危廢燃料對硫化床鍋爐安全運行影響分析

劉 慶

(湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南長沙 410014)

危險化學品生產企業在日常運行中會產生大量的廢物，嚴重破壞環境。隨著節能環保意識的提高，企業更加關注如何有效與環保地利用危險廢物。在鍋爐工業中，相對于其它爐型來說，循環流化床鍋爐具有燃料適應性廣、燃燒效率高、污染物排放低、負荷調節范圍大且快等優點，因而得到了廣泛的應用［1］。本文從危廢燃料著火燃燒特性和循環流化床鍋爐燃料適應性的角度，分析危廢燃料對硫化床鍋爐安全運行的影響。

1 燃料的特性及系統介紹

某生產企業熱電車間現有一臺90 t/h循環流化床鍋爐，鍋爐的燃料為煙煤，日耗煤量為350 t/h，可采用床下油槍點火，也可采用床上木炭點火。有機車間生產的廢丁烯醛約20 t(隨生產負荷變化)。該廢液中含有乙醛、丙酮、醋酸乙烯、丁烯醛、醋酸、水等物質，目前儲存在5 m3的儲罐中，周期性地采用小罐車送渣場露天焚燒處理，焚燒處理過程中存在一定的安全隱患和環境污染。若能將丁烯醛廢液送流化床鍋爐燃燒，不僅能解決環境污染問題并回收燃燒的熱能，具有一定的經濟效益和社會環境效益，并且降低了廢液直接露天燃燒存在的安全隱患。廢丁烯醛主要成分見表1。

丁烯醛(2－丁烯醛)，為無色或淡黃色液體，有窒息性刺激臭味。分子量70.09，熔點－76℃，沸點104℃，相對水比重為0.85，微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯等多數有機溶劑。相對空氣比重2.41，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。危險化學品的分類及標志將其劃為第3.2類中閃點易燃液體，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限2.1% ～15.5%，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。在空氣中非常容易氧化生成過氧化物，受熱或撞擊、甚至輕微摩擦即發生爆炸。在火場高溫下，能發生聚合放熱，使容器破裂。經測定丁烯醛廢液彈筒發熱值為23 394 kJ/kg，約相當于0.8倍標煤熱值。該廢液熱值較高，有利用價值。

表1 廢丁烯醛主要成分表

考慮到危廢燃料廢丁烯醛易燃易爆的危險特性，將廢丁烯醛通過高壓齒輪泵升壓后周期性地送往流化床鍋爐，爐膛內安裝火焰監測器與爐膛火焰及爐膛溫度聯鎖，當爐膛內有明火時方可打開防爆電磁閥，使用噴槍將燃料送入爐內。

2 危廢燃料特性對鍋爐安全運行的影響

2.1 燃料的易燃易爆特性對鍋爐安全運行的影響

為充分利用危廢燃料的熱能，把危廢燃料引入鍋爐中燃燒的案例在國內較少，應采取措施保證危廢燃料的充分燃燒，若燃燒調整不當，配風不合理，導致可燃物進入煙道，爐膛負壓過大，將未燃盡的危廢燃料抽入煙道，在爐尾煙道積聚，可能發生煙道內可燃物再燃事故［2］，這時會出現以下現象:排煙溫度急劇增加，一、二次風出口溫度也隨之升高，煙道內及燃燒室內的負壓急劇變化甚至變為正壓;煙囪內冒黑煙，從而引風機殼體不嚴處向外冒煙或向外噴火星等，甚至會造成鍋爐爆炸［3］。

可能發生揚火爆燃的情況:由于壓火后床料表面溫度降低，這些可燃性氣體達不到燃燒溫度，便在鍋爐爐膛內積聚;揚火時，隨著風機的啟動，床料開始流化，高溫的床料從下面翻出，這時可燃性氣體瞬間發生燃燒，如果可燃物的濃度在爆燃極限范圍內，就會發生爆燃［4］。

因危廢燃料燃燒速度較快，燃燒溫度較高，這樣，爐膛的火焰溫度也隨之升高但火焰溫度提高后可能會造成爐膛結焦嚴重，危及鍋爐各受熱管的安全運行，故需要進行危廢燃料各種工況下的燃燒調整試驗，盡量避免鍋爐結焦。

2.2 燃料中水分含量對鍋爐安全運行的影響

危廢燃料廢丁烯醛中的含水量較大，廢丁烯醛燃燒后產生CO2及水。根據有關資料，燃料中的水分每增加5%，由于排煙損失而使鍋爐效率下降0.5%左右，粗略估算鍋爐燃燒含水率為50%的燃料時效率要降低2.5%［5］。燃料含水率增加直接導致了排煙熱損失增加，造成鍋爐爐膛內煙氣溫度偏低。含水率增加用于蒸發多余含水的熱量也相應要增加，這就導致燃料的有效熱量也就是低位發熱量的減少。實際生產中對燃燒狀況起決定性作用的就是含水率，發熱量降低也是含水率升高的一個結果。除此以外水分會造成結焦，長期運行會影響鍋爐的熱效率。

針對含水率增高影響燃燒狀況的問題，對設計方面進行優化才是解決問題的主要途徑。運行調整方面也可以采取一定措施，但調節范圍僅限于含水率變化在±5%，超過這個限度靠運行調節手段就無法做到了［6］。

3 硫化床鍋爐安全運行的措施

1.在生產過程中盡量避免燃料中攙和過多的水分，根據燃料性質變化合理控制進爐燃料，使燃料充分燃燒，提高鍋爐效率。

2.在開啟噴槍時，應注意就地檢查霧化著火情況是否良好，檢查槍頭有無堵塞等問題。

3.在運行使用中的噴量不是一成不變的，調試好的槍頭安裝后，在實際投用時由于受熱膨脹、裝配松緊等因素的影響要發生一些變化;另外，噴槍使用中會產生程度不同的結垢，堵塞噴槍，使噴槍不能正常使用，在清理時易使噴槍孔增大，運行中由于噴槍流量增大，槍頭不易堵，穩燃效果好，往往容易被人們接受。但噴槍噴量的增大如果超出了適當的范圍，在一些情況下就可能誘發爐內爆燃事故，噴槍出力過大，使廢丁烯醛不能完全霧化燃燒是威脅鍋爐安全運行的危險因素，因此要堅持定期進行噴槍的試投工作，發現噴量超限應及時解決處理。

4.發生主燃料跳閘后應注意立即檢查燃料的切斷情況，防止危險化學品廢丁烯醛在爐尾煙道積聚，再次點火可能發生煙道內可燃物再燃事故［7］。

5.可靠的火焰監視、滅火保護、爐膛壓力保護和爐膛吹掃等裝置，是鍋爐安全運行的基礎。

4 結束語

在同一臺循環流化床鍋爐上，當燃料品質改變時，它的床溫將發生波動，甚至低到熄火溫度。同時，爐膛燃燒空間明顯狹小，具有易燃、易爆的危險廢物積聚在爐膛內和爐尾處，當積聚的危廢到達爆炸極限時，會造成鍋爐的爆炸事故，含水量過高的危廢易造成鍋爐的結焦。這一事實表明，同一臺循環流化床鍋爐對燃料的適應性是有限度的［8］。

通常提及的循環流化床(CFB)鍋爐的燃料適應性好，主要是從鍋爐設計和選型考慮，而對于一臺已建成投產的循環流化床鍋爐，燃料的適用范圍是有限制的，也只是當燃料性質相近或相仿時才適合。對將危廢燃料熱能利用應從現有鍋爐的設計方面考慮流化床鍋爐燃料的適用范圍。

［1］ 駱仲渙，何宏舟，王勤輝.循環流化床鍋爐技術的現狀及發展前景［J］.動力工程，2004，24(6):761－768.

［2］ 閏順林，王冬生，李永華.鍋爐燃燒穩定性影響因素分析［J］.電站系統工程，2005，21(1):29 －31.

［3］ 陳俊，徐荻萍.流化床生物質鍋爐燃料適應性分析與改進［J］.節能，2012，(11):32 －35.

［4］ 鄧磊，王一坤，車得福.低濃度可燃廢氣作為輔助燃料在燃煤鍋爐中的應用研究［J］.熱能與動力工程，2010，25(3):287－292.

［5］ 賈傳凱.水煤漿水分對鍋爐燃燒的影響［J］.工業鍋爐，2008，(6):5－8.

［6］ Wang Buxuan，Li Tianduo，Wu Zhansong.Research on measuring the flame temperature distribution by engineering thermophysics，Using image processing technology［J］.Journal，1989，10(4):446 －448.

［7］ YOU CF，XUXC.Utilization of ventilation air－methane as a supplementary fuel at a circulating fluidized bed combustion boiler［J］.Environmental Science and Technology，2008，42(7):2 590 －2 593.

［8］ 岑可法，倪明江，駱仲渙，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行［M］.北京:中國電力出版社，1998.