重风型造气吹风气余热回收装置的应用

赵建华

(江苏劲力化肥有限责任公司 江苏大丰224100)

0 前言

江苏劲力化肥有限责任公司2006年投产的120 kt/a合成氨、200 kt/a尿素装置采用以煤为原料固定层间歇制气工艺技术，造气系统新增了8台Φ2 650 mm造气炉(共计16台)，其中2台造气炉吹风气及氨合成系统放空气回收至原有吹风气回收系统，仍有6台造气炉吹风气、部分氨合成放空气及弛放气(三者简称废气)排空，造成资源浪费。为此，2007年10月投运了1套重风型造气吹风气余热回收装置，用于回收这部分气体。该重风型造气吹风气余热回收装置采用上海化工设计院成熟专利技术，其中余热锅炉由盐城锅炉制造有限公司设计、制造、安装。整套装置实际投资900万元，其中212万元来自2007年中央财政奖励补助资金。

1 吹风气回收方案

6台Φ2 650 mm造气炉分属2套造气系统，配套合成氨产量为11.28 t/h，造气炉系统出口吹风气(260 ℃)总量平均为37 920 m3/h(标态)。经分析计算,合成系统放空气通过中空纤维膜提氢及弛放气通过等压氨回收处理后，吨氨产生温度为25 ℃的合成二气量109 m3(标态) ，即回收处理后的合成二气量为1 230 m3/h(标态)。 吹风气和处理后合成二气成分见表1。经过有关理论计算，该重风型吹风气余热回收装置投运后将产生22.2 t/h蒸汽。

表1 吹风气和处理后合成二气成分(体积分数) %

根据现有合成氨生产装置实际情况，决定采用上海化工设计院开发设计的新一代重风型上燃式蓄热型燃烧炉，两股造气吹风气从燃烧炉上部分别进入燃烧炉上层燃烧室，助燃气及二次风、三次风分别从燃烧炉上部两侧燃烧器切向进入，不易着火的低温吹风气在蓄热格子砖体的高温下点燃并安全稳定燃烧，足够的炉内停留时间及特殊的燃烧器结构设计，可保证燃烧效率达98%以上，同时燃烧炉顶部设置防爆板，下部锥体插入安全水封，沉降吹风气中所夹带的粉尘并防爆。

吹风气余热回收锅炉选用水管余热锅炉，对流管束前5排采用厚壁管，并在烟气进口侧增设不锈钢耐磨护瓦，保证余热锅炉长周期稳定运行；余热锅炉尾部设置空气预热器预热空气，烟气温度进一步降至180 ℃以下。

2 工艺流程及主要设备

2.1 工艺流程

重风型造气吹风气余热回收装置工艺流程见图1。来自合成系统处理后放空气及弛放气通过防回火水封及分离器后从燃烧器中心管进入燃烧炉内燃烧，加热蓄热格子砖并维持温度达900 ℃以上，向燃烧炉内送入造气系统来的低温吹风气，在燃烧炉内与经过空气预热器预热后的二次风相遇即达着火温度，可实现低温吹风气自然助燃，即非预混燃烧；产生高温烟气通过余热锅炉与除氧的软水进行换热，副产1.6 MPa饱和蒸汽送至各用户。降温后的烟气再进空气预热器预热配风空气，使烟气温度下降至180 ℃以下并送入煤球烘干系统，进一步利用烟气余热，温度降至80 ℃以下的烟气通过布袋除尘器处理后经引风机及烟囱达标排放。

图1 重风造气吹风气余热回收装置工艺流程

2.2 主要设备

主要设备参数见表2。

表2 主要设备参数

2.3 装置设计特点

(1)采用非预混燃烧技术，与传统预先混合燃烧工艺相比，既能保证燃烧炉内可燃物燃烧完全，又能保证有效控制燃烧炉各部位安全温度。

(2)非预混燃烧工况，既不需要为实现预混而提高吹风气的压力，也不存在预混器本身的阻力，为燃烧炉系统低阻力的形成创造基本条件，因而燃烧炉系统本身可不设引风机。

(3)燃烧炉蓄热格子砖体确保吹风气着火的安全及稳定燃烧，并强化燃烧，使燃烧完全，同时利用格子砖体的蓄热点火作用使低温吹风气可以不依赖合成二气额外助燃。

(4)采用上燃式的燃烧方式，即吹风气在燃烧炉内上部燃烧、中部蓄热、下部气尘分离，使燃烧炉蓄热功能较强、热损失小、使用寿命长。

(5)设置防回火水封，主要起液封作用，以防止燃烧系统高温气体倒回可燃气系统而发生爆炸；防爆水封主要起卸压作用，防止设备及管路压力过大时损坏而发生事故

(6)经吹风气余热回收装置排出的烟气用于烘干煤球，进一步提高余热利用效率。

4 运行效果

根据有关节能审核期间测定数据，2009年 1-6 月生产1.6 MPa饱和蒸汽87 156 t，按年生产天数330 d、年固定资产折旧10%、软水成本 1.3元/t (软水放余量5%)、用电负荷120 kW、电价为0.34元/(kW·h)、操作人员年工资福利30 000元/人、装置定员为4人计，则年生产 1.6 MPa 饱和蒸汽159 786 t；年折旧费为90万元；软水用量为167 775 t，年软水成本为218 108元；年用电量为950 400 kW·h，年需电费为323 136元；年工资福利为120 000元。该装置生产的蒸汽成本为9.77元/t。现有循环流化床锅炉蒸汽成本120元/t，则年节约支出1 761万元，投资回收期仅半年。

该装置投运至今，除外工段的原因外，一直保持长周期安全稳定运行。该装置实际运行参数与设计参数基本吻合，正常回收6台造气炉吹风气及处理后合成放空气和弛放气，燃烧炉蓄热层温度稳定维持在900 ℃左右，余热锅炉平均产 1.6 MPa 饱和蒸汽20.2 t/h，年可节标煤15 109 t，效益相当可观。