CN113776058A - 一种优化焦油伴烧的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化焦油伴烧的技术方法。其特征在于：热电厂伴烧系统主要问题体现在焦油加热不够导致粘度过大、喷枪雾化不良导致焦油不能燃尽以及焦油含碱金属导致高温腐蚀等三方面，针对前期燃烧过程出现的问题，主要改进措施包括：设计蒸汽雾化喷枪，蒸汽加热焦油降低其粘度，焦油温度控制在85℃到95℃范围内；强化炉内燃烧，保证焦油燃尽；防止炉内受热面高温腐蚀。在完成以上改进后，热电厂焦油伴烧时产生的结焦、结块、高温腐蚀和蒸汽温度调节严重滞后等情况得到极大改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进煤化工过程BDO生产工况的技术方法，具体涉及一种优化焦油伴烧的技术方法。
背景技术
煤化工过程BDO生产工艺产生焦油废液，焦油废液污染大，环保要求高，难以处理，煤化工企业均有燃煤热电厂供煤化工过程的蒸汽及电力需求，燃煤热电厂焦油伴烧是电厂节约成本、节能环保的重要方式，但是大部分电厂在试烧期间会出现较多问题，如某厂采用压缩空气雾化焦油的方式是进行焦油伴烧，出现了损坏输送泵、储液罐积聚大量固态物(焦油凝固)、焦油管道堵塞、炉膛大面积结焦、静电除尘产生结块和受热面管子高温腐蚀和蒸汽温度调节严重滞后等问题，这些问题最终导致热电厂不得不停止焦油掺烧。
发明内容
为了解决上述问题，即概括为原燃烧系统因加热不够导致焦油粘度过大、喷枪压缩空气雾化不良导致焦油不能燃尽和焦油含碱金属导致锅炉受热面高温腐蚀等三方面主要问题。
本发明所采用的技术方法是：设计了一种优化焦油伴烧的技术方法。
一种优化焦油伴烧的技术方法，其特征在于：它按照如下步骤实施：
(1)喷枪的物理结构设计；
(2)蒸汽及焦油管路的设计；
(3)温度和压力测点的确定与调节阀和截止阀的安装。
进一步得，所述步骤(1)中喷枪的物理结构设计过程为：
①采用蒸汽雾化方案，进行雾化试验，确定喷枪合理的流动参数、结构参数以及安装角度，确定喷嘴的雾化方式以及喷嘴的流动参数，指导喷嘴的结构设计。
②对煤化工企业产生的焦油进行焦油元素分析和灰分特性等分析，包括对焦油的元素(碳、氢、氧、氮、硫、钾和钠)分析，以及灰份和水份等组分含量分析；焦油完全燃烧后的灰份特性(闪点、燃点、凝固点和热值)分析。
③对喷枪进行热变形分析，根据炉内压力、焦油喷入位置与燃烧温度范围进行模拟计算，保证喷枪产生的形变量在可接受范围内，进一步确定喷枪的材料。
进一步地，所述步骤(2)中焦油管路的设计过程为：
①在储液罐内增加换热器，换热器管内通蒸汽，蒸汽压力1.5Mpa、温度250℃设计焦油温度要高于90℃，考虑到水分的蒸发影响，整个流程的焦油温度应控制在85℃到95℃范围内；储液罐设置检修排放口；
②在蒸汽输送管路中加装蒸汽伴热支路(13)，蒸汽伴热支路(12)与焦油输送管路(15)并列运行以加热焦油输送管路(15)，蒸汽伴热支路(12)最终通入储液罐内的换热器中，焦油管和蒸汽伴热管外加保温材料，蒸汽伴热管路约60米；
③增加蒸汽输送管吹扫管路和系统，在装置停用或故障时，如管道积累焦油凝固堵塞管道，在蒸汽输送管路中加装蒸汽输送管吹扫支路和喷枪，蒸汽输送管吹扫支路接入焦油输送管路；
④在蒸汽输送管路(17)中加装蒸汽雾化管路(18)，蒸汽雾化管路(18)接入喷枪雾化蒸汽的入口，在蒸汽雾化管路(18)安装蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3，并在蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3之间加吹扫蒸汽管路，吹扫蒸汽管路与焦油管道通径相同，与蒸汽雾化管路变径连接，吹扫蒸汽管路接入喷枪焦油管路，在蒸汽雾化管路安装吹扫蒸汽阀D4，在喷枪焦油管路的吹扫蒸汽管路的连接处前部安装焦油母管阀门B2；
⑤增加焦油再循环系统，在焦油输送管路中焦油输送泵前部加装焦油再循环支路(13)，焦油再循环支路通向储液罐；
⑥焦油输送泵采用一备一用方案，布置两台泵。
⑦自汽源直接引蒸汽到喷枪，该蒸汽管加装自动调节阀和手动调节阀；焦油管道连入喷枪之前加装自动调节阀和手动调节阀，焦油管道还加装截止阀(9)，防止炉内火焰进入焦油储液罐。
进一步地，所述步骤(3)中测点与调节阀安装的过程为：
①在储液罐内换热器的蒸汽加热管路(17)入口加装压力测点与调节阀(2)，进入换热器的蒸汽量可调；在蒸汽输送管吹扫支路安装截止阀门(8)，喷枪停用时蒸汽可以吹扫焦油输送管道(15)和喷枪；在蒸汽伴热管路(12)入口安装调节阀(6)，根据焦油的温度调节伴热蒸汽流量；在蒸汽雾化管路(18)喷枪入口位置安装温度和压力测点，使加油喷枪的雾化效果可调节；在雾化蒸汽管道在喷枪入口处安装自动及手动调节阀门，同时加装温度和压力测点监视喷枪入口处的蒸汽温度和压力。
②在焦油输送管路(15)入口与蒸汽输送管吹扫支路(16)之间安装自动调节阀和手动阀门；在蒸汽输送管吹扫支路(16)与焦油输送泵之间、焦油输送泵与再循环支路(13)之间均安装自动调节阀；在焦油再循环支路(13)与喷枪入口之间安装手动调节阀、自动调节阀和截止阀；并在焦油再循环支路(13)与喷枪入口之间、焦油输送泵与焦油再循环支路(13)之间额外安装温度、压力测点。
③加油管道自储液罐、油泵至喷枪管道安装多个阀门，其中包括：储液罐到焦油管道的入口安装调节阀(3)、泵两端安装截止阀(9)和截止阀(11)、在喷枪入口安装自动及手动调节阀门调节焦油的流量，同时加装温度和压力测点监视喷枪入口处的焦油温度和压力，焦油再循环支路(13)安装截止阀(10)及调节阀门(4)；
④所有温度、压力和自动阀的调节信息均进入数据自动采集系统，并通过DSP控制系统自动调节阀门的开合程度。
其特征在于：焦油伴烧系统及所涉及的设备、仪表备件和管路均采用防爆设计。
其特征在于：喷枪通过煤粉锅炉的燃烧器伸入炉膛，喷枪是伸缩式，停用时喷枪退出炉膛并将管道和喷枪吹扫干净备用。
本发明具有以下优点：本发明提供了一种优化焦油伴烧的技术方法，该技术方法通过掺烧试验，优化燃烧系统，改进雾化方式和喷枪结构，实现了安全高效掺烧焦油，保证了上游生产，降低了热电厂运行成本，节约了资源，有着极高的经济效益和环保价值，为热电厂焦油伴烧生产提供了可靠保障。
附图说明
图1为热电厂焦油伴烧改造前的燃烧系统图；
图2为本发明一种优化焦油伴烧的技术方法，热电厂焦油伴烧改造后的燃烧系统图；
图3为本发明一种优化焦油伴烧的技术方法，热电厂焦油伴烧改造后的喷枪吹扫系统图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
煤化工过程中的焦油废液中含有各种物质，成分复杂，一般的处理方法很难使处理后的焦油达到排放标准，而在燃煤锅炉进行焦油掺烧是现阶段较好的方法。因此，亟需进行掺烧试验，优化燃烧系统，改进喷枪结构，实现安全高效掺烧焦油，保证上游生产。
针对前期燃烧过程出现的问题，主要改进措施包括以下三部分：
首先，降低焦油粘度，焦油温度控制在85℃到95℃范围内。包括改进储液罐的加热方式，采用内加热，储液罐内布置盘管换热器，同时增加焦油再循环系统、增加蒸汽输送管吹扫系统、增加喷枪吹扫系统，输送焦油管道采用蒸汽伴热；雾化喷枪自燃烧区域引入。
其次，强化燃烧，保证焦油燃尽。包括设计新型喷枪，采用蒸汽雾化保证雾化效果；进行雾化试验，确定喷枪合理的流动参数、结构参数以及安装角度等；合理配风，强化炉内燃烧。
最后，防止炉内受热面高温腐蚀。包括喷枪自燃烧区域引入，降低灰中碱金属的含量；视雾化实验情况设计喷枪流量和结构流量；合理利用炉内空气动力场，杜绝射流贴壁等现象。
基于以上解决方案，设计了改造后的系统图如图2所示，喷枪吹扫系统如图3所示。
以某热电厂焦油伴烧为例，煤化工企业生产BDO的同时，伴生焦油废液，该企业正在设计超出设计符合高效运行，生产副产物焦油的排放量也随之增加，目前配备的焦油焚烧炉的负荷是按原设计的焦油排放量设计的，而且该厂仅配备一台焚烧炉。该厂运行部焦油副产120-130t/d，先运行部焚烧炉实际处理能力为70t/h，与此同时，焚烧炉每运行15天左右需停炉清理，因此，每天至少有85t的焦油需要处理。
原热电运行部在两台空分锅炉进行了将近一年的焦油掺烧工作，原燃烧系统如图2所示，在试烧期间出现较多问题，包括损坏了3台水泵；储液罐积聚3米多高的固态物；焦油管道堵塞；炉膛大面积结焦；静电除尘产生结块；受热面管子高温腐蚀和气温调节严重滞后等，这些问题最终导致不得不停止掺烧运行。
针对以上问题，按照图1所示的设计图，技术改造的具体内容如下：
(1)喷枪的物理结构设计；
(2)焦油及蒸汽管路的设计；
(3)焦油及蒸汽管路压力和温度测点与调节阀、截止阀的安装；
进一步地，所述步骤(1)中的喷枪的物理结构设计的过程为：
①原设计为压缩空气雾化焦油，是出现较多问题的主要原因之一，本次改造设计蒸汽雾化喷枪，而且储液罐和焦油输送管道均采用蒸汽加热。进行喷枪的雾化试验，根据雾化试验的结果，蒸汽雾化喷枪采用直射式压力型喷嘴，喷雾呈中空锥体状，喷射角度为60℃，流量为30L/min，喷嘴压力为15Mpa,截面积比为0.0223.
②对煤化工企业产生的焦油进行焦油元素分析和灰特性分析，包括对焦油的元素分析(碳、氢、氧、氮、硫、钾、和钠)，以及灰份和水份成分含量分析；焦油完全燃烧后的灰特性(闪点、燃点、凝固点和低位发热量)分析，用所得数据指导喷枪的材料选择及锅炉炉内内燃优化。
③对喷枪进行热变形分析，根据炉膛内压力与焦油喷入位置温度范围进行模拟，保证产生的形变量在可接受范围内，进一步确定喷枪的材料。
进一步地，所述步骤(2)中管路改造的过程为：
①原设计的立式储液罐直接改卧式罐，临时增加的外加热功率小，达不到预期的加热效果；目前储液罐内尚有3米多高的凝结物未处理，因此，首先要清理罐内凝结物，在储液罐内增加内换热器，换热器内通蒸汽加热并维持储液罐内的焦油温度，增加蒸汽加热管路，下移储液罐的出口，并增加储液罐的液位计、温度和压力测点及检修排放口；疏水暂接入原疏水管道，预留备用出口，后期可以直接部分或全部排到储液罐来回收疏水的能量，也可以直接排到锅炉的扩容器。
②增加焦油再循环系统，在焦油输送管路中焦油输送泵前部加装焦油再循环支路(13)，焦油再循环支路返回储液罐；根据热电厂提供的粘度数据，设计焦油温度要高于90℃，考虑到水分蒸发的影响，整个流程的焦油温度应控制在85℃到95℃范围内。
③改装蒸汽加热管路和系统，在蒸汽输送管路中加装蒸汽伴热支路(12)，材质为304L不锈钢，蒸汽伴热支路(12)与焦油输送管路(15)并列运行加热焦油输送管路(15)，蒸汽伴热支路(12)预计60米，伴热后的蒸汽或疏水最终通入储液罐内的内换热器。为了区分加热储液罐的蒸汽管路和加热焦油管路的蒸汽管路：加热储液罐的蒸汽管路称之为“加热蒸汽管路”；加热焦油管路的蒸汽管路的蒸汽管路称之为“伴热蒸汽管路”。
④采用蒸汽吹扫焦油管路系统和喷枪，防止管道和喷枪积累焦油和焦油凝固堵塞管道和喷枪，在蒸汽输送管路中加装蒸汽吹扫支路，蒸汽吹扫支路接入焦油输送管道，相应蒸汽管道称之为“吹扫蒸汽管路”。
⑤在蒸汽输送管路中加装雾化蒸汽管路，雾化蒸汽管路接入喷枪尾部作为雾化焦油的蒸汽，相应蒸汽管道称之为“雾化蒸汽管路”。雾化蒸汽管路约60米，在雾化蒸汽管路安装蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3，并在蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3之间加吹扫蒸汽管路，吹扫蒸汽管路与焦油管道通径相同，与雾化蒸汽管路变径连接，吹扫蒸汽管路接入喷枪焦油管路，雾化蒸汽管路安装吹扫蒸汽阀D4，在喷枪焦油管路上吹扫蒸汽管路的连接处前部安装焦油母管阀门B2；
进一步地，所述步骤(3)中的测点与调节阀安装的过程为：
①在储液罐内加装多个温度测点和压力测点；
②在储液罐内换热器入口的蒸汽管道加装温度和压力测点及调节阀；在吹扫蒸汽管路安装蒸汽截止阀门(8)；在蒸汽加热管路
(17)和蒸汽伴热管路(12)入口均安装调节阀；在雾化蒸汽管路(18)接近喷枪入口位置安装温度和压力测点以及雾化蒸汽手动阀门和自动阀门；
③在焦油输送管路安装若干阀门，包括储液罐出口阀门、焦油输送泵两端阀门、截止阀、喷枪入口手动阀门和自动阀门，并安装温度和压力测点；
④在焦油再循环支路(13)安装调节阀和截止阀；改造后的焦油泵运行状况良好；储液罐积聚的固态物明显减少；没有发生焦油管道堵塞；炉膛结焦问题得到大幅改善；静电除尘不再产生大量结块；受热面管子高温腐蚀情况减少，汽温调节回归正常水平。
掺烧系统的停运和吹扫
a、焦油掺烧系统停运时，关闭焦油母管阀门B2，30秒后关闭蒸汽总阀A1，将焦油喷枪从炉内退出并置于后退位固定，防止烧坏喷枪头。
b、停运焦油输送泵，关闭出口手动阀门，开启蒸汽吹扫阀门，将焦油输送管道内残存焦油吹至储液罐后，关闭蒸汽吹扫阀门。开启焦油输送泵体排污门，将泵体内焦油排除后关闭排污门，接着关闭雾化蒸汽阀门。将焦油输送泵停电，最后关闭蒸汽总阀。
c、雾化蒸汽与焦油一起进入炉膛；伴热蒸汽最终进入贮液罐的换热器；吹扫蒸汽进入贮液罐或炉内；贮液罐内加热蒸汽的疏水进入专用罐体或锅炉的疏水扩容器。
喷枪工作过程如下：
a、喷枪开始工作前，喷枪推进到位后，此时，蒸汽总阀A1、焦油母管阀门B2、雾化蒸汽阀C3和吹扫蒸汽阀D4应该均处于关闭状态，首先及时打开吹扫蒸汽阀D4，再打开蒸汽总阀A1，设定20秒吹扫。蒸汽吹扫后，先打开雾化蒸汽管道阀门C3，接着关闭吹扫蒸汽阀D4，顺次打开焦油管道阀B2，喷枪开始工作，在给定的焦油压力、蒸汽压力的范围内，蒸汽压力始终高于焦油压力约0.1Mpa，焦油压力和蒸汽压力联动，可以调节喷枪的出口流量范围为500～800kg/h。
b、喷枪停止工作后，先关闭焦油管道阀B2，然后打开吹扫蒸汽阀D4，顺次关闭蒸汽雾化管道的阀门C3，设定30s吹扫，吹扫后顺次关闭蒸汽总阀A1，关闭蒸汽阀门D4，喷枪退退出炉膛回到待用位置。
c、喷枪短时间不工作停止供油时，首先通过上述蒸汽吹扫后退回到位。
d、长期备用：若喷枪长时间停止工作，需要手动将喷枪退出二次风箱。
以上就是本技术方法的一套完整的具体实施过程。
经过本技术方法的改造，优化了燃烧系统，设计了蒸汽雾化喷枪，实现了安全高效掺烧焦油，保证上游生产，降低了热电厂经济成本，节约了资源，有着极高的经济效益和环保价值，为电厂运行提供了有效保证。因此，本发明具有较大的实用价值，并能达到理想的技术效果。
Claims (6)
1.一种优化焦油伴烧的技术方法，其特征在于：它按照如下步骤实施：
(1)喷枪的物理结构设计；
(2)蒸汽及焦油管路的设计；
(3)温度和压力测点的确定与调节阀和截止阀的安装。
2.根据权利要求1所述步骤(1)中喷枪的物理结构设计过程为：
①采用蒸汽雾化方案，进行雾化试验，确定喷枪合理的流动参数、结构参数以及安装角度，确定喷嘴的雾化方式以及喷嘴的流动参数，指导喷嘴的结构设计；
②对煤化工企业产生的焦油进行焦油元素分析和灰分特性等分析，包括对焦油的元素(碳、氢、氧、氮、硫、钾和钠)分析，以及灰份和水份含量分析；焦油完全燃烧后的灰份特性(闪点、燃点、凝固点和低位发热量)分析；
③对喷枪进行热变形分析，根据炉膛内压力、焦油喷入位置与燃烧温度范围进行模拟计算，保证喷枪产生的形变量在可接受范围内，进一步确定喷枪的材料。
3.根据权利要求1所述步骤(2)中焦油管路的设计过程为：
①在储液罐内增加常规管式换热器，换热器管内通蒸汽，蒸汽压力1.5Mpa、温度250℃，设计焦油温度要高于90℃，考虑到水分的蒸发影响，整个流程的焦油温度控制在85℃到95℃范围内；储液罐设置检修排放口；
②在蒸汽输送管路中加装蒸汽伴热支路(12)，蒸汽伴热支路(12)与焦油输送管路(15)并列运行，蒸汽伴热支路(12)最终通入储液罐内的换热器中，焦油管(15)和蒸汽伴热管(15)外加保温材料，蒸汽伴热管路(12)约60米；
③增加蒸汽输送管吹扫管路(16)和系统，在蒸汽输送管路中加装蒸汽输送管吹扫支路(16)和喷枪，蒸汽输送管吹扫支路(16)接入焦油输送管路(15)；
④在蒸汽输送管路(17)中加装蒸汽雾化管路(18)，蒸汽雾化管路(18)接入喷枪雾化蒸汽的入口，在蒸汽雾化管路(18)安装蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3，并在蒸汽总阀A1与雾化蒸汽阀C3之间加吹扫蒸汽管路，吹扫蒸汽管路与焦油管道的半径相同，与蒸汽雾化管路变径连接，吹扫蒸汽管路接入喷枪焦油管路，在蒸汽雾化管路安装吹扫蒸汽阀D4，在喷枪焦油管路的吹扫蒸汽管路的连接处前部安装焦油母管阀门B2；
⑤增加焦油再循环系统，在焦油输送管路中焦油输送泵前部加装焦油再循环支路(13)，焦油再循环支路(13)通向储液罐；
⑥焦油输送泵采用一备一用方案，布置两台泵；
⑦自汽源直接引蒸汽到喷枪，该蒸汽管加装自动调节阀和手动调节阀；焦油管道连入喷枪之前加装自动调节阀和手动调节阀，焦油管道还加装截止阀(9)和截止阀(11)。
4.根据权利要求1所述步骤(3)中测点与调节阀安装的过程为：
①在储液罐内换热器的蒸汽加热管路(17)入口加装压力测点与调节阀(2)；在蒸汽输送管吹扫支路(16)安装截止阀门(8)，喷枪停用时蒸汽可以吹扫焦油输送管道(15)和喷枪；在蒸汽伴热管路入口安装调节阀(6)，根据焦油的温度调节伴热蒸汽流量；在蒸汽雾化管路(18)喷枪入口位置安装温度和压力测点；雾化蒸汽管路(18)在喷枪入口处安装自动及手动调节阀门，同时加装温度和压力测点监视喷枪入口处的蒸汽温度和压力；
②在焦油输送管路(15)入口与蒸汽输送管吹扫支路(16)之间安装截止阀(9)；在蒸汽输送管吹扫支路(16)与焦油输送泵之间、焦油输送泵与再循环支路之间均安装自动调节阀；在焦油再循环支路(13)与喷枪入口之间安装手动调节阀、自动调节阀；并在焦油再循环支路(13)与喷枪入口之间、焦油输送泵与焦油再循环支路(13)之间额外安装温度、压力测点；
③加油管道自储液罐、油泵至喷枪管道安装多个阀门，其中包括：储液罐到焦油管道的入口安装调节阀(3)、泵两端安装截止阀(9)和截止阀(11)、在喷枪入口安装自动及手动调节阀门调节焦油的流量，同时加装温度和压力测点监视喷枪入口处的焦油温度和压力，在焦油再循环支路(13)安装截止阀(10)及调节阀门(4)；
④所有温度、压力和自动阀的调节信息均进入数据自动采集系统。
5.根据权利要求1所述的一种优化焦油伴烧的技术方法，其特征在于：焦油伴烧系统及所涉及的设备、仪表备件和管路均采用防爆设计。
6.根据权利要求1所述的一种优化焦油伴烧的技术方法，其特征在于：喷枪通过煤粉锅炉的燃烧器伸入炉膛，喷枪是伸缩式。
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