吹风气余热回收装置运行优化

王军 王海英 郭亨林

摘要：本文主要介绍我公司吹风气装置运行过程中存在的一些问题，如蒸汽过热器使用周期短、余热锅炉积灰严重等，通过查找问题、分析原因，提出相应的解决方法，通过引进新技术、小技改以达到该装置高效、节能、稳定运行的目的。

Abstract： This article mainly introduces some problems that exist in the operation of our company's air blowing device， such as the short cycle of the steam superheater and the serious dust accumulation of the waste heat boiler. Through finding the problem and analyzing the reasons， we propose corresponding solutions， through the introduction of new technologies， small technical transformation to achieve the purpose of high efficiency， energy saving and stable operation of the device.

关键词：吹风气;蒸汽过热器;余热锅炉;稳定运行

Key words：air blow;steam superheater;waste heat boiler;stable operation

中图分类号：TQ440.5                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0100-02

1  概况

我公司现有UGI型煤气炉15台，其中？准3200炉8台，？准3600炉3台，？准2650炉4台，设计生产能力36万吨合成氨/年。我公司2005年以前使用燃烧室回收吹风气中的潜热，热能未能充分回收，且高上气道温度的操作方法影响了煤气炉的节能降耗。2004年12月我公司第一套50t/h吹风气回收装置建成开车后，吹风气集中进装置回收热量，装置发挥了较好的效益。随着2007年型煤制气项目的4台？准2650煤气炉投产，将有约18000Nm3/h的吹风气产生，我公司又上了一套25t/h吹风气回收装置。

吹风气回收装置其工艺原理为将各单炉吹风气经过总管集中，在燃烧炉内与空气经混合后进行充分燃烧，然后经换热器（锅炉）多级回收热能，尾气经引风机、烟囱排放。排放温度一般为140-180℃。燃烧炉的型式为上燃式即吹风气从燃烧炉上部进入。

吹风气余热回收装置主要工艺指标：

燃烧炉出口温度：750-900℃;

除鹽水温度：100℃;

吹风气温度：250℃;

排烟温度：140-170℃;

驰放气压力：1.0MPa;

锅炉液位：液位计（1/2-2/3处）;

主蒸汽压力：3.82MPa;

主蒸汽温度：450℃。

2  存在的问题及原因分析

吹风气装置在运行10年后，相继出现了一些问题，如蒸汽过热器周期性使用较短，达不到工艺使用要求、余热锅炉列管积灰严重，尾气温度高、烟囱尾气排放不达标、燃烧炉进口混合器使用周期短等，整体运行效率不高，需要做出技术改进来提高设备综合稳定运行效率。

2.1 蒸汽过热器使用周期短

吹风气蒸汽过热器投用约1年左右，发现正压时从锅炉本体泄露处有白烟喷出，且烟囱处也有明显的白烟冒出，另外蒸汽过热器下部与余热锅炉接缝处有水流出，且有一定的温度，岗位人员反映锅炉用水量增加，蒸汽产量明显变少，初步判断是蒸汽过热器泄露。停车熄火降温后检查结果如下：迎风面蛇形管变形严重，进口处测厚显示有减薄趋势，下部U型弯固定管夹处有漏点。产生该漏点的原因分析如下：

①该过热器蒸汽流向与烟气流动方向相反，属于逆流式。逆流布置时具有较大的传热温差，可节省金属耗量，但蒸汽出口恰好处于较高的区域，金属壁温高，容易造成蛇形管变形。变形后的蛇形管与固定管束在开停车时受温度变化产生相对滑动。

②原料煤机械强度和热稳定性差，吹风气带出物较多，大部分是颗粒状的细灰，冲刷比较严重。

③过热器设计不合理，靠近迎风面处未设计防磨装置，无法有效的阻挡冲刷。从停车后检查情况看，过热器迎风面的管道减薄较严重，局部有1.5mm的磨损。

2.2 余热锅炉列管积灰严重，尾气温度高

吹风气余热回收装置检修完开车时，引风机前温度仅为140℃，蒸汽产量达到设计要求。运行3个月后，尾部烟气温度越来越高，最高时达到200℃，蒸汽产量明显下降。虽然加强了对余热锅炉的排灰，但是由于负压偏大，效果不明显。原因分析如下：锅炉设计本身有一定的缺陷，列管布置比较紧密，管间间距偏小，容易造成积灰，大修时也无法有效的利用人工进行清理，再加上原有的12台SHW32声波吹灰器由于现场环境恶劣，一半以上已经失效，清灰效果大打折扣，造成大量的细煤灰附着在锅炉列管表面，影响锅炉换热效果，系统阻力增加，蒸汽产量明显下降。

2.3 烟囱尾气排放不达标

吹风气装置自建成投产以来，吹风气尾气粉尘达不到国家规定气体排放指标，经过多次技术改造，但因容易堵塞及烟气带液的情况，除尘装置都没有实际效果，随着国家对大气污染的监察，原有的吹风气装置尾气除尘措施已不能满足现状。

2.4 燃烧炉进口混合器使用周期短

燃烧炉进口混合器是可燃气体即低温吹风放空气与预热后的空气混合处，该处受热温差较大，原有的结构为耐火砖和耐火胶泥砌筑而成，当使用约半年左右会逐渐出现耐火胶泥脱落，导致耐火砖松动，塌落。耐火层失效后，燃烧炉壳体钢板直接裸露在700℃左右的高温下，墙板超温变形严重，当出现泄漏时，必须被迫停车修复。

3  解决对策

3.1 针对蒸汽过热器的泄露情况，根据相关原因分析采取了以下几个措施：

①过热器的流向布置进行改进，取消逆流式结构，采用顺流方式进行布置，即蒸汽流向的方向与烟气流动方向一致，该种布置传热温差较小，所需受热面较多，蒸汽出口处烟气温度相对较低，受热面金属壁温即较低。这种布置方式工作较安全，使用周期较长，对列管变形保护起到较好的作用，但是经济性较差，对蒸汽产量有一定的影响。

②原料煤造成的吹风气带出物多问题，一方面保证造气煤气炉操作优化，降低上气道温度，减少带出物，另一方面加大吹风气旋风除尘器排灰的监控，避免因灰满造成的大量细灰带入锅炉中。

③迎风面耐磨问题，考虑在迎风面处增加材质为1Cr18Ni9Ti材质的防磨护罩，通过增加耐冲刷护罩能有效提高过热器的使用寿命。

3.2 针对余热锅炉积灰的情况，采取了以下措施：

①取消原有的声波吹灰器，改为吹灰效果更好、使用更稳定的长伸缩式蒸汽吹灰器（C304c）。其具有集吹灰、节能、效果好、自身能耗小、使用安全、运行可靠、使用寿命长等特点。

②每次大修时，在保证下部4个排灰口通畅的情况下利用高压水枪对余热锅炉、省煤器列管进行清洗，直至将列管清洗干净。冲洗时要注意对锅炉两侧的耐火砖进行适当的保护，延长开车前烘炉的时间。

③运行时加强监控吹风气旋风除尘器排灰、下锅筒排灰情况，现场安排管理人员监督，保证下灰的彻底性。如果未定期对旋风除尘、下锅筒进行排灰，将会对锅炉的列管和换热效率造成一定的影响。

3.3 针对原有的烟囱除尘器排放无法达标问题，我公司采用了目前行业内技术相对领先的水膜除尘装置，该装置原理为锅炉烟气经风机后吹入塔体，切向进入主塔，在旋流柱的导向作用下螺旋上升;烟气在与水逆向对流接触，并在喷雾加湿的作用下形成良好的雾化吸收区;烟气在雾化区内充分接触反应，完成烟气的充分混合。利用烟气本身的旋转作用与旋流柱的导向作用，产生强大的离心力，将烟气中的液滴甩向塔壁，从而达到除雾效果;烟气中所含的少量烟尘也将被水膜分离下来，使烟尘的排放浓度低于排放指标。这种除尘器结构简单，金属耗量小，耗水量小。其缺点是高度较大，布置困难，并且在实际运行中发现有带水现象。因此相对应的如果运行中带水现象明显的话，则需要在阻力可控的情况下增加丝网除雾器，以此解决带水的问题。

3.4  针对燃烧炉混合器墙体泄露问题，我公司在易泄露处取消耐火砖结构，采用收缩性和固化型较好的DK-2#耐磨浇注料。其特点为耐温达1200℃，当采用DK-2#高温浇注料进行整体捣筑时还具有很高的耐磨损、耐冲击、抗热震、耐侵蚀、抗结焦、寿命长等特点。整体浇筑避免了耐火胶泥易松动造成的耐火砖塌落问题。

3.5  经改造优化后的吹风气生产流程如图1。

4  运行效果

①通过改变蒸汽过热器的流向、增加防磨罩等改造，蒸汽过热器的使用寿命由原来的2年左右延长至6年左右，但经过长时间的使用，换热效率有所下降。综合蒸汽过热器使用寿命和换热效率来看，设备运行的稳定性提高，将对公司的创效提供有利的支撑。

②改造后，吹风气引风机前尾气温度高的情况有所好转，由停车前的200℃降至140-170℃左右。运行中每次温度上升时通过增加吹灰频次，有所好转。此举使整个吹风气装置热量平衡达到设计要求，延长了引风机和水膜除尘器的使用周期。

③通过水膜除尘器改造后，尾气综合治理工作也取得较好的成效，已达到达标排放的要求。但运行一段时间后，会出现出口带水的现象，公司已制定措施，增加丝网除雾器，保障设备的运行指标。

④通过在燃烧炉混合器使用新材料DK浇注料后，燃烧炉混合器的使用寿命提高至4年，使用过程中未发生一起因混合器泄露而造成的停车事件，使用效果较好。

5  结论

吹风气装置运行多年来存在的一些问题经过剖析、改进，基本上解决了蒸汽过热器使用周期过短、余热锅炉积灰多、水膜除尘器后尾气不能达标排放、燃烧炉混合器使用周期短等问题，使装置整体运行稳定，运行效果大幅提升，为公司经济运行打下坚实的基础。

参考文献：

[1]孙照新.小氮肥[M].上海：上海化工研究院，2011.

[2]李永恒.第二十三届全国造气技术年会论文集[C].山东青岛：全国化肥工业信息总站造气技术咨询部，2015.

[3]谢朝晖.筑炉工程手册[M].北京：冶金工业出版社，2007.

作者簡介：王军（1984-），男，浙江江山人，本科，工程师，从事机械设备方面的研究;王海英（1972-），女，江苏赣榆人，本科，高级工程师，从事防腐、保温、隔热和非金属设备方面的研究;郭亨林（1970-），男，浙江龙游人，本科，工程师，从事机械设备方面的研究。