吹风气空气预热器位置的设计探讨

梁明超

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

吹风气空气预热器位置的设计探讨

梁明超

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

1 空气预热器的作用

在造气吹风气余热回收装置中，空气预热器的作用是利用烟气的余热来提高空气温度，一方面吸收烟气热量、降低排烟温度、使排烟温度控制在指标之内，从而提高余热锅炉运行的经济性;另一方面，使冷风变为热风、与可燃废气一同送进燃烧炉内燃烧，可改善燃烧条件，提高燃烧效率。因此，确定空气预热器在流程中的位置就显得尤为重要。

2 设置空气预热器的必要性

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，以此来提高燃烧炉内的燃烧温度，同时烟气温度也降至160℃以下再排入烟囱。但是，如果进入燃烧炉的吹风气温度低于250℃，且其可燃组分也较低(低于4%，体积分数)，而合成二气已经过提氢，其流量减少和热值降低，所使用的余热锅炉又为低压锅炉，或者所使用的余热锅炉富余能力较大，导致余热锅炉的出口烟气温度降低，从而造成二次风空气的预热温度也低于150℃。在以上多种因素的影响下，除在引风机进口烟道上设置低温空气预热器(预热空气温度为150～200℃)外，还有必要在余热锅炉出口烟道上设置中温空气预热器(预热空气温度为200～300℃)或者在燃烧炉出口烟道上设置高温空气预热器(预热空气温度为300～400℃)，将初步预热至150℃的二次风空气进一步预热至350℃或400℃，甚至更高，将热量带回燃烧炉，以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、回收其潜热。此种方法看起来是高温热量在打循环，会增加一些热量损失和1台设备的投资，但有利于吹风气回收装置的安全稳定运行。否则，将会造成严重的不良后果。

一般，供吹风气燃烧的助燃空气温度要求在200℃以上，如果合成二气经过提氢或部分用作民用燃料，导致入燃烧炉的合成二气流量减少和热值降低，所以吹风气的助燃空气温度必须保持在300～400℃，以便使吹风气能够实现正常燃烧。企业可根据各自具体情况，确定空气预热器的换热面积和在流程中的位置。

3 空气预热器在流程中位置的选择及其优缺点

由于各企业造气系统所使用的原料煤品种和质量不同，加上管理、技术和操作水平也不同，导致各企业吹风气具有不同的特性参数，因而各企业低温吹风气的着火难易程度也不相同，对外来助燃热量和预热空气温度的要求也相应不同，因此，各企业应结合自身实际情况选择合适的空气预热方案。助燃空气预热涉及到空气预热器的材质、余热锅炉配套装置的热效率、设备投资及寿命等问题。

(1)方案一。合成氨装置生产能力较小的企业可选择热管式余热锅炉，由于该锅炉的进口烟气温度不能超过650℃，故将2台空气预热器串联设置在余热锅炉前面的烟道上，既提高了助燃空气的温度，又能将锅炉进口烟气温度控制在指标之内。方案一工艺流程见图1。

图1 方案一工艺流程

(2)方案二。合成氨装置生产能力虽然较大，但由于某些原因导致合成二气供造气吹风气余热回收装置的燃烧量较少，可选择水管式余热锅炉，通常将高温空气预热器设置在燃烧炉出口的烟道上、低温空气预热器设置在引风机入口的烟道上。方案二工艺流程见图2。

图2 方案二工艺流程

由于上述2种工艺流程中的高温空气预热器均处于燃烧炉出口的高温烟气区，所以存在以下问题:①空气预热器需用耐热的不锈钢制作，故增加了设备的投资费用;②烟气的高温位热能未直接用于生产蒸汽;③高温热空气回路有较高的热量损失，对余热回收利用效率有一定的影响。

(3)方案三。合成氨装置生产能力大，合成二气供造气吹风气余热回收装置的燃烧量充足且热值又高，如果吹风气温度高于250℃，且其中可燃组分体积分数较高(＞8%)时，一般选择带蒸汽过热器的水管式余热锅炉，空气预热器可设置在余热锅炉的出口烟道上，由于余热锅炉出口的烟气温度较低(＜400℃)，空气预热器可用普通碳钢制作，还能起到降低排烟温度的作用。由于燃烧炉出口的高温烟气区没有设置空气预热器，其高温位热能直接用于生产蒸汽，所以余热回收利用的效率有所提高。方案三工艺流程见图3。

图3 方案三工艺流程

方案三的工艺流程所采用的水管式余热锅炉带有蒸汽过热器，900℃的高温烟气可直接进入锅炉，生产高温高压蒸汽能与全厂蒸汽并网，也可生产低压蒸汽供造气系统使用。

(4)方案四。合成二气供造气吹风气余热回收装置的燃烧量充足的企业，采用水管－热管组合式余热锅炉较为合适。此种流程即使尾部不设置空气预热器，排烟温度也能达到排放要求，所以通常采用常温空气助燃。此流程既节省了空气预热器，又不存在热空气回路的热量损失，且高温位热能又能直接用于生产蒸汽，所以余热回收利用的效率也高。方案四工艺流程见图4。

图4 方案四工艺流程

4 结语

本文对造气吹风气余热回收装置空气预热器在流程中位置的设计进行了探讨，各企业可根据各自生产装置的低温吹风气特性、助燃气气量的多少、造气吹风气余热回收装置的最终投用目的等，因地制宜地进行设计，既应考虑燃烧工艺的需要，又需全面权衡余热回收装置整体的合理性。只有这样，造气吹风气余热回收装置的运行才能更加趋于合理化，真正起到节能降耗和减少环境污染的作用。

2014-05-18)