CN115854336B - 一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地面工程CCUS技术领域，公开了一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法及装置。所述方法包括：步骤S01：将火驱烟道气导入除杂装置进行除杂；步骤S02：将除杂后的火驱烟道气脱硫；步骤S03：将脱硫后的火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。本发明提供的循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法，将烟道气掺混进入改造后的流化床燃煤锅炉进行燃烧，既符合环保要求，又可以实现资源耦合、绿色低碳发展。

Description

一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法及装置

技术领域

本发明属于地面工程CCUS(碳捕获、利用与封存)技术领域，涉及一种火驱烟道气综合利用的方法，尤其涉及一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法及装置。

背景技术

近年来，在三次采油技术上开始运用火驱技术进行稠油油藏增产，火驱过程中会产生大量火驱烟道气。火驱烟道气是稠油在地层下不充分燃烧的产物，由烷烃类气体、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、硫化氢等组成。火驱采出烟道气因气体组分较复杂，烟尘、颗粒物含量多，因此火驱烟道气一般采用RTO热氧化脱烃+石灰石/石膏法脱二氧化硫处理的工艺，烟道气处理后采用高空排放或回注试验区的方式。

以上两种处理烟道气的方法主要存在的问题是：(1)《GB39728-2020陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》对挥发性有机物排放控制要求为：生产装置和设施有组织排放废气非甲烷总烃排放浓度不超过120mg/m³；烟道气采用常规工艺处理后直接排放，不符合该标准的要求；(2)根据目前工业化应用现状，因烟道气组分复杂且杂质较多，回注地层过程中对增压系统会造成较坏影响。因此，上述两种处理方式都不具备可行性，如何处理火驱烟道气使之符合环保要求，是目前亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明旨在针对现有技术中火驱烟道气无法处理的问题，提供一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法及装置，将烟道气掺混进入改造后的循环流化床燃煤锅炉，与循环流化床锅炉内原料一同燃烧，以循环流化床锅炉烟气形式排放，成为二氧化碳捕集原料气，既符合环保要求，又可以实现资源耦合、绿色低碳发展。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S01：将火驱烟道气导入除杂装置进行除杂；

步骤S02：将除杂后的火驱烟道气脱硫；

步骤S03：将脱硫后的火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。

进一步地，所述步骤S01中，所述火驱烟道气经过两级过滤器过滤掉固体杂质、油和水，其中，一级过滤器采用沉降配合离心分离的方式进行初步除杂，二级过滤器采用碳吸附的方式进行精细除杂。

进一步地，所述步骤S03具体包括：

所述火驱烟道气一部分接入锅炉前的锅炉热一次风母管处，剩余部分接入锅炉前锅炉热二次风母管处。

更进一步地，当流化床锅炉低负荷工况运行时，调节锅炉热一、二次风母管混入的火驱烟道气流量，具体为：

当流化床锅炉负荷≤35％时，保持锅炉热一次风母管的风量不变，锅炉热二次风母管的风率控制在15％～30％；

当流化床锅炉负荷≥65％时，不断增加锅炉热二次风母管的风量，直至达到最大蒸发量下的对应风量；

当流化床锅炉负荷在30％～65％之间时，分别增加锅炉热一次风母管的风量和锅炉热二次风母管的风量；

并在整个调控过程中，控制流化床锅炉的床温分布在830℃-950℃。

进一步地，所述火驱烟道气压力必须大于掺混接入点处的热风压。

进一步地，所述步骤S02中，火驱烟道气采用直接氧化法脱硫。

同时，本发明提供一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的装置，用于实施上述任一项所述的方法，所述装置包括依次连通的火驱烟道气管道、除杂装置、脱硫装置和流化床锅炉；所述脱硫装置的出口管道与流化床锅炉的炉前母管连接，且连接位置位于流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。

进一步地，所述除杂装置包括一级过滤器和二级过滤器，所述一级过滤器包括自然沉降单元和离心分离单元，所述二级过滤器包括碳吸附单元。

进一步地，所述脱硫装置为络合铁脱H₂S装置。

进一步地，所述流化床锅炉的空预器为卧式空预器。

进一步地，所述流化床锅炉在锅炉尾部竖井左右侧各设置若干台清灰器，所述清灰器沿锅炉高度方向错列布置。

更进一步地，所述流化床锅炉的排烟管道上连接有SNCR脱硝系统，所述SNCR脱硝系统包括液氨储罐、脱氧水储罐和设于排烟管道上的蒸气雾化喷枪，所述液氨储罐和脱氧水储罐并联交汇于混合输送管道，并通过混合输送管道连接蒸气雾化喷枪。

与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

(1)现有技术将火驱烟道气经常规工艺处理后直接排放或回注地层，都不具备可行性；现有的流化床锅炉为燃煤锅炉，通过燃煤生产蒸气用于工业油气开采，其燃烧的尾气则通过CCUS(碳捕获、利用与封存)技术进行二氧化碳捕集、封存处理；本发明将火驱烟道气通入流化床锅炉掺混燃烧，可替代一部分煤燃料，通过流化床锅炉(130t/h)资源化耦合处理火驱烟道气，可节约燃煤消耗量12000.24t/a，同时减少碳排放量32256t/a，有效解决了烟道气无法直排的环保问题，同时实现资源耦合，节能减碳；

(2)本发明将火驱烟道气在前端预处理装置进行除杂、脱硫处理后，通入流化床锅炉中掺混燃烧，节省一部分煤燃料，在本发明实施例中火驱烟道气负荷约占锅炉额定负荷的8.5％，锅炉入炉燃煤相应减少约8.5％，相对应的粉尘也会较之前有明显减少，可使实际运行过程中进入炉膛的灰减少8.5％，由于给煤量减少，产灰量减少，随循环流化床锅炉循环的气体中夹杂的粉尘颗粒降低，这样可以有效降低流化床锅炉管壁的磨损程度，延长设备的使用寿命；

(3)因现有的流化床锅炉的空预器入口为1.5mm焊管焊接而成，因此锅炉运行时，大多会出现空预器泄漏，若不混入火驱烟道气，则空预器中的空气少量泄露入锅炉并不会对锅炉运行产生较大影响，如若将火驱烟道气在空预器前混合，则会发生火驱烟道气漏入锅炉尾部烟道、存在着火风险；所以本发明将火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，使火驱烟道气直接进入锅炉炉膛进行燃烧，可有效避免掺混时的烟道气泄露风险；

(4)本发明将火驱烟道气一部分接入锅炉前的锅炉热一次风母管处，剩余部分接入锅炉前锅炉热二次风母管处，可以在锅炉负荷波动、床温异常时，灵活调节锅炉热一、二次风母管混入的火驱烟道气流量，保障流化床锅炉安全平稳运行的前提下，提高流化床锅炉分级燃烧效率，减少氮氧化物、硫氧化物的形成。

附图说明

图1为本发明实施例的循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气方法的流程图；

图2为本发明实施例的火驱烟道气混入锅炉热一次风母管的位置示意图；

图3为本发明实施例的火驱烟道气混入锅炉热二次风母管的位置示意图主视图；

图4为本发明实施例的火驱烟道气混入锅炉热二次风母管的位置示意图俯视图；

图中标记说明：1-炉膛；2-左侧主流化风道；3-锅炉热一次风母管；4-左侧点火风道；5-右侧点火风道；6-右侧主流化风道；7-炉膛二次风箱；8-空预器出口；9-锅炉热二次风管；10-锅炉热二次风母管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1所示，本发明实施例提供了一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S01：将火驱烟道气导入除杂装置进行除杂；

具体地，所述火驱烟道气经过两级过滤器过滤掉固体杂质、油和水。其中，一级过滤器采用沉降配合离心分离的方式进行初步除杂，用于脱除20μm以上的大颗粒粉尘及油、水；二级过滤器采用碳吸附的方式进行精细除杂，用于脱除5μm以上的大颗粒粉尘及油、水；该处理工艺中尽可能控制含水率不超过10％(体积分数)，其目的是：防止水滴在尾部凝结影响锅炉运行，或水蒸气分压太高，影响烟道气水露点造成水汽凝结。

步骤S02：将除杂后的火驱烟道气采用直接氧化法脱硫；

由于火驱采出气来气压力较低，为0.15～0.2MPa，同时，H₂S含量波动范围在800ppm～1100ppm，根据上述工艺条件，故采用直接氧化法脱H₂S能够达到较好的脱除效果。

步骤S03：将脱硫后的火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。

因流化床锅炉的空预器入口为1.5mm焊管焊接而成，因此，锅炉运行时，大多会出现空预器泄漏，若不混入火驱烟道气，则空预器中的空气少量泄露入锅炉并不会对锅炉运行产生较大影响，如若将火驱烟道气在空预器前混合，则会发生火驱烟道气漏入锅炉尾部烟道、存在着火风险；因此，本发明实施例将火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，直接进入锅炉炉膛进行燃烧，可有效避免掺混时的烟道气泄露风险，避免烟道气漏入锅炉尾部烟道、发生着火风险。

实施例2

本发明实施例是在实施例1的基础上作了下述改进：

将所述火驱烟道气一部分接入锅炉前的锅炉热一次风母管处，剩余部分接入锅炉前锅炉热二次风母管处，这样可在锅炉负荷波动或床温异常时，灵活调节一、二次风母管混入的火驱烟道气流量，保障锅炉平稳运行。

如图2所示为本发明实施例的火驱烟道气混入锅炉热一次风母管的位置示意图，所述循环流化床锅炉包括炉膛1、与炉膛1连接的左侧主流化风道2、左侧点火风道4、右侧主流化风道6和右侧点火风道5，以及与左右侧主流化风道连通的、接烟道气的锅炉热一次风母管3。

如图3和图4所示分别为本发明实施例的火驱烟道气混入锅炉热二次风母管的位置示意图主视图、俯视图；其中，7为炉膛二次风箱，8为空预器出口，9为锅炉热二次风管，10为接烟道气的锅炉热二次风母管。

火驱烟道气分别接入锅炉位置位于锅炉热一次风母管3和锅炉热二次风母管10处，混入点位置一次风压约8500Pa，二次风压约2000Pa，为保证火驱烟道气顺利混入，火驱烟道气压力必须大于掺混接入点一、二次风压，正常运行时火驱烟道气混入点压力维持12kPa左右，最低不低于10kPa。

由于流化床锅炉存在低负荷运行工况，在流化床锅炉低负荷工况下，转油站输送的火驱烟道气流量可能为较高流量，此时可通过调节锅炉热一、二次风母管混入的火驱烟道气流量，保障锅炉平稳运行，提高燃料燃烧效率，减少氮氧化物、硫氧化物的形成；具体调控方式为：

当流化床锅炉负荷≤35％时，保持锅炉热一次风母管3的风量不变，锅炉热二次风母管10的风率控制在15％～30％；

当流化床锅炉负荷≥65％时，不断增加锅炉热二次风母管10的风量，直至达到最大蒸发量下的对应风量；

当流化床锅炉负荷在30％～65％之间时，分别增加锅炉热一次风母管3的风量和锅炉热二次风母管10的风量；且在床温分布适宜范围内(830-950摄氏度)，应尽量提高锅炉热二次风母管10的风量，降低锅炉热一次风母管3的风量，这样有利于循环流化床锅炉高效分级燃烧；

并在上述整个调控过程中，控制流化床锅炉的床温始终分布在830℃-950℃这一适宜范围内。

实施例3

本发明实施例提供了一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的装置，用于实施上述实施例1或实施例2的方法。

所述装置包括依次连通的火驱烟道气管道、除杂装置、络合铁脱H₂S装置和流化床锅炉；所述络合铁脱H₂S装置的出口管道与流化床锅炉的炉前母管连接，且连接位置位于流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。

具体地，所述除杂装置包括一级过滤器和二级过滤器，所述一级过滤器包括自然沉降单元和离心分离单元，用于对火驱烟道气依次进行自然沉降和离心分离，以脱除烟气中20μm以上的大颗粒粉尘及油、水；所述二级过滤器包括碳吸附单元，通过碳吸附的方式脱除烟气中5μm以上的大颗粒粉尘及油、水。

所述流化床锅炉的排烟管道上连接有SNCR(选择性非催化还原)脱硝系统，所述SNCR脱硝系统包括液氨储罐、脱氧水储罐和设于排烟管道上的喷枪，所述液氨储罐和脱氧水储罐并联交汇于混合输送管道，并通过混合输送管道连接喷枪；所述混合输送管道上设有计量器，可以合理分配氨水与脱氧水，氨水与脱氧水在混合输送管道内混合后经喷枪喷入烟气中，在此氮氧化物与氨水发生还原反应生成N₂和水，从而实现流化床锅炉燃烧后的烟气脱硝的目的。需要说明的是，本发明实施例的流化床锅炉为燃煤锅炉，这里的脱硝是针对煤燃烧后的烟气进行的脱硝，而火驱烟道气各成分中均不含N元素，不需要进行脱硝。

实施例4

本发明实施例是在在实施例3的基础上，为了能更好的利用循环流化床锅炉与火驱烟道气进行资源耦合，对循环流化床锅炉尾部竖井进行了综合改造，具体如下：

(1)将锅炉现有的立式空预器改造为卧式空预器；由于立式空预器是竖直放置，在重力作用下积灰容易掉落堆积在空预器底端，影响烟气换热效率；而改成卧式空预器，积灰均布在空预器内壁，可以缓解积灰严重的现状，降低积灰对烟气换热效率的影响；

(2)对现有锅炉尾部竖井左、右侧各增加5台清灰器，沿锅炉高度方向错列布置，以缓解锅炉尾部烟道的受热面积灰，提高导热系数，降低能耗；

(3)对锅炉SNCR脱硝系统进行改造，将喷枪更换为蒸汽雾化喷枪，系统改造为蒸汽雾化，增强喷枪的雾化效果，提高脱硝效率。

经上述改造实施后，本发明实施例的流化床锅炉污染物的排放指标均达到环保规范要求，具体如下面表1所示。

表1流化床锅炉污染物排放指标表

本发明实施例将掺混火驱烟道气燃烧，通过流化床锅炉(130t/h)资源化耦合处理火驱烟道气，可节约燃煤消耗量12000.24t/a，同时减少碳排放量32256t/a，解决烟道气无法直排的环保问题，同时实现资源耦合，节能减碳，绿色开发。

本发明实施例的火驱烟道气进入锅炉之前已脱除H₂S，燃煤锅炉烟气排放H₂S不会增加；又因火驱烟道气各成分中均不含N元素，且在此处理工艺中，锅炉燃烧温度不超过950℃，因此不会造成锅炉原始NO_X排放升高；本发明实施例的火驱烟道气负荷约占锅炉额定负荷的8.5％，锅炉入炉燃煤相应减少约8.5％，火驱烟道气掺混燃烧后，实际运行过程中进入炉膛的灰减少8.5％，相对应的粉尘也会较之前有明显减少，同时，由于给煤量减少，产灰量减少，随循环流化床锅炉循环的气体中夹杂的粉尘颗粒降低，这样可以有效降低流化床锅炉管壁的磨损程度，延长设备的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S01：将火驱烟道气导入除杂装置进行除杂；

步骤S02：将除杂后的火驱烟道气脱硫；

步骤S03：将脱硫后的火驱烟道气在流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间的炉前母管混入，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放；

所述步骤S03具体包括：

所述火驱烟道气一部分接入锅炉前的锅炉热一次风母管处，剩余部分接入锅炉前锅炉热二次风母管处；

当流化床锅炉低负荷工况运行时，调节锅炉热一、二次风母管混入的火驱烟道气流量，具体为：

当流化床锅炉负荷≤35％时，保持锅炉热一次风母管的风量不变，锅炉热二次风母管的风率控制在15％-30％；

当流化床锅炉负荷≥65％时，不断增加锅炉热二次风母管的风量，直至达到最大蒸发量下的对应风量；

当流化床锅炉负荷在30％-65％之间时，分别增加锅炉热一次风母管的风量和锅炉热二次风母管的风量；

并在整个调控过程中，控制流化床锅炉的床温分布在830℃-950℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S01中，所述火驱烟道气经过两级过滤器过滤掉固体杂质、油和水，其中，一级过滤器采用沉降配合离心分离的方式进行初步除杂，二级过滤器采用碳吸附的方式进行精细除杂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述火驱烟道气压力必须大于掺混接入点处的热风压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S02中，火驱烟道气采用直接氧化法脱硫。

5.一种循环流化床锅炉燃料掺烧火驱烟道气的装置，用于实施权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括依次连通的火驱烟道气管道、除杂装置、脱硫装置和流化床锅炉；所述脱硫装置的出口管道与流化床锅炉的炉前母管连接，且连接位置位于流化床锅炉的空预器出口至点火风道之间，使掺混后的气体通入流化床锅炉进行燃烧，脱烃后达标排放。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述除杂装置包括一级过滤器和二级过滤器，所述一级过滤器包括自然沉降单元和离心分离单元，所述二级过滤器包括碳吸附单元。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述脱硫装置为络合铁脱H₂S装置。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述流化床锅炉的空预器为卧式空预器。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述流化床锅炉在锅炉尾部竖井左右侧各设置若干台清灰器，所述清灰器沿锅炉高度方向错列布置。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述流化床锅炉的排烟管道上连接有SNCR脱硝系统，所述SNCR脱硝系统包括液氨储罐、脱氧水储罐和设于排烟管道上的蒸气雾化喷枪，所述液氨储罐和脱氧水储罐并联交汇于混合输送管道，并通过混合输送管道连接蒸气雾化喷枪。