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燃气锅炉掺烧甲醇弛放气的生产应用

文档作者：梁轶董越茂文档来源：山西焦化股份有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月14日
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June2012· 54 ·化肥 设计ChemicalFertilizerDesign第 50卷 第 3期2012年 6月燃 气锅 炉掺 烧 甲醇弛放 气的 生产 应 用梁 轶 ，董越 茂(山西焦化股份有 限公 司，山西 洪洞 041606)摘 要 ：山西焦化股份有限公 司24万 t／a甲醇装置采 用焦炉煤气为原料 生产 时 ，产 生的 15000m ／甲醇 弛放 气除用 于转化预热炉及 吹风气锅 炉的燃料 外 ，还 富余 9000m／h，为此 实施 了燃气锅 炉掺 烧 甲醇弛放 气的节能技 术改造。分析 了燃气锅 炉掺烧 甲醇弛放 气的可行性 ；选择 了弛放 气的 引出位置 、输送方式和掺 烧比例。 实施效果表 明 ：掺烧 甲醇弛放 气可产蒸汽 22t／h，发 电 4400kW ·h，按年运行 8000h计 ，经济效益 可达 360万元／a。关键词 ：甲醇装置 ；甲醇弛放 气；掺烧 ；燃 气锅 炉；技 改doi：10．3696／j．issn．1004—8901．2012．03．017中图分类号 ：TQ229．8 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1004—8901(2012)03—0054—03Productive Application forM ix-firing M ethanolReleasing Gasin Com bustion GasBoilerLIANG Yi，DONG Yue-mao(ShanxiCokingStockCompanyLtd．，HongdongShanxi 041606 China)Abstract：In caseofusingcoke-oven gasasproductiveraw materialinmethanolplantwith acapacityof240000 t／aintheShanxiCokingStockCom—panyLtd．，therewasalsoreleased gas9000 m ／hremained from 15000m ／hofmethanolreleased gastotallyproduced． excludingforusingas fuelofpreheatingfurnaceofreformationand airblowinggasboiler，thereforeenergyconservation technology reformationwasexecuted formix．firingthemethanolreleasing gasin thecombustion gasboiler． Authorhas analyzed thefeasibilityformix—firingthemethanolreleasinggas in thecombustion gasboiler；hasselectedtheoutletlocation，conveyingmodeandmix—firingproportionforthereleasinggas．Executed effectindicatesthatmix-firingreleasinggas canpro—duce22t／h ofsteam ，4400kW ·hofelectricpower，asperoperatinghoursbeing8000h，economicbenefitcanreachto3．6milionYuanRMB peryear．Key words：methanolplant；methanolreleasinggas ；mix—firing；combustiongas boiler；technical reformationdoi：10．3696／j．iSSU．1OO4—8901．2012．03．017山西 焦化 股 份有 限公 司 24万 t／a甲醇装 置采用焦炉煤气配水煤气工艺路线生产甲醇 ，产生的弛放气经变压吸附提氢后 ，纯度 96％以上的氢气返回合成新鲜气管道 ，解吸气全部作为转化预热炉及 吹风气锅炉的燃料用气。但水煤气系统 自投产以来 ，生产很不稳定 ，运行周期最长只有 45天 ，甲醇装置被迫多次调整生产模式 ，单独以焦炉煤气为原料进行生产 ，产 生 的弛放气 量约 1．5万 m／h，其 中约6000m／h用于转化预热炉及吹风气锅炉 的燃料 ，剩余的 9000m／h弛放气只能在 甲醇分离器处排放 ，造成了资源浪费并对环境带来 了一定 的影 响。甲醇弛放气富含氢，有很高的利用价值 ，而公 司冬季燃气锅炉使用的焦炉煤气供应紧张，若将这部分弛放气作为燃气锅炉的燃料 ，不但可以提高资源综合利用率 ，还能解决弛放气直接排放造成 的环境 和安全问题。为此 ，公司实施 了燃气锅炉掺烧 甲醇弛放气的节能技术改造 ，笔者简介如下。1 掺烧 比例及掺烧气组分公司 目前使用 的燃气锅炉属 中温 中压燃气锅炉 ，TG一75／3．82一Qj型和 TG一35／3．82一QJ型各1台，额定蒸发量 110t／h，冬季锅炉负荷约在 9O～110t／h，额定蒸 汽压力 3．82MPa，额 定蒸 汽温 度450℃ ，额定负荷范围 40％ ～110％。燃气锅炉的设计燃料为焦炉煤气 ，焦炉煤气富含 甲烷等可燃性气体 ，热值较高，约 16720～18810kJ／m ，产生的废气量少 ，理论燃烧温度高。其 由于氢气占 60％左右 ，故燃烧速度快 、火焰较短 ，煤气和废气的密度低。同时，因含有 C H ，其火焰 明亮 ，辐射能力强。弛放气因氮气的体积分数接近 10％ ，总体热值不高 ，大约在 8360—10905kJ／m 。若单独燃烧 弛放气，不能满足锅炉用量需求。作者简介 ：梁轶 (1975年 一)，男，山西洪洞人 ，1997年毕业于青 岛化工学 院，工程师 ，从 事化工装置 的生产技术管理 等工作 。第 3期 梁 轶 等 燃气锅炉掺烧甲醇弛放气的生产应用 ·55·根据焦炉煤气和 甲醇弛放气 2种气体 的特性及热值 ，燃气锅炉的总气量按 20000m。／h考虑 ，将9000m／h的弛放气 全部掺烧至焦炉煤气 中，则锅炉燃料 中的弛放气 比例约为 45％。甲醇弛放 气组分见表 1。混合后的掺烧气组分及其与焦炉煤气组分的比较见表 2。表 1 甲醇弛放气 组分含量 ，％ 77．96 3．59 6．15 9．73 1．99 0．58注 ：弛放气温度 4O℃，操作压力 5．0MPa，热值 9796kJ／m。。表 2 焦炉煤气和掺烧气 组分 的比较注：焦炉煤气温度40℃，操作压力 8000Pa，热值 17987．9kJ／m ；掺烧气温度40℃，操作压力8000Pa，热值 14106．0kJ／m。。2 掺烧 甲醇弛放气的可行性根据混合甲醇弛放气后 的掺烧气 的特点 ，笔者以下计算使用掺烧气 时的烟气温度 ，并与单独使用焦炉煤气时理论烟气温度进行 比较 ，进行燃气锅炉掺烧弛放气的可行性分析。影响燃气锅炉燃料燃烧程度的因素很多，其 中过剩空气系数是影响锅炉燃烧工况及经济运行的重要指标。对锅炉来讲 ，过剩空气系数通常是指炉膛 出口处的 Od值 ， 值越大 ，风机耗能越大 ，锅炉排烟损失越大 ； 值太小 ，锅炉的不完全燃烧损失又可能太大。燃气锅炉的最佳 O／值通常在 1．03—1．10。在保证燃料充分燃烧的情况下 ，应尽可能使 Ot接近 1。按照焦炉煤气和掺烧气 的燃烧化学方程式 ，可计算出燃烧所需的理论空气量、燃烧产生的废气量及组分 ，再根据过剩空气系数 ，确定燃烧所需的实际空气量和废气的实际组成。100m 焦炉煤气及掺烧气燃烧的计算结果见表 3。表 3 100m 焦炉煤气及掺烧气燃 烧计 算结果注 ：按煤气温度 30℃ ，空气 温度 20℃ ，相对湿度 0．6，过剩空气 系数1．10计算。假设燃烧过程在理想绝热条件下 ，燃烧过程所产生的热量全部用于加热烟气 ，根据燃烧的热量衡算方程式，可计算出理论烟气温度(以0℃为基准)。Q低+Q燃+Q空=，烟 (1)其 中： Q燃= C燃Q空= C空，烟= C烟式 中，Q低为燃料的低位发热量 ，ld／m ；Q燃为燃料的物理热，ld／m； 为燃料的体积流量，II1／h；c燃为燃料在0oC～ 温度范围内的平均比热容 ，kJ／(m。·oC)；为燃料的温度 ，℃ ；Q搴为 空气 的物理热 ，kJ／m ；为空气 的体积流量 ，in／h；C空为空气在 0℃ ～T空温度范围内的平均 比热容 ，kJ／(ITI ·qC)； 为空气的温度 ，oC；，I烟为燃烧后产生烟气 的焓 ，kJ／m ； 为燃烧后产生烟气体积流量 ，m／h；C烟为烟气在 0oC～ 温度范围内的平均 比热容 ，kJ／(m ·cI=)；为燃烧后的理论烟气温度 ，℃。由式(1)得到 ：= (Q低+Q燃+Q空)／ c烟 (2)= (Q低+ c燃 + c空 )／式中，Q低、 、 、 、T空从表 2中获得数据 ；C燃、c空、c烟为理论计算出的平均 比热容 。焦炉煤气燃烧 时，根据式 (2)计算 的理论烟气温度为 ：理1=(17987．9+1×1．338×30+4．84×1．276×20)／(5．61×1．529)= 2116(℃ )掺烧气燃烧时 ，根据式 2计算 的理论烟气 温度为 ：理2=(14106．0+1×1．267×30+3．71×1．276×20)／(4．43×1．529)= 2102(qc)由以上计 算结果 可知 ，在过剩 空气 系数均为1．10的情况下 ，两者的理论燃烧温度基本相同。燃气锅炉正常生产过程 中，炉膛需保持一定 的负压 。若适 当调整 空气量 ，过剩 空气 系数 取值为1．12，尾气量会有所增加 ，根据式 (2)计算理论烟气温度为 ：理3=(14106．0+1×1．267×30+3．78×1．276×20)／(4．52×1．529)= 2061(cc)计算表明，烟气 温度明显 降低 ，锅炉 的排烟热损失增加 ，势必造成锅炉产汽量下降。通过计算 ，焦炉煤气和掺烧气燃烧时的理论燃烧温度基本相同，说 明燃气锅炉掺烧 甲醇弛放气对锅炉 燃烧 工 况 及 经 济 运 行 影 响 不 大，掺 烧 方 案可行 。· 56· 化 肥设 计 2012年 第 50卷3 项 目实施3．1 弛放气 引出位置弛放气从 甲醇分离器分离 出后 ，一部分去氢回收系统进行变压吸附提氢 ，其余部分去弛放气放 空管线 。当弛放气掺烧燃气锅炉时 ，为了减少弛放气的压力波动对氢 回收系统影响，选择从甲醇分离器的弛放气放空管处引出。3．2 弛放气输送方式甲醇弛放气在 甲醇分离器 的出 口压力 为 5．0MPa，去锅炉 的输送距离为 720m，且在进入锅炉燃烧前 ，弛放气的压力须与焦炉煤气 匹配 ，必须减压到 8000Pa左右。若考虑降低弛放气压力进行输送时 ，则所 需 管径较 大、投 资过 高，最 后确定 以 5．0MPa的操作压力输送 ，铺设 DN80mm碳钢管道。弛放气掺入焦炉煤气前采用 3级减压，弛放气减压后的压力比焦炉煤气的压力高 500～1000Pa，以保证弛放气能够进入锅炉煤气总管。3．3 控制 方式(1)在氢回收系统弛放气管线的接 出位置设置手动控制阀门。(2)为便于操作和计量 ，在进入二厂的弛放气管线前端设一流量计和手动控制总阀，总阀后设 2个 工艺 减压 阀进 行 两级 工 艺 减 压 ，一 级 减 压 至 3．0MPa，二级 减压至 0．6～0．7MPa。(3)为确保安全 ，在二级减压后设一安全 阀，起跳 压力 为 0．8MPa。(4)工艺减压后再设一仪表减压阀进行第 3级减 压 ，减 压至 8～10kPa。(5)为防止仪表减压 阀失控 ，在其前设一联锁(自动)放空阀，压力信号取 自压力调节阀组后的压力检测点，起跳(控制 )压力 10kPa；其后设一带电磁阀的压力 自调阀，信号取 自该 阀后 的压力检测点，该点压力和焦炉煤气总管压力信号的差值为1kPa，当工艺要求切断弛放气时，用电磁阀切断弛放气。(6)最后设一手动控制 阀以实施与煤气系统 的隔离 。4 实施效果甲醇弛放气并人锅炉系统后 ，减压装置及 配套的安全控制设施达到了预期的效果 ，除了预期考虑的因燃气热值低造成锅炉产汽量略有降低外 ，锅炉系统运行稳定 。经计算 ，这部分弛放气可产蒸汽 22t／h，发电 4400kW ·h，按照年运行 8000h计 ，经济效益预计在 360万元以上。收稿 日期 ：20129—o4_o6(上接 第 53页)(10)各洗涤吸收塔均设有电控箱 ，以便控制相应设备设施 (如风机 、水泵 、自动加药泵 、液位计 、pH计等 )的正常运行 。5 运行效果本装置于 2011年 6月投入运行 ，投用后 ，系统运行效果 良好 ，事故池周 围的恶臭气 味大幅度减轻。2011年 6月废气 回收处理装置运行数据见表 1。表 1 废气 回收处理装置运行数据6 结语河南龙宇煤化工有限公司在 甲醇生产过程 中所产生的大量有机废水巾的有机废气 ，通过强氧化剂吸收液和次氯酸钠混合液溶液 的吸收转化 ，生成无毒无害的物质 ，吸收液循环使用。废气处理系统排放废水 10m／d；废水通过管道直接排放至 污水站集水 池经综合稀 释后 ，进 入后续生化 池进行处理 ，因产生的水量较少 ，对后续生化没有影响。该项目已于 2011年 6月建成并投入运行 ，目前运行情况良好 ，事故池恶臭气体 已经根本得 到解 决，工作环境大为改善。参 考 文献 ：[1]王艳妮．生物滴 滤塔净化含 H2S废气 的填料选择及其运 行参数的研究[D]．西 安建筑科技大学 ，2007．[2]罗 固源 ，孙永利 ，吉方英 ，等 ．污水 生物处理 系统 中逸出气 体的危害与控制[J]．重庆大学学报(自然科学版 )．2001(6)．[3]李天罡．生物滴 滤塔处理硫化氢臭气效能研 究[D]．哈尔滨工业大学 ，2006．[4]陆光立 ，郭广寨 ，侯玲娟 ，等．Eeolo除臭剂对 NH3及 H S去 除应用试验研究[J]．环境科学与技术 ，2003(2)．[5]王令 ，丁忠浩．恶臭污染分析及防治技术 [J]工 业安全与环保 ，2005(3)．[6]王晓暾．直流电晕 自由基簇射治理工业恶臭废气应用研究 [D]．浙 江 大 学 ．2007．收稿 日期 ：2011_o9_05

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