吹風氣鍋爐燃料系統的改造及效果

姜桂明，房 一，楊洪生

(魯西化工集團股份有限公司 山東聊城 252211)

固定層間歇式氣化技術制備原料氣，在我國中小型合成氨裝置中應用比較廣泛，吹風氣鍋爐作為與固定層間歇式氣化技術配套設備，既回收了造氣過程中的吹風氣，又可將產生的蒸汽用于合成氨生產，達到了節能降耗的目的。目前，國家有關部門已將固定層間歇式氣化技術列入限制類技術，越來越多的企業采用更加先進的氣化技術替代傳統的固定層間歇式氣化技術[1-3]。隨著固定層間歇式氣化裝置的停運，吹風氣鍋爐面臨燃料短缺問題，將含有碳氫化合物的廢氣及有機廢液作為燃料送至吹風氣鍋爐中的燃燒爐內燃燒，成為一種解決上述問題的重要方法[4-5]。本文將具有燃燒價值的尾氣及有機廢液作為燃料送至吹風氣鍋爐中的燃燒爐，并對吹風氣鍋爐的噴槍系統進行相應的技術改造，確保吹風氣鍋爐可以同時處理兩相流體。通過改造，既充分利用了現有設備，又處理了生產過程中產生的廢氣和廢液，達到了節能降耗的目的。

1 吹風氣鍋爐燃料系統改造前工藝概述

吹風氣鍋爐除了回收固定層間歇式造氣爐吹風階段的吹風氣，還回收合成系統放空氣經變壓吸附(PSA)裝置提氫后的解析氣，這些可燃氣體經過止逆水封及水分離設備后，配入一定量的高溫空氣，經吹風氣鍋爐氣體分布器分別進入燃燒爐、燃燼爐內燃燒，產生的高溫煙氣依次經過余熱鍋爐(過熱器、蒸發器)、中溫空氣預熱器、省煤器、水加熱器、低溫空氣預熱器、布袋除塵器除塵后，由引風機引出，經煙囪排入大氣中。吹風氣鍋爐燃料系統改造前工藝流程見圖1。

2 吹風氣鍋爐燃料系統改造方案的分析與討論

因粉煤加壓氣化技術與固定層間歇式氣化技術的不同，原固定層間歇式氣化技術后續的脫硫工段、變換工段及變脫工段已不適用現有的工藝條件及流程，目前采用寬溫耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗等先進技術制備產品氣和精煉氣。隨著固定層間歇式氣化裝置及后續脫碳工段停運，無法提供造氣爐吹風階段的吹風氣，吹風氣鍋爐因燃料短缺面臨停運問題，因此僅分析討論吹風氣鍋爐燃料系統的改造。

2.1 燃料來源

2.1.1 氣體燃料來源

近年來，魯西化工集團股份有限公司(以下簡稱魯西化工公司)通過大力調整產品結構，已實現企業從化肥向化工、從基礎化工向化工新材料的轉型，并形成了煤化工、鹽化工、氟硅化工及化工新材料的產業鏈條。通過對魯西化工公司生產裝置尾氣成分的分析，結合魯西化工公司的實際情況，提出了將具有回收燃燒價值的甲酸、甲酸鈉、液氮洗和多元醇裝置的尾氣，通過設計的復合式噴槍送至吹風氣鍋爐的燃燒爐內燃燒的方案，相關尾氣中的主要成分見表1，具體適用的工藝流程見圖2中虛線部分。

表1 尾氣主要成分及含量

2.1.2 液體燃料來源

魯西化工公司多元醇裝置中的預精餾塔塔頂排出的輕組分主要包括丁醛、辛烯醛、戊烯醛、己醛等，精餾塔塔底排出的主要是丁醇、辛醇和大量重組分，塔頂輕組分和塔底重組分被送入廢液灌后形成了含有醛、醇及其聚合物的有機廢液。根據魯西化工公司實際生產情況，暫時將有機廢液通過復合式噴槍送至吹風氣鍋爐的燃燒爐內進行燃燒，相關廢液的主要成分見表2，適用工藝流程見圖3中虛線部分。

表2 多元醇裝置混合有機廢液主要成分及含量

2.2 燃料系統噴槍設計

傳統用于處理液體和氣體的燃燒爐噴槍具有較大的局限性，僅限于處理某一相流體，對于兩相流體只能通過增加噴槍數量來解決，且液體噴槍噴出的流體物料分散效果差、處理能力有限，影響噴槍的噴射效果及處理效率。

為解決上述問題，魯西化工公司設計了一種適用于兩相流體的復合式噴槍，其具有噴射效果好、處理效率高等優點。復合式噴槍包括第1管道、第2管道和第3管道，且各管道的直徑依次增大，第2管道套設在第1管道的外面，第3管道套設于第2管道的外面。

第1管道的端部設置有第1管道噴頭，并在第1管道噴頭上設有若干第1軸向通孔；每個第1軸向通孔的外側端部設計成喇叭狀擴徑結構，喇叭狀擴徑結構的側壁為弧形。

第2管道的端部設置有第2管道噴頭，且第2管道噴頭包括頭部和本體部。本體部設于第2管道與所述頭部之間，頭部與第1管道的外壁之間密封設置，且頭部上均布有若干個第2軸向通孔，每個第2軸向通孔的外側端部設計成喇叭狀擴徑結構，喇叭狀擴徑結構的側壁為弧形；本體部為中空結構，其側壁上均布有若干個徑向通孔，每個徑向通孔的外側端部設計成喇叭狀擴徑結構，喇叭狀擴徑結構的側壁為弧形。

第3管道的端部設置有第3管道噴頭，第3管道噴頭上設有至少兩圈環形布置的通孔，其中一圈通孔軸向設置，另一圈通孔相對于第3管道的軸線向同一側傾斜。

第1管道、第3管道與尾氣燃料連接；第2管道與有機廢液液體燃料連接。

采用同一噴槍實現了有機廢液和廢氣的均勻混合，并實現了兩相流體的輸送，有效提高了廢液的霧化效果。另外，復合式噴槍通過螺紋連接方式與燃燒爐設備本體相連，便于更換清理噴槍，復合式噴槍結構示意見圖4～圖10。

2.3 吹風氣鍋爐燃料系統改造后工藝流程概述

吹風氣鍋爐燃料系統改造后的燃料分為氣體燃料和液體燃料，氣體燃料通過復合式噴槍的第1管道、第3管道輸送，液體燃料通過復合式噴槍的第2管道輸送。復合式噴槍位于燃燒爐中、下部位置[6]，分別設置2臺和1臺復合式噴槍。

液氮洗裝置尾氣、甲酸裝置尾氣、甲酸鈉裝置尾氣分別通過安裝有止回閥的管道進入與燃燒爐中部本體相連接的復合式噴槍中，且上述兩種尾氣的復合式噴槍水平對置排布；多元醇裝置尾氣、PSA提氫后的解析氣經過止逆水封及水分離器后，進入與燃燒爐下部本體相連接的復合式噴槍中；有機廢液在氮氣管網壓力下經過濾器、止回閥后進入復合式噴槍的第2管道，再經第2管道噴頭的分散、霧化，并在第1管道、第3管道噴頭尾氣的沖擊、碰撞和旋流作用下形成細小液滴，分散于廢氣中。通過噴槍系統輸入燃料的同時，配入一定量高溫空氣進入燃燒爐中。吹風氣鍋爐燃料系統改造后的工藝流程見圖11。

3 吹風氣鍋爐燃料系統改造后運行效果

吹風氣鍋爐燃料系統改造投資少、工期短，從燃料系統改造后的運行情況來看，達到了預期效果，主要體現在以下兩方面。

3.1 吹風氣鍋爐蒸汽產量

吹風氣鍋爐燃料系統改造前，吹風氣鍋爐回收吹風氣和PSA提氫后的解析氣，單臺鍋爐回收上述氣體氣量分別約為38 000、470 m3/h(標態)，每小時可產2.54 MPa、360 ℃的過熱蒸汽量為19.4 t；吹風氣鍋爐燃料系統改造后，吹風氣鍋爐回收PSA提氫后的解析氣、甲酸和甲酸鈉裝置尾氣、液氮洗裝置尾氣、多元醇裝置尾氣和多元醇裝置有機混合廢液，單臺鍋爐回收上述燃料量分別約為470、860、600、400 m3/h(標態)及1 200 kg/h，每小時可產2.54 MPa、360 ℃的過熱蒸汽量為17.8 t。

3.2 系統工藝運行指標

吹風氣鍋爐燃料系統改造后主要指標實測值見表3。

表3 吹風氣鍋爐燃料系統改造后主要指標實測值

4 結語

通過對吹風氣鍋爐燃料系統的改造，尤其是對吹風氣鍋爐噴槍的改造，不僅回收了園區部分裝置產生的具有燃燒價值的尾氣和有機廢液，而且最大限度地利用了現有工藝流程和設備，既減輕了環保壓力，又達到了節能降耗的目的。此次燃料系統的成功改造，有利于企業在市場競爭中處于優勢地位，同時為國內化工企業進行同類型的技術改造提供了經驗。