145t／d油污泥循环流化床锅炉及其运行.pdf

运行管理 1 4 5 t ／ d油污泥循环流化床锅炉及其运行 4 5 文章 编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 0 0 2 - 4 5 0 4 1 4 5 t ／ d油污泥循环流化床锅炉及其运行 赵连 勤 ， 刘建 国 1 ． 山东普利龙压力容器有限公司， 济南 2 5 0 0 3 2 ； 2 ． 上海交通大学机械与动力工程学 院， 上海 2 0 0 2 4 0 摘要 原油脱水 以及油 田和炼 油厂的污水处理 系统会排 出大量的含油污 泥 ， 从环境保 护 角度 出发 ， 必须进行无害化处理或综合利用 。山东胜利 油 田采用流化床 焚烧技术 实现 了危 险污 染物油污泥的无害化 、 减量化、 资源化处理 ， 解决环境污染问题 。详细介绍了 1 4 5 t ／ d油污泥流 化床焚烧处理设备的技术特点和流化床焚烧锅炉的设计参数和运行特点。 关键 词 油污泥 ； 焚烧处理 ； 流化床 中图分 类号 T K 2 2 9 ． 6 6 文献标识码 B 1 4 5 t ／d Oi l y S l u d g e CFB Bo i l e r a n d I t s Op e r a t i o n Z HA0 L i a n q i n 。 L I U J i a n g u o 1 ．S h a n d o n g P u l i l o n g P r e s s u r e V e s s e l C o ．L t d ， J i n a n 2 5 0 0 3 2， C h i n a ； 2 ． S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， C h i n a 第 一 作 者 赵 连 勤 1 9 6 7一 ， 工 程 师 ， 本科 ， 1 9 9 2年毕业 于 内蒙 古 工 学 院材 料 系焊接专业， 主要从 事锅 炉 压 力 容 器 设 计和焊接 工艺 ， 现 任 山东 普 利 龙 压 力 容 器有 限公 司 总工 程 师 。 Abs t r ac t La r g e a mo u n t s o f o i l y s l u dg e i s g e n e r a t e d d u r i n g t he c r u d e o i l e x p l o i t a t i o n a nd i t s pr o e e s s i n g a c t i v i t i e s ．Fr o m t h e pe r s p e c t i v e o f e n v i r o n me nt p r o t e c t i o n， di s p o s a l o f t h e o i l y s l u d ge i s ne c e s s a r y，d u e t o t he i r a d v e r s e i mpa c t o n h u ma n h e a l t h a n d e nv i r o n me n t ．Ha r ml e s s t r e a t me n t o f o i l y s l ud g e ha v e be e n a c t u a l i z e d i n Sh e n g l i Oi l F i e l d b y u s i n g a c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d c o mb u s t i o n t e c h n o l o g y，t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e fl u i d i z e d b e d i n c i n e r a t i o n t r e a t me n t e q ui pme n t o f o i l y s l u dg e a r e d e s c r i be d，t he d e s i g n p a r a me t e r s a n d s t ruc t u r e o f o ne 1 4 5 t ／d c i r c u l a t i ng flu i d i z e d b e d C F Bb o i l e r a r e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s o i l y s l u d g e； i n c i n e r a t i o n t r e a t m e n t ；fl u i d i z e d b e d 0 引 言 含油污泥主要产生于油 田和炼油厂。 目前油 田 开采大部分是采用早期注水保持地层压力 的方法。 随着油 田的深度开采 ， 采出油 中含水量越来越高， 因 而， 在进行原油脱水中， 原油脱水罐 、 贮油罐 、 污油罐 等底部存在大量含油污泥 ， 同时 ， 在油 田、 炼油厂 的 附属污水处理场 如隔油池、 浮选油 、 曝气池等 也 存在大量的污泥 。这些污泥既造成原油损失 ， 也是 石油生产的主要污染源之一 ， 每年需支付数额甚大 的污染赔偿费。以石油勘探开发业 为例 ， 每年将有 近百万吨的油泥 、 油砂产生 。据有关 资料介绍 ， 胜利油田每年产生该种污染物约 1 5万 吨。东营市 环保局根据国务院 排污费征收使用管理条例 制 订的 排污费征收标准管理办法 ， 每吨油泥砂收取 高达 1 0 0 0 吨的排 污费 ， 如果 严格 按此规 定执 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 0 7 行 ， 仅胜利油 田每年将缴纳高达 1 ． 5亿元的排污费， 不仅环境污染严重 ， 还增大 了企业的运行成本 ， 压力 越来越大 。寻求科学可靠的油泥砂处理技术迫在眉 睫。 1 目前 国内外含 油污泥处理技术现状 对 含油污泥进行无害化处理 ， 一直是 国内外环 境保护界和石油企业界的工作难点之一。 目前含油 污泥的处理途径 主要有化学碱洗 、 萃取 、 固化处理 、 焚烧 、 干化 、 深井 回注、 土地耕作处理 、 强化机械分离 及污泥综合利用等 ， 。几种常用的含油污泥处理 技术 的对比见表 1 。从表 1可以看出焚烧法虽然投 资及运 行 成本 较 高 ， 但 在 资 源化 、 无 害化及 减 量 容 化等方面与填埋 和堆肥法相 比具 有不可 比拟 的优点 。具体为 1 消毒彻 底。污泥经焚烧处理 后 ， 燃烧 过程 中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求 ， 无害化程度高。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 0年第 2期 总第 1 2 0期 2 减容效果好 。污泥 焚烧后 ， 其 中的可燃 质 被高温分解燃烧 ， 水分蒸发排人 大气 ，可节约大量 的填埋场地 3 有利于实现油污泥资源化利用 。油污泥燃 烧产生的高温烟气 ， 其热能可被锅炉受热 面吸收转 化为水蒸气 内能 ， 可用来进行发电或供热 。 4 处理效率高。油污泥从进入焚烧 炉到燃烧 完全只需要几分钟 ， 处理速度快。 5 不受气候条件影响。焚烧处理可以实现全 天候操作 ， 不受气候影响。 6 发展前景好 。随着 国家对环保要求的 日益 严格 ， 焚烧法的优势将逐渐显现 ， 焚烧处理被看作是 最有效的处理手段之一。 表 1 几种常用的含油污泥处理技术 主要 的污泥焚烧炉型有旋转窑焚烧 炉 R K F 、 机械炉排 焚烧 炉 、 流化 床焚烧炉 F B F 、 耙式多层 多段 焚烧炉 MH F 等。对于旋转窑焚烧炉 、 机械 炉排焚烧炉和耙式多层 多段 焚烧炉， 由于燃烧方 式本身的特点 ， 在处理污泥过程 中这些燃烧方式的 燃烧效率往往较低 ， 焚烧不彻底 ， 容易产生难 闻的挥 发性气体 ， 污染周 围大气环境。流化床内物料混合 运动剧烈 ， 气 固相混 合均匀 ， 对燃 料品质波动不敏 感 ， 其他锅炉中难以燃烧的燃料 ， 例如 ， 劣质无烟煤 、 泥炭 、 链条炉渣 、 木屑、 塑料 、 垃圾 、 市政污泥等 ， 都可 以 在流化床内得到很好的燃尽 。另外 ， 采用流化床 处理技术 ， 还 可以实现炉 内脱硫 ， 氮氧化 物生成量 少 ， 有害气体生成易于在炉 内得到控制 ， 是新一代清 洁焚烧技术 ， 可实现以较 低的运行成本对废物进行 资源化洁净利用 ， 极具发展前景。 2 油污泥流化床焚烧处理 方法 基于当前国内油污泥的处理现状和油 田生产的 环境压力 ， 山东胜利油 田联合上海交通大学吸收循 环流化床设备的成功设计经验和研究成果 ， 借鉴 流化床市政污泥焚烧 的成功技术 ， 提出了采用流 化床焚烧处理油污泥的方法 ， 该技术主要包含三 项核心技术以实现油污泥的循环流化床洁净焚烧 1 采用油污泥泵送系统及油污泥蒸汽粒化床 上给料技术 ， 实现油污泥颗粒团在床 内的均匀给料 ； 2 采用石英砂 为床 料的弄密度流化床技术 ， 实现油污泥团在流化床 内的流化燃烧 ； 3 采用组合式旋涡分离器 内循环燃烧技术 ， 实现油污泥颗粒团的循环燃烧和挥发分燃尽。 锅炉工作时， 通过设在炉膛上部的蒸汽粒化给 料装置将 由管道 输送过 来的油污泥粉 碎成 0～3 0 m m团块均匀地投入到炽热流化床内。床料 由一定 粒度配 比的石英砂 脱硫时混入石灰石 构成 ， 床层 温度在 8 5 0～ 9 5 0℃。油污泥 团在炽热 流化床料的 高强度加热作用下迅速完成水分析 出、 挥发分析 出 和着火及焦炭燃烧等过程 ， 并在流化状态下被进一 步破碎为更细的颗粒。密相区内未燃尽挥发分随向 上的热炯气流进入稀相区继续燃烧。在燃烧室出口 设有漩涡分离 回输装置 ， 绝大部分被热 烟气带出炉 膛的床料和油污泥颗粒 团被分离器分离 、 捕捉 ， 然后 通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室底部密 相区。这样 。 既减少了床内物料的损失， 又实现了油 污泥颗粒的循环燃烧。未燃尽的挥发分在分离器内 与烟气剧烈混合 ， 在高温环境下迅速燃尽 ， 从而获得 了高的燃烧效率 ， 油污泥分解 释放 的有害烃类在此 被彻底燃烧 。流化床运行温度控制在 8 5 0～ 9 5 0℃ 的范围内， 有效地控制热力型 N O 的形成和避免炉 内结焦 。媒体物料中的石灰石在流化床运行温度下 煅烧生成 C a O， 与烟气 中的 S O ， 反应生成 C a S O ， 从 而抑制 S O ，的排放 ， 以实现油污泥的无害化处理。 2 ． 1 燃料特性和流化床锅炉设计参数 设计燃料 为罐底油污泥和水煤浆 ， 其工业分析 和元素分析见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 运行管理 1 4 5 t ／ d油污泥循环流化床锅炉及其运行4 7 用 自行编制 的 C F B锅炉热力计算通用程 序对 1 4 5 t ／ d油污泥流化床焚烧锅炉进行热力计算 ， 各级 受热面出 口烟气温度 、 工质温度和受热面吸热量如 表 2 ， 设计参数见表 3 。 表 2 1 4 5 t ／ d油污 泥流 化床焚烧锅炉热力计算汇 总表 表 3 锅炉及辅机的主要参数 2 ． 2流 化床 焚烧 锅炉 结构 锅炉结构见 图 2， 锅炉采用双锅筒 横置式 自然 循环方式 ， 上锅筒 中心标高 8 9 0 0 m m， 炉膛上联箱 标高 8 5 3 0 r n m。燃烧室内 自下而上分为 梯形布风 板 ， 锥形断面密相 区， 稀相 区； 炉膛 出 口设有组合式 高温旋涡分离器 ， 在分离器后布置有一级过热器 ， 之 后是对流管束和尾部对流竖井。 图 2 1 4 5 t ／ d油污泥循环流化床锅炉结构 1 一 基础2 ． 布风装置3 一 密相区受热面4 一 惰性床 料人 口 5 - C WS 入 口 6 一 油污泥入 口7 一 水冷壁8 一 过热器 9 一 对流段1 0 一 省煤器1 1 一 组合式旋涡分离器 1 2 一 二 次风管1 3 一 出口烟道 3 处理效果 国内首台 1 4 5 t ／ d油污泥焚烧装置 已在胜利油 田成功运行 ， 每年处理油污泥约 5万吨 ， 锅炉效率达 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 0年第 2期 总第 1 2 0期 8 3 ％ ～8 6 ％ ， 每年可为胜利发电厂提供蒸汽约 1 4万 吨 ， 实现税前净收入为 3 6 1 ． 8万元 ， 为油田节省排污 费用约 4 5 0 0万 ； 焚烧后的灰分符合 国家二级土壤 标准 ； 烟气中的 N O 和 S O 的平均排放浓度分别为 1 6 5 m g ／ N m 和 1 5 5 mg ／ N m ， 符合国家危险废物焚 烧污染物控制标准 ， 彻底解决油 田油污泥的环境污 染问题 ， 使油田的清洁生产和经济效益得到统一 。 由于油污泥含灰量较高 ， 可达 8 0 ％ ， 额定工况 下每天生产大约 6 5 t 灰 ， 因此烟气 中的飞灰浓度很 高 ， 原始 飞灰排放 浓度达 到 1 0 6 8 4 0 mg ／ N m 。因 此 ， 烟气中飞灰的分离 由两级分离器来完成 ， 第一级 为旋风分离器 ， 第二级为布袋分离器。第一级旋风 分离器的布置主要是为了减轻布袋分离器的负荷 ， 采用布袋分离器作为二级分离器则可以使烟尘排放 水平满足严格的烟尘排放标准 ， 布袋分离器的分离 效率高于 9 9 ． 9 5 ％ ， 炯尘排放浓度大约为 3 4 m g ／ N m ， 低于我国当前的烟尘排放标准 5 0 m g ／ N m 。由于烟 气除尘系统复杂， 锅炉配套辅机也与常规锅炉的选 择有较大区别 ， 具体参数见表 3 。 4 结论 含油污泥处理难度大， 目前 已成为油田环保领 域的突出问题之一。从综 合利用 的技术现状来看 ， 其处理技术大部分只停留在堆置、 掩埋 或回填 及 制砖等较低层次上 ， 缺少具有高附加值的深度处理 ， 上接第 4 4页 主 ， 燃烧调整为辅。燃烧不稳时 ， 以调整燃烧为主， 调整减温水为辅。 汽温调节 方法 调节 减温水量 ； 调整一二 次风 量 ； 在正常范围内调节炉膛负压的大小 ， 但不可用大 幅度调节炉膛负压 的方法来调节汽温和蒸汽流量 。 2 结束语 循环流化床锅炉的平衡是一个动态平衡 ， 影响 循环流化床锅炉运行 的因素很多 ， 文章针对影 响循 环流化床锅炉运行 的几个重要而常见的问题进行具 体分析 ， 详细地论述 了引起工况异常的原因和它们 的调节方法 ， 提出了 自己在 工作 中总结 出来 的方法 从长远观点来看 ， 回收污油综合利用污泥是实现减 量化 、 无害化和资源化 的有效途径 。针对我 国油 田 实际 ， 采用流化床处理油 污泥为危险污染物油 污泥的无害化 、 资源化利 用开辟 了一条新 的途径 。 该技术主要优点为 处理工艺简单 ， 处理成本低 ； 低 温燃烧 ， 可实现炉内直接脱硫 ， 能够抑制 S O ， 的排放 和抑制热力型 N O 的生成与排放 ； 对 油污泥水分 、 热值波动的适应性好 ； 操作简单维修方便。新型流 化床油污泥焚烧锅炉的开发应用将使油 田的清洁生 产和经济效益得到统一。疆 参考 文献 [ 1 ] 赵东风， 赵朝成， 路帅． 焦化法处理含油污泥工艺流程研 究[ J ] ． 环境科学研究， 2 0 0 0 ， 1 3 2 5 55 7 ． [ 2 ] 刘 晓娟 ， 刘静 ， 张宁生． 油气 田污 泥无害化 处理途径 探讨 [ J ] ． 油气田环境保护， 2 0 0 4 ， 1 4 2 3 2 3 5 ． [ 3 ] 刘玉丽．油田含油污泥焚烧处理技术及设备研究[ J ] ． 石 油与天然气化 工 ， 2 0 0 5 ， 3 4 5 4 2 6 4 2 8 ． [ 4 ] 姜秀民 ， 马玉 峰 ， 于立军 ， 等． 水 煤浆 流化 悬 浮高效 洁净 燃烧技术研究 与应用 [ J ] ． 化学工程 ， 2 0 0 6 ， 3 4 1 6 2 6 5． [ 5 ] 李晓东 ， 黄 国权 ，李爱 民 ， 等 ． 异重 流化床垃 圾焚烧 技术 的试验研究[ J ] ． 动力工程， 1 9 9 8 ， 1 8 6 2 l一 2 5 ． [ 6 ] 姜秀民． 油污泥的异密度循环流化床燃烧处理方法[ P ] ． 中国发明专利 ， C N 2 0 0 4 1 0 0 8 9 3 0 4 ． 6 ， 2 0 0 5 ． 0 6 ． 0 8 ． 和见解。隧 参考文献 [ 1 ] 朱 国桢 ， 徐 洋． 循环 流化床 锅 炉设计 与计 算 [ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 4 ， l 1 ． [ 2 ] 孙伟． 循环流化床锅炉过程控制 [ M] ． 北京 中国矿业大 学 版社 ， 2 0 0 2 ， l 1 ． [ 3 ] 徐秀青 ， 徐 向华 ． 循环 流化 床锅 炉原理 及其 设计 和运行 中的若干 问题 [ J ] ． 动力丁程 ， 1 9 9 5 6 ． [ 4 ] 路春 美 ， 程世 庆 ， 王 永征 ． 循环 流 化床 锅 炉设 备 与运 行 『 M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 3 ， 9 ． [ 5 ] 吕俊复， 等． 循环流化床锅炉运行与检修 [ M] ． 北京 中 国水利水 电出版社 ， 2 0 0 3 ， 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m