重風型造氣吹風氣余熱回收裝置的應用

趙建華

(江蘇勁力化肥有限責任公司 江蘇大豐224100)

0 前言

江蘇勁力化肥有限責任公司2006年投產的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，造氣系統新增了8臺Φ2 650 mm造氣爐(共計16臺)，其中2臺造氣爐吹風氣及氨合成系統放空氣回收至原有吹風氣回收系統，仍有6臺造氣爐吹風氣、部分氨合成放空氣及弛放氣(三者簡稱廢氣)排空，造成資源浪費。為此，2007年10月投運了1套重風型造氣吹風氣余熱回收裝置，用于回收這部分氣體。該重風型造氣吹風氣余熱回收裝置采用上海化工設計院成熟專利技術，其中余熱鍋爐由鹽城鍋爐制造有限公司設計、制造、安裝。整套裝置實際投資900萬元，其中212萬元來自2007年中央財政獎勵補助資金。

1 吹風氣回收方案

6臺Φ2 650 mm造氣爐分屬2套造氣系統，配套合成氨產量為11.28 t/h，造氣爐系統出口吹風氣(260 ℃)總量平均為37 920 m3/h(標態)。經分析計算,合成系統放空氣通過中空纖維膜提氫及弛放氣通過等壓氨回收處理后，噸氨產生溫度為25 ℃的合成二氣量109 m3(標態) ，即回收處理后的合成二氣量為1 230 m3/h(標態)。 吹風氣和處理后合成二氣成分見表1。經過有關理論計算，該重風型吹風氣余熱回收裝置投運后將產生22.2 t/h蒸汽。

表1 吹風氣和處理后合成二氣成分(體積分數) %

根據現有合成氨生產裝置實際情況，決定采用上海化工設計院開發設計的新一代重風型上燃式蓄熱型燃燒爐，兩股造氣吹風氣從燃燒爐上部分別進入燃燒爐上層燃燒室，助燃氣及二次風、三次風分別從燃燒爐上部兩側燃燒器切向進入，不易著火的低溫吹風氣在蓄熱格子磚體的高溫下點燃并安全穩定燃燒，足夠的爐內停留時間及特殊的燃燒器結構設計，可保證燃燒效率達98%以上，同時燃燒爐頂部設置防爆板，下部錐體插入安全水封，沉降吹風氣中所夾帶的粉塵并防爆。

吹風氣余熱回收鍋爐選用水管余熱鍋爐，對流管束前5排采用厚壁管，并在煙氣進口側增設不銹鋼耐磨護瓦，保證余熱鍋爐長周期穩定運行；余熱鍋爐尾部設置空氣預熱器預熱空氣，煙氣溫度進一步降至180 ℃以下。

2 工藝流程及主要設備

2.1 工藝流程

重風型造氣吹風氣余熱回收裝置工藝流程見圖1。來自合成系統處理后放空氣及弛放氣通過防回火水封及分離器后從燃燒器中心管進入燃燒爐內燃燒，加熱蓄熱格子磚并維持溫度達900 ℃以上，向燃燒爐內送入造氣系統來的低溫吹風氣，在燃燒爐內與經過空氣預熱器預熱后的二次風相遇即達著火溫度，可實現低溫吹風氣自然助燃，即非預混燃燒；產生高溫煙氣通過余熱鍋爐與除氧的軟水進行換熱，副產1.6 MPa飽和蒸汽送至各用戶。降溫后的煙氣再進空氣預熱器預熱配風空氣，使煙氣溫度下降至180 ℃以下并送入煤球烘干系統，進一步利用煙氣余熱，溫度降至80 ℃以下的煙氣通過布袋除塵器處理后經引風機及煙囪達標排放。

圖1 重風造氣吹風氣余熱回收裝置工藝流程

2.2 主要設備

主要設備參數見表2。

表2 主要設備參數

2.3 裝置設計特點

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

(2)非預混燃燒工況，既不需要為實現預混而提高吹風氣的壓力，也不存在預混器本身的阻力，為燃燒爐系統低阻力的形成創造基本條件，因而燃燒爐系統本身可不設引風機。

(3)燃燒爐蓄熱格子磚體確保吹風氣著火的安全及穩定燃燒，并強化燃燒，使燃燒完全，同時利用格子磚體的蓄熱點火作用使低溫吹風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，即吹風氣在燃燒爐內上部燃燒、中部蓄熱、下部氣塵分離，使燃燒爐蓄熱功能較強、熱損失小、使用壽命長。

(5)設置防回火水封，主要起液封作用，以防止燃燒系統高溫氣體倒回可燃氣系統而發生爆炸；防爆水封主要起卸壓作用，防止設備及管路壓力過大時損壞而發生事故

(6)經吹風氣余熱回收裝置排出的煙氣用于烘干煤球，進一步提高余熱利用效率。

4 運行效果

根據有關節能審核期間測定數據，2009年 1-6 月生產1.6 MPa飽和蒸汽87 156 t，按年生產天數330 d、年固定資產折舊10%、軟水成本 1.3元/t (軟水放余量5%)、用電負荷120 kW、電價為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，則年生產 1.6 MPa 飽和蒸汽159 786 t；年折舊費為90萬元；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，年需電費為323 136元；年工資福利為120 000元。該裝置生產的蒸汽成本為9.77元/t。現有循環流化床鍋爐蒸汽成本120元/t，則年節約支出1 761萬元，投資回收期僅半年。

該裝置投運至今，除外工段的原因外，一直保持長周期安全穩定運行。該裝置實際運行參數與設計參數基本吻合，正常回收6臺造氣爐吹風氣及處理后合成放空氣和弛放氣，燃燒爐蓄熱層溫度穩定維持在900 ℃左右，余熱鍋爐平均產 1.6 MPa 飽和蒸汽20.2 t/h，年可節標煤15 109 t，效益相當可觀。