吹风气余热回收装置的应用

齐汉强 张理存

(陕西洋县玉虎化工有限责任公司 陕西洋县723309)

陕西洋县玉虎化工有限责任公司2008年将原装置产能扩大至80 kt/a合成氨联产30 kt/a甲醇工艺装置。原蒸汽系统锅炉配置为SHL- 10- 25-A锅炉和Φ3 000 mm吹风气余热锅炉装置各1套，单风机Φ3 000 mm吹风气余热回收装置已明显不能满足生产要求。2012年决定新增1套生产15 t/h过热蒸汽(1.27 MPa，280 ℃)的吹风气余热回收装置,设计用于回收6台Φ2 650 mm造气炉产生的52 000 m3/h(标态)吹风气[含可燃物体(H2+CH4+CO)体积分数8%～12%]，采用6台造气炉分2套双重风设计同时回收吹风气，所产的蒸汽可满足80 kt/a合成氨系统的蒸汽需求，可代替原10 t/h链条锅炉和6 t/h吹风气回收装置；达到节能、环保、安全生产的目的。2013年9月，该装置投运，经过2个月调整，各项指标基本达到设计指标。

1 工艺技术方案

1.1 工艺流程

15 t/h吹风气余热回收装置工艺流程见图1。

图1 15 t/h吹风气余热回收装置工艺流程

气体流程：各造气炉产生的250～300 ℃的吹风气进入吹风气总管，经旋风除尘器后进入燃烧炉，与中温空气预热器送至燃烧器出来的一股200 ℃的中温空气混合燃烧；与此同时，从合成系统送来的弛放气经减压后入缓冲罐、安全水封，在燃烧器中与中温空气预热器送来的另一股200 ℃的中温空气混合燃烧，产生的高温烟气在燃烧炉内保持在750～900 ℃安全燃烧温度，燃烧炉出口850 ℃高温烟气依次进入蒸汽过热器、余热锅炉、中温空气预热器、软水加热器、低温空气预热器，热量得到充分利用回收后，由引风机抽送，经除尘后通过烟囱直接放空。

汽水流程：由热水箱来的95 ℃热软水送入软水加热器，温度由95 ℃提升至136 ℃左右送入余热锅炉，在对流管束中经烟气加热形成自然循环，产生汽水混合物经汽水分离进入蒸汽过热器，产生压力≤1.27 MPa、≤温度280 ℃过热蒸汽，送入蒸汽系统管网供后工序使用。

空气流程：空气经鼓风机加压后经低温空气预热器预热至105 ℃，进入中温空气预热器温度提高至200 ℃通过燃烧器进入燃烧炉与吹风气混合燃烧，同时另一股200 ℃中温空气在燃烧器内与合成弛放气混合燃烧后进入燃烧炉。

1.2 主要设计控制指标

入燃烧炉吹风气温度：≥250 ℃；

燃烧炉热点温度：850～1 000 ℃；

烟囱排烟温度：≤150 ℃；

过热器蒸汽温度：≤280 ℃；

二次空气温度：≤200 ℃；

给水温度：≤98 ℃；

软水加热器出口热水温度：136 ℃；

锅炉蒸汽压力：≤1.27 MPa；

进燃烧炉弛放气压力：0.03～0.05 MPa；

余热锅炉液位：1/2～2/3；

烟气中可燃物(H2+CH4+CO)体积分数：<1.0 %；

烟气中氧气体积分数：≤2.0%。

1.3 设计技术特点

吹风气进口管道从燃烧炉侧面以切向进气，气体在炉内形成内旋式自上而下均匀混合，燃烧流程长、燃烧彻底；2台对置式燃烧器烧嘴是弛放气进气及配风燃烧的装置，每台燃烧器设计2股配风线(Φ300 mm和Φ500 mm)分别为弛放气和吹风气配风，可达到无焰燃烧的目的，助燃气耗量小。燃烧炉内设若干燃烧蓄热单元，蓄热能力强、不集灰、阻力小，利于煤粉燃烧。余热锅炉采用单锅筒、隧道式设计，集灰少、阻力小、热回收利用效率高。系统采用DCS集中控制，既节能又确保操作安全。

1.4 主要设备

主要设备参数见表1。

2 运行效果

(1)实际运行工况。由于氮肥产能过剩、市场疲软，所以生产系统根据氮肥市场需求仅需运行3台造气炉，合成氨产能仅发挥50～60 kt/a。入燃烧炉吹风气温度250～300 ℃；来自合成膜回收氢系统的尾气流量控制在650～850 m3/h(标态)，燃烧炉温度达到设计温度(850～950 ℃)，过热蒸汽温度≤280 ℃、压力1.27 MPa；该装置实际产生过热蒸汽6.5～7.5 t/h、过热蒸汽压力控制在1.10 MPa左右；过热蒸汽压力设定值1.20 MPa，超压后蒸汽过热器放空阀自动开启放空，过热蒸汽压力低于1.2 MPa放空阀自动关闭。余热锅炉液位控制在1/2～2/3，设有高、低液位自动报警且自动上水。烟囱出口烟气中氧气体积分数≤2.0%、可燃物体积分数≤1.0%。DCS自动化控制，温度超高和偏低自动报警；余热锅炉高、低液位报警且自动上水；过热蒸汽压力超压自动放空等，操作方便、保证了余热锅炉节能安全运行。

表1 主要设备参数

(2)烟煤节省估算。原运行10 t/h链条锅炉和6 t/h余热锅炉时，吨氨需消耗烟煤0.06 t，以80 kt/a合成氨规模计,目前不消耗烟煤(以1 t烟煤折0.7143 t标煤),则年节标煤3 428.64 t。

(3)减排估算。按80 kt/a合成氨、吨氨产生吹风气量2 010～2 250 m3(标态)，其中CO体积分数7%计，则年减排CO1.26×107m3(标态)。

3 存在问题

运行中，燃烧炉温度850～1 000 ℃，但是余热锅炉出口烟气温度>350 ℃，引风机进口烟气温度180～230 ℃，较设计烟气温度≤150 ℃明显偏高，显热损失大。

原因分析：①余热回收器设计换热面积偏小，导致排烟温度偏高；②吹风气中可燃物(H2+CH4+CO)体积分数>12%，热值较高；③造气炉吹风阀存在内漏； ④造气系统吹风负荷重，风压大、炭层低而导致 吹风气带出物到燃烧炉的煤粉量大; ⑤该装置 没有安装有效的吹灰器装置，长时期运行后导 致余热锅炉换热器、空气预热器、软水加热器集 灰严重，换热效率降低，排烟温度升高; ⑥操作 调整中配风量过大，导致烟气中氧含量高，热损 失增加。