我公司“18·30”项目吹风气回收装置设计浅谈

梁明超

（山西兰花科创田悦化肥分公司，山西阳城 048102）

山西兰花科创田悦化肥分公司是于2007年10月建成投产的一家中型煤化工企业，生产能力为一套独立的年产180kt合成氨、300kt尿素、副产10kt甲醇的装置。为达到提高企业经济效益和明显改善厂区环境的目的，配套实施了两套规模相同的造气吹风气余热回收工程。

1 设计概况

1.1 造气工段主要设备及生产状况

造气工段建有φ2 650～φ2 800mm的煤气发生炉16台，C600型空气鼓风机6台，每4台炉配用1台空气鼓风机，正常生产时4开2备，采用山西无烟块煤为原料制取半水煤气，年生产合成氨180kt。合成放空气经膜分离提氢后的尾气与贮槽弛放净氨尾气混合，一道送吹风气余热回收装置助燃。

1.2 设计规模

根据煤气炉的产气量计算，正常生产时最多开13～14台炉，按全部回收14台φ2 650～φ2 800mm造气炉吹风气量的规模设计，两套装置平均回收14台造气炉的吹风气（即每套装置回收7台造气炉的吹风气量），都采用φ6 500mm燃烧炉配Q60／900—25—2.45／280余锅机组回收余热流程。

1.3 产汽品位

副产p＝2.45MPa、t＝280℃过热蒸汽，并入中压蒸汽管网，供尿素生产用。

2 设计基础数据的确定

2.1 吹风气流量及组成

根据所提供的造气工况，经元素平衡计算，送入单套装置的吹风气平均流量为42 000m3／h，组成如表1。

表1 吹风气流量及组成

2.2 合成二气流量及组成

送单套吹风气装置的合成放空提氢尾气与贮槽弛放净氨尾气流量取1 000m3／h，具体组成如表2。

表2 合成二气组成及流量

2.3 吹风气、合成二气、软水温度

吹风气平均温度300℃，合成二气为常温，供本装置软水温度100℃。

3 系统烟气流量及组成

经物料平衡（物料平衡表略）计算，本装置的平均烟气流量为60 000m3／h，组成如表3。

表3 烟气流量及组成

燃烧炉出口烟气温度为900℃，平均副产2.45MPa、280℃过热蒸汽24t／h，系统排烟温度≤160℃。

4 工艺及流程说明

4.1 低温吹风气燃烧的基本条件

（1）创造一个高温的燃烧环境。

众所周知，如果低温吹风气（小于400℃）因温度低于其可燃组分的着火温度（650℃），就不能直接送入助燃二次空气让其燃烧，否则不但不能燃烧，反而要发生破坏性爆炸事故。

本设计使低温吹风气安全燃烧的核心，是创造并保持一个有适当容积的高温（800～950℃）燃烧环境（空间）——蓄热型燃烧炉（以下简称燃烧炉），让低温的吹风气（低热值）和二次空气进入该高温燃烧环境后瞬间迅速提高到600℃以上，燃烧放出化学反应潜热，保持燃烧炉内的高温燃烧环境。离开燃烧炉的高温烟气，再由后面的余热锅炉回收热量，产生蒸汽。即燃烧与取热必须分开，为两个独立的设备，保持燃烧炉内的高温环境，不降低燃烧炉内的温度，从而实现低温吹风气的连续安全燃烧和热量回收。适当容积的燃烧空间，是指与生产规模相匹配的燃烧空间，并非越大越好。过大了，散热损失也大，投资也大，适得其反。

（2）引入助燃气燃烧，提高和保持燃烧炉内的高温燃烧环境。

由于低温吹风气（温度250～350℃）燃烧后放出的化学潜热，尚不能将烟气温度提高到750℃以上（称750℃为安全燃烧温度），为此，引入10～14MJ／m3的高热值助燃气体送入燃烧炉燃烧，使燃烧炉内温度保持在800～950℃的高温状态，其主要作用是创造并保持一个高温燃烧环境。

（3）预热二次风空气，以此来提高和保持燃烧炉内的高温燃烧环境。

利用引风机前的低温烟气余热将常温的二次风空气预热至150℃以上，然后送入燃烧炉助燃，以此来提高燃烧炉的温度，同时烟气温度也降至160℃以下再排入烟囱。但是，如果吹风气温度小于250℃，其可燃组分含量也较低，合成二气已提氢，数量和热值减少，余热锅炉又用低压锅炉（或者余热锅炉的富余能力较大），离开锅炉的烟气温度比较低，二次风空气的预热温度也低于150℃，在以上等等因素的影响下，就有必要设置中温空气预热器或者设置高温空气预热器，将初步预热至150℃的二次风空气进一步预热至350℃或者400℃，甚至更高，让其将热量带回燃烧炉，保持燃烧炉内的高温燃烧环境，实现低温吹风气的连续安全燃烧而回收其潜热。虽然此法是用高温热量在打循环，会增加一些散热损失和一台设备的投资，但这是必要和十分安全可靠的好措施。

总而言之，只有保持燃烧炉内的高温（800～950℃）环境，维持热量平衡，才能实现低温吹风气的连续安全燃烧，反之将带来严重的不良后果。

4.2 工艺流程简述

来自造气的300℃低温吹风气经旋风除尘器进一步除尘后，与第二空气预热器来的400℃二次风空气混合后进入燃烧炉燃烧。与此同时，合成二气与第一空气预热器来的200℃二次风空气混合后也进入燃烧炉燃烧，生成的高温烟气依次经过第二空气预热器、余热锅炉（含过热器）、软水加热器、第一空气预热器换热后，经引风机抽送到烟囱放空。

除氧软水经过软水加热器温度由100℃提高到200℃，送入水管式余热锅炉，所产蒸汽经蒸汽过热器，并入中压蒸汽管网，供尿素生产用。

二次风机来的空气，经第一空气预热器加热到200℃分为两路，一路经第二空气预热器进一步提温至400℃与吹风气混合燃烧，另一路与合成二气经混燃器混合至燃烧炉燃烧。

工艺流程示意如图1。

图1 工艺流程示意说明：①为吹风气压力；②为吹风气配二次风压力；③为合成二气压力；④为合成二气配二次风压力；⑤为烟气压力；⑥为总二次风压力；⑦为过热蒸汽压力；⑧、⑨为软水压力

5 有关设备设计参数

（1）旋风除尘器 φ2 200／φ3 300×13 500mm

（2）弛放气缓冲罐 φ3 000×1 000mm，P 1.6MPa，V70m3

（3）安全水封、分离器 φ1 600×1 600× 10mm，P5 000Pa

（4）燃烧炉壳体 φ6 500×21 000×12mm（锥顶、锥底，直筒体高15m）

（5）第二空气预热器

烟气

流量60 000m3／h，压力±100Pa，入口温度900℃，出口温度850℃。

空气

流量16 900m3／h，压力5 000Pa，入口温度200℃，出口温度400℃。

传热面积45m2。

（6）余热锅炉（含蒸汽过热器）

烟气

流量60 000m3／h，压力±100Pa，入口温度850℃，出口温度350℃。

蒸汽

压力2.45MPa，温度280℃。

补充软水温度200℃，锅炉正常产汽量24t／h。

选用Q60／900—25—2.45／280型余热锅炉，产汽量25t／h，烟气流量60 000m3／h，传热面积1 182m2。

蒸汽过热器传热面积14m2。

（7）软水加热器

烟气

流量60 000m3／h，压力±1 200Pa，入口温度350℃，出口温度190℃。

软水

流量26.25t／h，入口温度100℃，出口温度200℃。

传热面积1 050m2。

（8）第一空气预热器

烟气

流量60 000m3／h，压力±1 500Pa，入口温度190℃，出口温度160℃。

空气

入口温度 常温，出口温度200℃，流量22 000m3／h，压力6 500Pa。

传热面积683m2。

（9）二次空气风机

型号 9—26.NO11.2D

风量 24 126～36 189m3／h

全压 7 747～7 009Pa

配电机 Y315s

N 110kW

转速 1 450r／min

（10）引风机

型号 Y4－73NO18D

风量 121 830～169 910m3／h

全压 2 908～2 790Pa

配电机 Y355－6

N 200kW

转速 960r／min

6 技术特性

（1）燃烧炉采用锥底和锥顶的结构，具有其独到之处。

本燃烧炉设计采用锥顶结构，它比相同直径、相同筒体高度的平顶结构燃烧炉，燃烧空间和停留时间长20%以上，其负荷也就相应提高20%以上。锥顶结构的燃烧炉，能将炉顶及炉顶内衬的重力落入钢壳来支承，再传到基础，使得炉顶和炉墙都不容易倒塌或出现裂缝，十分安全可靠。

锥底结构燃烧炉又比相同直径、相同筒体高度的平底结构燃烧炉，有更大的燃烧空间。在整体结构上，燃烧炉的重力全部落在筒体周边的环形混凝土梁上，使得锥底不承受重力，因此可以大大节省炉底和基础的材料，而且安全可靠。

（2）燃烧炉内衬质量好

内衬质量好，不产生裂缝，就能保证设备长周期安全运行，同时又是提高燃烧炉内温度及烟气出炉温度的最有效办法，否则，将会有安全隐患。热量从裂缝传出炉外，也增大了散热损失。本内衬设计采用预留膨胀缝措施，能避免产生裂缝，膨胀缝内填满硅酸铝纤维材料，热量不能从缝中传到炉外，从而大大提高了保温效果和安全性能。

（3）采用新型的蓄热砖体排列方式

新型的蓄热砖体排列方式，既能保证可燃气体和助燃气体（空气）多次反复混合接触，着火燃烧和烧尽，同时又能消除积灰堵塞，达到长周期运行的良好效果。

（4）选用新型结构的燃烧器

新型结构的燃烧器，能使可燃气体和助燃空气更好地混合燃烧，而燃烧器自身也经久耐用，不易烧坏。

（5）要求换热设备有较好的密封性能

锅炉、软水加热器、空气预热器等外购换热设备，要求±150mmH2O压力（1mmH2O柱＝9.8Pa）时不漏烟气。否则，由于引风机的抽吸，会使大量冷空气吸入系统，将大大降低烟气温度，也就降低了热量回收效果。

7 技术经济指标

（1）助燃气气量 1 000m3／h

（2）产汽量 24t／h

（3）燃烧炉外壁温升≤45℃，炉内温度800～1 000℃

（4）烟气中烟尘含量≤100mg／m3，CO≤0.3%，O2＝2%～6%

8 结 语

此方案是根据我公司的实际情况而设计的，就原设计思想分析，在技术上是完全成熟的。该装置自2008年元月开车以来，运行稳定，各项指标均能保持在规定范围之内，基本上达到了设计的预期目的，为我公司的节能降耗和减少环境污染起到了重要作用。