1、文章编号：（）：形燃化工废气锅炉的设计收稿日期：邓龙强，吴健成，何 珦，徐 红，徐子逸 （浙江特富发展股份有限公司，浙江 海宁）摘 要：介绍了一种满足化工工艺工况要求的 形废气焚烧锅炉。通过采用低氮旋流燃烧器和绝热炉膛焚烧的方式，保证废气中的有机物燃烧完全；通过设置内部装有可调节挡板的锅壳式余热锅炉及辅助燃烧器，实现在不同负荷下的 脱硝温度均能在 以上，低氮燃烧器协同烟气再循环、和，实现烟气的低氮排放。关键词：化工废气；绝热燃烧；烟管中图分类号：文献标识码：第一作者：邓龙强（），高级工程师，工学学士，毕业于西安交通大学锅炉专业，长期从事锅炉设计开发及节能工作。，（，）：，：；前言随着中国经济的
2、快速发展，人们对环境的要求越来越高，在寻找传统化石能源替代燃料的同时，也在强化环保要求、。近些年来，陆续有燃制革废液锅炉、酒精废液锅炉、化纤企业废水锅炉问世。化工厂的废液废气种类成分复杂，有各种烷烃类、苯乙烯、二甲胺、氨气、等。化工厂的废液、废气能够通过锅炉进行高效燃烧、热量回收利用、协同烟气净化达标排放，从而变废为宝，是锅炉行业技术的一大进步。石油化学工业污染物排放标准对化学工业废气的排放制定了严格的规范。化工废液、废气燃烧的首要问题是烧好、烧干净，然后再是能源回收。化工生产中的废气随季节波动较大，甚至一天内也会有较大的波动，所以设计一种既满足废气产量波动，又能完全燃烧并洁净排放的工艺技术，
3、是一项长期而艰巨的任务。形燃化工废气锅炉及工艺流程化工废气焚烧处理的工艺流程和 形锅炉结构分别如图 和图 所示，燃料成分及特性参数如表 所示。燃烧器布置在绝热炉膛顶部，采用顶喷燃烧模式，燃料通过管道进入燃烧器阀组，由阀组调节后进入燃烧器在绝热炉膛内燃烧，通过烟气再循环控制炉膛出口烟气温度在 左右。燃烧完全的烟气经 转弯水平进入锅壳式余热锅炉，经换热后，出口烟气温度约为 ，由于燃料中含有二甲胺和氨气，燃烧过程中除了形成热力型氮氧化物之外，还会形成燃料型氮氧化物，经计算发现仅采用低氮燃烧器和 脱硝的方式难以满足排放要求，因此在烟管余热锅炉后设置一级 催化脱硝装置。烟气完成脱硝后，进入蒸发器和省煤器
4、，进行烟气余热深度回收，经换热后省煤器出口处烟气温 形燃化工废气锅炉的设计度为 ，再经过布袋除尘、引风进入烟囱。从布袋除尘器进口处抽取 的烟气回到炉膛进行烟气再循环，以降低 生成。图 化工废气焚烧处理工艺流程图燃烧器 绝热炉膛 锅壳式余热锅炉 脱硝烟道 蒸发器 省煤器 锅筒图 形燃废气锅炉结构示意图 形燃化工废气锅炉的设计表 废气成分及特性参数成分体积浓度压力 流量（）温度 碳五烃碳六烃苯乙烯 二甲胺 氨气 氮气 形燃化工废气锅炉的设计 锅炉基本参数（）锅炉废气处理量：（）锅炉烟气量：（）锅炉蒸发量：（）蒸汽压力：（）蒸汽温度：（）给水温度：燃烧系统设计由于燃料参数波动较大，低氮排放要求较高，
5、为提高调节性能，本设计采用双燃烧器分级低氮燃烧技术，具体布置见图。主燃料由顶部两台经特殊设计的低氮燃烧器送入，每台低氮燃烧器均布置有离子棒火焰探测器与观火孔，其中一台低氮燃烧器作为主燃烧器，另一台作为辅助燃烧器，主燃烧器上设置点火器与长明火。两台低氮燃烧器之间设置有烘炉燃烧器，烘炉燃料采用废气。炉膛周向有 套环形布置的分级风 烟气再循环喷口，实现废气燃尽空气分级降低燃烧区温度三重效果。整个燃烧系统通过风量的配比形成不同区域富氧 缺氧燃烧条件，保证低氮燃烧效果。图 燃烧器布置示意图废气燃烧器结构如图 所示，由安装在中心位置的天然气喷枪、多级废气喷枪以及带旋流器 孔板的多层空气通道组成。该结构可有
6、效混合燃料与助燃空气，并在燃烧器前端形成一定大小的回流区域，保证火焰稳定，这对于燃料量频繁波动的情况是有利的。由于废气喷嘴均匀分布在燃烧器四周，可在确保燃尽率的同时降低氮氧化物排放。图 燃烧器结构示意图炉膛周向的 套环形布置的分级风 烟气再循环喷口采用分级风耦合烟气再循环的方式。其中喷口内侧为分级风，外侧为再循环烟气。在燃料热值较高、流量较大的情况下开大烟气再循环阀门，进一步降低氧量浓度和抑制 生成量。在燃烧系统安全控制方面，设计了多重安全联锁保护装置。燃烧系统共配备 个火焰探测器以及多个废气 空气压力开关，其中 个离子棒火焰探测器分别布置在顶部 台低氮燃烧器上，个紫外线火焰探测器布置在炉膛侧
7、边，当两个及以上火焰探测器无信号或者废气 空气压力超出设计范围时，切断废气开关阀。由于废气流量波动大，而为了保证在各工况下均能充分燃烧，焚烧炉炉膛尺寸按最大负荷设计，这导致炉膛出口烟气温度在超低负荷下有可能无法满足标准要求，因此在每台燃烧器上还设计了辅助天然气喷枪，当废气流量低于临界值时，自动打开辅助燃烧器，同时自动调整 台燃烧器的风量。同时为了适应不断变化的废气流量和废气热值，炉膛尾部设置氧化锆氧量计实时监测尾部烟气的氧量，根据氧量自动调节风量，控制燃烧空燃比，保证充分燃烧。绝热焚烧炉的设计绝热炉膛通过底部 个水泥墩支撑在地面，整 形燃化工废气锅炉的设计体向上膨胀。炉膛采用内保温结构，结构示
8、意如图 所示。炉膛内保温浇筑总厚度为 ，最内侧采用 厚抗剥落耐火砖，然后是一层 的莫来石轻质浇注料、一层 的莫来石轻质砖、一层 的硅酸铝纤维毯，壳体采用 厚度钢板。在炉膛温度大于 时，确保壳体外壁温度小于 。绝热炉膛的尺寸保证烟气在炉膛内停留时间超过 ，以确保废气中有机物的燃尽。相比于炉膛采用不锈钢抓钉、浇筑耐火浇注料，采用砌砖结构的绝热炉膛更经济且不易开裂。锅壳式余热锅炉与蒸发器、省煤器的设计余热锅炉采用锅壳式锅炉结构，结构如图 所示，壳体规格为 ，壳体及管板材质为，换热烟管规格为 的管子，材质为，换热管通过胀焊连接方法固定在前后管板之间。每根换热管的进口布置瓷套管，可有效防止由于焊口腐蚀及
9、进口流速过快而导致的泄漏和磨损。图 炉膛保温结构示意图烟气进口 前管板 壳体 烟管 后管板 烟气出口 可调节烟气挡板图 锅壳式余热锅炉结构示意图 为保证不同负荷时，余热锅炉出口温度都能达到 以上的脱硝温度要求，在锅壳锅炉设置了可调的烟气短路系统，即烟管区中部布置一根 的无缝钢管，管子尾部设置可调节式烟气挡板，调节板采用 材料。高负荷时，调节板关闭，在低负荷时，调节烟气挡板开度，开启烟气短路系统，部分高温烟气通过 管道直接进入尾部，保证 脱硝的温度要求。烟气经 脱硝后，通过水平烟道首先进入蒸发器，蒸发器采用管箱结构，管箱垂直支撑在底部钢架上，垂直往上膨胀。管箱内部受热面为螺旋鳍片管结构，由上下集
10、箱和中间受热面管子组成。上集箱固定在管箱顶部，并能相对滑动。下集箱通过管片支吊向下膨胀，管箱两侧、顶部和底部均采用护板密封。管箱分为 个管组，每个管组纵向 排管子。每个下集箱均布置有排污疏水点，各集箱与锅筒通过下降管、上升管相连形成自然循环回路。螺旋鳍片管错列布置，底部进口集箱及顶部出口集箱侧布置密封板，进出口管口处与密封板接口处采用小膨胀节密封以吸收进出口管口膨胀。烟气通过蒸发器后进入省煤器，省煤器受热面结构与蒸发器相同，省煤器管组之间串联，给水从省煤器最后一组管组进水，依次向前流动进入各组受热面，与烟气逆流换热，完成换热后进入锅筒。蒸发器和省煤器管箱底部均布置有吊装运输包装架，考虑到运输限
11、制，管箱需要侧面卧倒运输，吊 形燃化工废气锅炉的设计装时再转向，故对于此管箱的制造、运输和吊装必须谨慎。两管箱之间留出检修空间，管箱侧面设有人孔门。工艺系统的优点（）高负荷时控制炉膛出口烟气温度大于 ，同时保证低负荷时燃料的燃烧温度大于，控制烟气在炉膛内的停留时间大于 ，确保燃料的燃尽，同时确保有机烃类排放达到要求。（）采用绝热炉膛结构，保证低负荷时炉膛燃烧温度，并尽量减少天然气的补燃量。（）采用双燃烧器结构，低负荷时，只需一个燃烧器运行，保证低负荷时燃料的稳定燃烧。（）炉膛采用负压燃烧，防止烟气的泄漏。（）余热锅炉采用锅壳烟管结构，尾部蒸发器和省煤器采用管箱结构，此三大件均在厂内整装出厂，现
12、场直接就位，减少现场的焊接工作量，有利于加快项目进度，同时确保受压元件的焊接质量。（）在余热锅炉中部设置了可调的烟气短路系统，在低负荷时，开启烟气短路系统，部分烟气直接进入尾部，保证 脱硝工艺所需的温度。（）采用尾部烟气再循环进入炉膛，降低炉膛燃烧温度，减少 生成。结语本文综合论述了一种 形燃化工废气锅炉的设计，采用绝热燃烧，多种负荷协同调节、匹配的多重低氮脱除方法有机结合，化工废气焚烧后非甲烷总烃排放可小于 ，苯乙烯小于 ，颗粒物小于 ，氮氧化物小于 ，废气焚烧各项指标低于设计排放值，满足了化工工艺废气完全燃尽、热量回收以及稳定达标排放的要求。参考文献王海林，张国宁，聂磊，等我国工业 减排控制与管理对策环境科学，（）：王铁宇，李奇锋，吕永龙我国 的排放特征及控制对策研究环境科学，（）：范高峰，王少静，常思捷燃制革废液流化床锅炉的开发设计工业锅炉，（）：宋军政 全烧酒精废液锅炉的设计能源技术，（）：吴相科 化纤企业废水焚烧炉余热锅炉设计与研究大连理工大学：吴健成，马建炳，陈佳洛，等 挥发性有机化合物余热锅炉的设计工业锅炉，（）：王海林，聂磊，李靖，等重点行业挥发性有机物排放特征与评估分析科学通报，（）：（上接第 页），（）：俞伟锋，夏新兴，王宏伟 废弃物绞绳及轻渣的处置与回用中华纸业，（）：，（）：，：，：，：，：，（），：，（）：，：，（）：，：，：形燃化工废气锅炉的设计
