固碱生产装置熔盐炉系统的改造.pdf

14蒸发与固碱Chlor-Alkali Industry2023年9 月Sep.2023No.9第9 期第5 9 卷Vol.59业碱氯固碱生产装置熔盐炉系统的改造马立民*，王明军，宋雅静（内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司，内蒙古乌兰察布0 12 3 14）【关键词固碱；熔盐炉；电石炉气；脱硝【摘要】介绍了固碱生产装置熔盐炉燃料由煤改为电石炉气的措施，并对改造前后运行效果进行了对比中图分类号 TQ114.268文献标志码 B文章编号10 0 8-13 3 X(2023)09-0014-04Renovation of the molten salt furnace system for solid caustic soda production unitMA Limin,WANG Mingjun,SONG Yajing(Inner Mongolia Yidong Group Dongxing Chemical Co.,Ltd.,ulanqab 012314,China)Key words:solid caustic soda;molten salt furnace;calcium carbide furnace flue gas;denitrificationAbstract:The measures to change the fuel of the molten salt furnace for the solid caustic sodaproduction unit from coal to carbide furnace gas were introduced,and operational effects before and afterthe change were compared.内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司（以下简称“东兴化工”）是内蒙古伊东集团的全资子公司，成立于2 0 10 年11月，是内蒙古自治区推动区域协调发展、支持乌兰察布市工业升级的重点项目，地处内蒙古乌兰察布市卓资县旗下营镇，主要生产装置规模为6 0 万ta电石、3 2 万t/a烧碱、3 0 万t/a电石法PVC、10 万t/aPVC糊树脂、3 万/a三氯乙烯、100万t/a水泥（与唐山冀东水泥合作）及配套的公用工程系统，其中3 2 万/a烧碱装置于2 0 12 年12月3 1日一次性顺利开车。东兴化工在不断发展壮大的同时，为了节能减耗、降低员工劳动强度、提高安全生产系数、优化员工工作环境,对烧碱装置生产中存在的一些不足进行了一系列技术改造,取得了一定的成效。东兴化工于2 0 2 0 年对熔盐炉加热系统进行了技术改造，原工艺为锅炉燃煤对熔盐进行加热，改造后用电石炉气作为燃料对熔盐加热。改造后不改变固碱装置产能，充分利用电石车间排放的电石炉气，具有较好的环境效益和经济效益。1原有熔盐循环、熔盐炉加热工艺及存在的问题1.1以煤为燃料的熔盐炉的加热工艺初始开车，熔盐经中压蒸汽熔化后，用熔盐泵输送至熔盐炉加热至2 40 再送至降膜浓缩器，部分熔盐经熔盐泵输送至闪发罐，在下碱管道和9 8.6%（质量分数，下同）熔融碱换热后回熔盐槽，再由熔盐泵送至熔盐炉进行加热，往复循环。用装载机将原煤加人煤料斗中，由炉排调速箱匀速传动通过分层布煤器将原煤均匀分布到链条炉排上，燃烧量由炉排速度调节，在炉排速度不能完成调节任务时，通过调节煤层厚度实现燃烧量调节。燃料在燃烧室火床上燃烧，产生的热量以热辐射和对流的方式由炉管传递给熔盐；燃烧后的煤渣进入燃烧室尾部的煤渣斗，在刮板出渣机的作用下输送到炉体外，再由皮带输送机输送到室外。熔盐炉燃料为煤的固碱生产工艺流程如图1所示。【作者简介】马立民（19 6 8 一），男，化学工程专业，从事氯碱工作3 4年，现任内蒙古伊东集团东兴化工有限责任公司总经理。收稿日期 2 0 2 2-0 8-1815马立民等装置熔盐炉系统的改造第9 期蒸发与固碱籽煤50%碱燃料斗降膜蒸发器降膜浓缩器闪蒸罐熔盐泵熔盐炉煤渣斗出渣机60.1%碱泵熔盐槽室外分离装置片碱机包装机图1熔盐炉燃料为煤的固碱生产工艺流程图Fig.1Process flow of solid soda in the case of using coal as the fuel of molten salt furnace1.2存在的问题(1)燃煤熔盐炉在上煤过程中，会产生大量粉尘，对生产环境造成了极大的污染，同时还会增加司炉人员得尘肺职业病的概率；在上煤过程中，炉排卡住、炉排片断裂、出渣机卡住时要求及时停炉处理，设备维修频次高，影响产品产量和质量。（2)原出渣系统由2 台刮板出渣机和1台皮带机组成，设备故障率高，维修频次高，且煤渣无法收集干净，煤渣还需专人拉运、处理，化工废料煤渣影响环境的同时增大了员工的工作强度，且存在较大的安全隐患（3）在原煤燃烧过程中，对生产用煤也有很高的要求，需要低硫高挥发煤，这种煤在市场上价高且不易得，因挥发分高，燃烧时易产生未燃尽的碳，产生“黑烟”；如控制不好炉排速度，也可能会导致燃料燃烧不完全，排渣中、出口烟气中含碳量都会超标，造成资源浪费和环境污染。（4)以煤为燃料的熔盐炉，利用烟气的对流与热辐射对熔盐进行升温，烟气中含有大量的灰尘，这些灰尘会附着在内外盘管上，影响换热效果，须定期搭架子（约18 m高）对盘管炉灰进行清理，工作强度大，且存在安全隐患。而且只能对内盘管进行清理，久而久之降低了设备的换热效率,增加设备运行负荷,增加煤耗。2熔盐炉燃料为电石炉气的固碱工艺2.1工艺介绍固碱装置：一部分5 0%（质量分数，下同）的碱经泵输送到预浓缩器，提浓至6 0.1%后进人最终浓缩器；浓缩器热量由2 台熔盐炉提供，浓缩为9 8%的融熔碱后自流至切片机，切片冷却后包装。片碱经包装机装袋、称重后由皮带机送至缝袋工序，最后送至固碱库储存。燃气炉：低温熔盐经熔盐泵送入熔盐炉中加热至固碱装置工艺要求的温度，熔盐炉采用底烧形式，通过燃烧器燃烧电石炉气产生的热量对盘管中的熔盐进行加热。电石炉气经加压机加压送至燃烧器前，并保证压力在17 3 0 kPa；中途经煤气水封及煤气分离器，除去电石炉气中大部分水及焦油，降低燃烧后烟气排放指数；燃烧后产生的烟气经一级空气预热器预热进入燃烧器的空气后，进人脱硝反应器。进脱硝反应器前，2 5%的氨水经氨水输送泵加压输送至喷头，雾化后进入烟气管道与烟气充分混合。脱硝反应温度为3 2 0 3 5 0。经脱硝后的烟气进人二级空气预热器预热空气，由引风机抽出排至烟卤。工艺条件：熔盐炉进口熔盐温度3 7 0 410，熔盐炉出口熔盐温度40 0 43 5，熔盐炉出口熔盐温度最高45 0，熔盐炉下外盘管温度3 7 0 42 5162023年业碱氯蒸发与固碱，出熔盐炉烟气温度3 6 0 45 0，电石炉气压力1730kPa。烟气排放符合GB1558120161要求：烟气排放质量浓度限值为颗粒物2 0 mg/m、二氧化硫5 0 mg/m、氮氧化物12 0 mg/m。鼓风机为熔盐系统送人燃烧所需的清洁空气，引风机将系统中的烟气抽出排至烟窗。保证熔盐炉系统平衡通风，炉膛为微负压。熔盐炉空管预热升温：将熔融状态下的熔盐通过熔盐泵输人熔盐炉前，须对炉体内炉管进行预热，防止熔盐在炉管内凝固。空管预热由专门设置的燃烧程序进行控制，以满足整个炉管温度均匀达到200220的要求。当燃烧器正常、熔盐炉状态正常，一旦有某个点的温度超过上限设定值时，就自动向燃烧器发命令停止空管预热；当盘管温度回到上限设定值以下时，才能启动燃烧器。同时要满足全部点的温度均在上限设定值以下时，燃烧器喷嘴才能工作。空气预热器：空气预热器是利用强化传热技术，将烟气剩余的热量用于加热助燃空气温度，为燃烧提供高温助燃空气，为燃料的及时着火和完全充分燃烧提供保证，提高系统热效率，降低燃料耗量。空气预热器采用管壳式结构，空气走壳程，烟气走管程。脱硝工艺：烟道烟气进人SCR脱硝系统进行氮氧化物脱除后，进人空气预热器回收利用余热。引出的烟气与设置在SCR反应器进口管道中的喷氨格栅喷出来的氨气在静态混合器里进行充分混合后，从SCR反应器进口进入，经过烟气均流过滤器进行黏性颗粒物过滤，防止黏性颗粒物沉积在下游催化剂表面使催化剂活性降低或堵塞。烟气均流过滤器可拆卸，清洗后循环使用，从而节约投资。烟气经过均流板进入SCR反应区与中低温催化剂进行SCR脱硝反应，脱除NO,后的烟气从SCR反应器出口出去。2 3%氨水由锅炉加氨区送至脱硝模块中的氨水输送泵，经氨水输送泵加压后送至喷头，作为脱硝的反应剂。处理完成的烟气中氮氧化物质量浓度100 mg/m。脱硝主要反应方程式如下：4NH,+4NO+O2-4N2+6H,0,4NH,+2NO,+O,3N,+6H,0。以电石炉气为燃料的熔盐炉的工艺流程如图2所示。熔盐炉熔盐去最终浓缩器熔盐来自最终浓缩器燃烧器熔盐泵级空预器熔盐槽二级空预器氨水脱硝反应器万输送泵点火天然气来自天然气罐鼓风机氨水输送泵烟肉电石炉气引风机8加压机分离器电石炉气水封烟气来自熔盐炉25%氨水来自公用工程压缩空气来自公用工程图2以电石炉气为燃料的熔盐炉的工艺流程图Fig.2Process flow of molten salt furnace with carbide furnace gas as fuel2.2优势（1）工艺流程简化，热空气与电石炉气按固定比值在燃烧器内进行燃烧，大大降低了电石炉气在燃烧器内积聚的危险系数，控制参数减少，人员操作量减少，运行更加稳定；设备机泵减少的同时可降低巡检人员数量（减少了8 名操作人员，降低了生产成本），降低人员操作的不安全因素，减少维修频次，从而提高了产品质量、产量及安全生产系数。（2)电石炉气的回收利用大大降低了电石车间炉气的资源浪费，电石炉气中粉尘质量浓度在15 0200g/m,粉尘、硫化物、氮氧化物的排放超出了国家标准。电石炉气组分：CO,70%8 5%；H 2，5%12%;CH4,1%5%;C02,2%5%;焦油,微量。可燃气体比原煤更能燃烧完全，燃烧后烟气中含粉尘约为0.10 mg/m,尾气的燃烧和利用，极大降低有害气体对生产环境的污染，优化了员工工作环境。17编辑：董红果马立民等装置熔盐炉系统的改造第9 期蒸发与固碱（3）降低多余电石炉气的燃烧排放，能实现企业内部燃料的自给自足，降低企业生产成本，获得更多经济效益。3技改前后能耗对比技改前后用电设备对比如表1所示，吨碱消耗对比如表2 所示，吨碱消耗费用对比如表3 所示，表1技改前后相关用电设备Table1Electric equipment before and after technical innovation技改前技改后序号设备名称规格型号及数量规格型号及数量1水膜除尘水泵离心式，电动机功率7.5 kW,80KFJ-38，4台2炉排调速器外形尺寸12 0 0 0 6 0 0 0 2 5 0 0，电动机功率4kW，2 台3刮板出渣机锚链式MCB-15T,VF112M-4,电动机功率4kW,4台4分层布煤器Y2-112M-6,电动机功率2.2 kW,2台5平皮带机PDII-B500,电动机功率4kW,2台6鼓风机G4-73No.10D,风压3 2 8 7 Pa，电动机功率5 5 kW,2台风压7.5 kPa，电动机功率7 5 kW2台7引风机Y5-47-12No.14D,风压5 0 0 0 Pa，电动机功率16 0 kW,2台风压4.5 kPa，电动机功率9 0 kW，2 台表2 技改前后消耗对比Table2Comparison of consumption before and after technical innovation技改前技改后名称单线年耗量单价备注名称单线年耗量单价备注籽煤28 000t680元/1 t98%碱耗煤0.2 8 t电石炉气25 570 000 m30.28元/m31198%碱年平均单耗2 5 5.7 m3电力1 893 600 kW h0.42元/(kWh)只算本次技改相应的设备电力1320000kWh0.42元/(kWh)只计算本次技改相应的设备上煤28 000 t3.4元/包含煤渣拉运氨水720t1260元/1 t98%碱年平均消耗0.0 0 7 2 m表3 技改前后吨碱消耗费用对比Table3Comparison of consumption and cost per ton ofsoda before and after technical innovation元技改前技改后项目消耗费用项目消耗费用煤190.4电石炉气71.5968名操作人员工资5.76装载机和煤渣运输0.952氨水9.072设备用电7.953设备用电5.544合计205.065合计86.212节约成本118.853由表1和表3 可以看出：技改后大大降低了设备、机泵的投资，降低了操作人员的操作频次，减少了操作人员数量，出现操作失误及操作危险的频率降低，技改后吨碱消耗费用减少118.8 5 3 元。4技改前后烟气排放量对比技改前后烟气排放量对比如表4所示，表4技改前后烟气排放量对比Table4Comparison of flue gas emission beforeand after technical innovation对比项颗粒物/（mg/m）二氧化硫/（mg/m）氮氧化物/（mg/m）标准要求2050120技改前193.11183.7415.86技改后0.10.065 1105效果评价电石炉气的利用，缩短且简化了操作流程，大幅度降低了设备投资费用和维修费用，节约能耗，更有利于安全生产管理，表现在以下几个方面。（1)极大降低了设备、机泵的投资，减少了维护费用，减少了维修频次，提升了生产的稳定性，保证系统高效运行，减少设备、机泵的同时也降低了厂房占地面积和建筑成本。（2）工艺流程简化，控制参数减少，人员操作量减少，运行更加稳定，同时可降低巡检人员数量及操作，提高了安全生产系数。（3)电石炉气的利用减少了对生产环境的污染，优化了员工工作环境。（4)实现固碱消耗电石炉气燃料的自给，降低生产成本。6结语以上升级改造项目已完成，在后期安全生产运行过程中，证明改造大大降低了烧碱装置的生产成本，并为设备的安全运行提供了有力保障参考文献1】环境保护部科技标准司.烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准：GB15581-2016S.北京：中国环境科学出版社,2 0 16.