重風(fēng)型造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的應(yīng)用

趙建華

(江蘇勁力化肥有限責(zé)任公司 江蘇大豐224100)

0 前言

江蘇勁力化肥有限責(zé)任公司2006年投產(chǎn)的120 kt/a合成氨、200 kt/a尿素裝置采用以煤為原料固定層間歇制氣工藝技術(shù)，造氣系統(tǒng)新增了8臺(tái)Φ2 650 mm造氣爐(共計(jì)16臺(tái))，其中2臺(tái)造氣爐吹風(fēng)氣及氨合成系統(tǒng)放空氣回收至原有吹風(fēng)氣回收系統(tǒng)，仍有6臺(tái)造氣爐吹風(fēng)氣、部分氨合成放空氣及弛放氣(三者簡(jiǎn)稱廢氣)排空，造成資源浪費(fèi)。為此，2007年10月投運(yùn)了1套重風(fēng)型造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置，用于回收這部分氣體。該重風(fēng)型造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置采用上?；ぴO(shè)計(jì)院成熟專利技術(shù)，其中余熱鍋爐由鹽城鍋爐制造有限公司設(shè)計(jì)、制造、安裝。整套裝置實(shí)際投資900萬(wàn)元，其中212萬(wàn)元來(lái)自2007年中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)助資金。

1 吹風(fēng)氣回收方案

6臺(tái)Φ2 650 mm造氣爐分屬2套造氣系統(tǒng)，配套合成氨產(chǎn)量為11.28 t/h，造氣爐系統(tǒng)出口吹風(fēng)氣(260 ℃)總量平均為37 920 m3/h(標(biāo)態(tài))。經(jīng)分析計(jì)算,合成系統(tǒng)放空氣通過(guò)中空纖維膜提氫及弛放氣通過(guò)等壓氨回收處理后，噸氨產(chǎn)生溫度為25 ℃的合成二氣量109 m3(標(biāo)態(tài)) ，即回收處理后的合成二氣量為1 230 m3/h(標(biāo)態(tài))。 吹風(fēng)氣和處理后合成二氣成分見(jiàn)表1。經(jīng)過(guò)有關(guān)理論計(jì)算，該重風(fēng)型吹風(fēng)氣余熱回收裝置投運(yùn)后將產(chǎn)生22.2 t/h蒸汽。

表1 吹風(fēng)氣和處理后合成二氣成分(體積分?jǐn)?shù)) %

根據(jù)現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置實(shí)際情況，決定采用上?；ぴO(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的新一代重風(fēng)型上燃式蓄熱型燃燒爐，兩股造氣吹風(fēng)氣從燃燒爐上部分別進(jìn)入燃燒爐上層燃燒室，助燃?xì)饧岸物L(fēng)、三次風(fēng)分別從燃燒爐上部?jī)蓚?cè)燃燒器切向進(jìn)入，不易著火的低溫吹風(fēng)氣在蓄熱格子磚體的高溫下點(diǎn)燃并安全穩(wěn)定燃燒，足夠的爐內(nèi)停留時(shí)間及特殊的燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可保證燃燒效率達(dá)98%以上，同時(shí)燃燒爐頂部設(shè)置防爆板，下部錐體插入安全水封，沉降吹風(fēng)氣中所夾帶的粉塵并防爆。

吹風(fēng)氣余熱回收鍋爐選用水管余熱鍋爐，對(duì)流管束前5排采用厚壁管，并在煙氣進(jìn)口側(cè)增設(shè)不銹鋼耐磨護(hù)瓦，保證余熱鍋爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行；余熱鍋爐尾部設(shè)置空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，煙氣溫度進(jìn)一步降至180 ℃以下。

2 工藝流程及主要設(shè)備

2.1 工藝流程

重風(fēng)型造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置工藝流程見(jiàn)圖1。來(lái)自合成系統(tǒng)處理后放空氣及弛放氣通過(guò)防回火水封及分離器后從燃燒器中心管進(jìn)入燃燒爐內(nèi)燃燒，加熱蓄熱格子磚并維持溫度達(dá)900 ℃以上，向燃燒爐內(nèi)送入造氣系統(tǒng)來(lái)的低溫吹風(fēng)氣，在燃燒爐內(nèi)與經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后的二次風(fēng)相遇即達(dá)著火溫度，可實(shí)現(xiàn)低溫吹風(fēng)氣自然助燃，即非預(yù)混燃燒；產(chǎn)生高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱鍋爐與除氧的軟水進(jìn)行換熱，副產(chǎn)1.6 MPa飽和蒸汽送至各用戶。降溫后的煙氣再進(jìn)空氣預(yù)熱器預(yù)熱配風(fēng)空氣，使煙氣溫度下降至180 ℃以下并送入煤球烘干系統(tǒng)，進(jìn)一步利用煙氣余熱，溫度降至80 ℃以下的煙氣通過(guò)布袋除塵器處理后經(jīng)引風(fēng)機(jī)及煙囪達(dá)標(biāo)排放。

圖1 重風(fēng)造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置工藝流程

2.2 主要設(shè)備

主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要設(shè)備參數(shù)

2.3 裝置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)采用非預(yù)混燃燒技術(shù)，與傳統(tǒng)預(yù)先混合燃燒工藝相比，既能保證燃燒爐內(nèi)可燃物燃燒完全，又能保證有效控制燃燒爐各部位安全溫度。

(2)非預(yù)混燃燒工況，既不需要為實(shí)現(xiàn)預(yù)混而提高吹風(fēng)氣的壓力，也不存在預(yù)混器本身的阻力，為燃燒爐系統(tǒng)低阻力的形成創(chuàng)造基本條件，因而燃燒爐系統(tǒng)本身可不設(shè)引風(fēng)機(jī)。

(3)燃燒爐蓄熱格子磚體確保吹風(fēng)氣著火的安全及穩(wěn)定燃燒，并強(qiáng)化燃燒，使燃燒完全，同時(shí)利用格子磚體的蓄熱點(diǎn)火作用使低溫吹風(fēng)氣可以不依賴合成二氣額外助燃。

(4)采用上燃式的燃燒方式，即吹風(fēng)氣在燃燒爐內(nèi)上部燃燒、中部蓄熱、下部氣塵分離，使燃燒爐蓄熱功能較強(qiáng)、熱損失小、使用壽命長(zhǎng)。

(5)設(shè)置防回火水封，主要起液封作用，以防止燃燒系統(tǒng)高溫氣體倒回可燃?xì)庀到y(tǒng)而發(fā)生爆炸；防爆水封主要起卸壓作用，防止設(shè)備及管路壓力過(guò)大時(shí)損壞而發(fā)生事故

(6)經(jīng)吹風(fēng)氣余熱回收裝置排出的煙氣用于烘干煤球，進(jìn)一步提高余熱利用效率。

4 運(yùn)行效果

根據(jù)有關(guān)節(jié)能審核期間測(cè)定數(shù)據(jù)，2009年 1-6 月生產(chǎn)1.6 MPa飽和蒸汽87 156 t，按年生產(chǎn)天數(shù)330 d、年固定資產(chǎn)折舊10%、軟水成本 1.3元/t (軟水放余量5%)、用電負(fù)荷120 kW、電價(jià)為0.34元/(kW·h)、操作人員年工資福利30 000元/人、裝置定員為4人計(jì)，則年生產(chǎn) 1.6 MPa 飽和蒸汽159 786 t；年折舊費(fèi)為90萬(wàn)元；軟水用量為167 775 t，年軟水成本為218 108元；年用電量為950 400 kW·h，年需電費(fèi)為323 136元；年工資福利為120 000元。該裝置生產(chǎn)的蒸汽成本為9.77元/t?，F(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐蒸汽成本120元/t，則年節(jié)約支出1 761萬(wàn)元，投資回收期僅半年。

該裝置投運(yùn)至今，除外工段的原因外，一直保持長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合，正?；厥?臺(tái)造氣爐吹風(fēng)氣及處理后合成放空氣和弛放氣，燃燒爐蓄熱層溫度穩(wěn)定維持在900 ℃左右，余熱鍋爐平均產(chǎn) 1.6 MPa 飽和蒸汽20.2 t/h，年可節(jié)標(biāo)煤15 109 t，效益相當(dāng)可觀。