shù),形成多區(qū)域燃燒,擴(kuò)大了燃燒區(qū)域,控制了燃燒火焰中心區(qū)域空氣量及燃燒溫度,降低局部高溫,降低NOx的生成。煙氣再循環(huán)技術(shù)通過(guò)熱煙氣的再循環(huán)不僅可以持續(xù)加熱火焰根部穩(wěn)定燃燒,可降低爐內(nèi)燃燒的峰值溫度,且煙氣的混入降低了爐內(nèi)燃燒過(guò)程中氧濃度,降低了燃料的能量密度,從而抑制NOx的生成和節(jié)約燃料[2]。

2018年12月陜西省發(fā)布了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB61/1226—2018),煙氣排放濃度限值執(zhí)行：顆粒物≤10 mg/m3,SO2≤20 mg/m3,NOx≤80 mg/m3。某煉油廠2臺(tái)中溫中壓75 t/h蒸汽鍋爐燃料為油氣混燒,煙氣排放原設(shè)計(jì)執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)中以油、氣為燃料的排放限值,NOx≤200 mg/m3,SO2≤200 mg/m3,顆粒物≤30 mg/m3。為滿足DB61/1226—2018鍋爐煙氣排放濃度限值要求,2020年9—10月,對(duì)2臺(tái)75 t/h鍋爐采用低氮燃燒器、煙氣外循環(huán)、分級(jí)分區(qū)燃燒等多元耦合燃燒技術(shù),設(shè)置低氮燃燒器系統(tǒng),進(jìn)行煙風(fēng)系統(tǒng)、燃料氣管路及增設(shè)高精度燃料氣過(guò)濾器等技術(shù)改造。

1 鍋爐本體型式及參數(shù)

2臺(tái)鍋爐均為單鍋筒自然循環(huán)水管鍋爐,采用π型布置,爐膛部分、水平煙道采用懸吊結(jié)構(gòu)吊于頂板梁上,尾部省煤器和空預(yù)器采用鋼架支承結(jié)構(gòu),鍋爐配套有4臺(tái)油氣混燒燃燒器,分上下兩層布置于前墻。鍋爐為負(fù)壓運(yùn)行,鍋爐水質(zhì)符合中壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2×75 t/h鍋爐原設(shè)計(jì)參數(shù)：燃料為煉廠干氣、輕柴油;額定蒸汽壓力3.82 MPa;額定蒸汽溫度450 ℃;給水溫度104 ℃;額定工況設(shè)計(jì)效率≥92%;運(yùn)行負(fù)荷范圍30%～110%;排煙溫度150～180 ℃。

2 改造措施

2.1 燃油燃?xì)忮仩t改造為燃?xì)忮仩t

拆除原燃油系統(tǒng)(包括燃油燃燒器、燃油管路等),改造后采用的燃料氣為煉廠混合氣,天然氣為應(yīng)急補(bǔ)充氣。設(shè)置1根DN250 mm管道將天然氣接入鍋爐單元界區(qū),燃料氣母管上設(shè)置流量計(jì),與原鍋爐燃料氣管線在燃料氣分液罐出口管線混合。改造后引入天然氣設(shè)計(jì)流量為13 500 Nm3/h,供氣管道壓力0.45 MPa。

2.2 氮氧化物達(dá)標(biāo)排放改造

采用低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)、分級(jí)分區(qū)燃燒技術(shù),將原2×75 t/h鍋爐共8臺(tái)油氣混燒燃燒器全部更換為低氮燃?xì)馊紵?同時(shí)增加煙氣再循環(huán)系統(tǒng),每臺(tái)鍋爐新增煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)各1臺(tái),供4臺(tái)燃燒器使用,原鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)利舊。再循環(huán)煙氣從鍋爐引風(fēng)機(jī)入口煙道抽取,經(jīng)過(guò)再循環(huán)煙氣風(fēng)機(jī)加壓,與空預(yù)器出口的熱空氣混合后送到4臺(tái)燃燒器進(jìn)入爐膛參與燃燒。每臺(tái)燃燒器設(shè)置獨(dú)立煙氣流量調(diào)節(jié)閥,精確控制到每個(gè)燃燒器的煙氣量,煙氣再循環(huán)量設(shè)計(jì)為總煙氣量的15%。

2.3 二氧化硫達(dá)標(biāo)排放措施

二氧化硫排放濃度主要由燃料氣中硫化物含量決定,根據(jù)鍋爐實(shí)際排放濃度參數(shù),二氧化硫排放濃度平均值及最大值滿足環(huán)保要求。本次針對(duì)煙氣二氧化硫濃度排放未進(jìn)行改造。降低煙氣二氧化硫濃度的措施為優(yōu)化干氣脫硫裝置操作或?qū)⑷剂细臑樘烊粴?降低燃料中硫含量。

2.4 煙塵達(dá)標(biāo)排放改造

根據(jù)鍋爐燃料氣組分及煙氣排放濃度參數(shù),煙塵濃度高的主要原因?yàn)槿剂蠚饨M分含有重?zé)N以及蒸汽負(fù)荷波動(dòng)引起的不完全燃燒生成積碳,同時(shí),多數(shù)情況下該鍋爐運(yùn)行時(shí)過(guò)?？諝庀禂?shù)偏高,導(dǎo)致煙塵排放折算濃度過(guò)高。優(yōu)化改造鍋爐燃料氣組分,混燒煉廠氣;在燃料氣分液罐出口管路增設(shè)2臺(tái)高精度過(guò)濾器(一用一備),過(guò)濾精度0.1 μm,并聯(lián)運(yùn)行,降低由燃料帶入鍋爐爐膛的顆粒物;將粉塵儀改為抽取式粉塵儀提高固體顆粒物檢測(cè)精度,減少檢測(cè)誤差。

2.5 鍋爐本體及煙風(fēng)系統(tǒng)改造

根據(jù)燃燒器外形圖對(duì)原有鍋爐本體的燃燒器開(kāi)孔和銜接法蘭進(jìn)行改造。由于增加了再循環(huán)煙氣系統(tǒng),故在原引風(fēng)機(jī)入口煙道增設(shè)一個(gè)煙氣循環(huán)口,增加煙氣再循環(huán)管路,接至每臺(tái)燃燒器近前風(fēng)管道。

3 燃燒系統(tǒng)及輔助設(shè)備選型

單臺(tái)鍋爐燃燒器主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1,主要設(shè)備及附件匯總表見(jiàn)表2。

表1 單臺(tái)鍋爐燃燒器主要技術(shù)參數(shù)

表2 主要設(shè)備及附件匯總表

燃燒器采用意大利歐寶(EBICO S.R.L)生產(chǎn)的EC9GR型低氮燃燒器,由燃燒器本體、供風(fēng)系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置、安全保護(hù)系統(tǒng)和負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成;燃燒器本體由燃燒頭和殼體等部件組成;燃料供給系統(tǒng)由主切斷閥、過(guò)濾器、燃?xì)鈮毫φ{(diào)節(jié)閥、燃料流量調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)安全雙切斷閥;安全保護(hù)系統(tǒng)包括自動(dòng)控制器、閥門(mén)檢漏裝置、火焰檢測(cè)裝置、燃?xì)飧叩蛪罕Ｗo(hù)裝置和燃料/再循環(huán)煙氣流量調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動(dòng)元件等組成。燃燒器控制方式為全自動(dòng)電子比例調(diào)節(jié)分體式燃?xì)馊紵?燃燒器的控制受控于鍋爐的總控制,能根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整燃燒器負(fù)荷大小,并具有10%～20%超負(fù)荷能力。

4 改造后鍋爐減排效果

改造前后動(dòng)力站鍋爐產(chǎn)汽量不發(fā)生變化,年均鍋爐蒸發(fā)量為100 t/h,操作時(shí)間按照8 000 h設(shè)計(jì)。改造后煙氣經(jīng)爐膛及尾部受熱面換熱后通過(guò)原高度100 m的煙囪排放,煙囪上配備煙氣連續(xù)排放檢測(cè)系統(tǒng),改造前后煙氣中主要污染物含量在線檢測(cè)折算值見(jiàn)表3。

表3 改造前后煙氣中主要污染物含量 mg/m3

由表3可知,主要污染物SO2、NOx及顆粒物含量均達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求,改造前后SO2濃度主要受燃料氣影響,與本次改造無(wú)關(guān)。鍋爐改造前后污染物年均排放量對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 污染物年均排放量對(duì)比表

由表4可知,改造后鍋爐煙氣污染物總量明顯下降,NOx年均排放減少50.9 t/a,煙塵年均排放減少0.7 t/a。

5 結(jié)論

兩臺(tái)75 t/h鍋爐蒸汽鍋爐采用低氮燃燒器、煙氣外循環(huán)、分級(jí)分區(qū)燃燒等多元耦合低氮燃燒技術(shù),同時(shí)進(jìn)行了煙風(fēng)系統(tǒng)、燃料氣管路系統(tǒng)改造和增設(shè)高精度燃料氣過(guò)濾器除塵等改造措施。改造后,主要污染物SO2、NOx及顆粒物含量均達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求,煙氣中NOx濃度由改造前的104.2 mg/m3降至40.6 mg/m3,煙氣中煙塵濃度由改造前的5.6mg/m3降至4.1 mg/m3,NOx年均排放減少50.9t/a,煙塵年均排放減少0.7 t/a,使煙氣中NOx含量降低約61%,使煙氣中煙塵排放量降低約27%,實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。說(shuō)明EC9GR型低氮燃燒器、煙氣外循環(huán)、分級(jí)分區(qū)燃燒等技術(shù)相結(jié)合可有效抑制NOx的生成,增設(shè)高精度燃料氣過(guò)濾器對(duì)降低煙塵濃度有一定的效果,證明了改造措施的有效性。