吹风气余热回收的工艺设计研究

摘要:通过吹风气余热回收系统的工艺设计，把造气产生的低温造气吹风气余气，经过旋风除尘器、燃烧炉、一空、余热锅炉、二空等设备共同作用，把富余的吹风气转化为蒸汽进行发电或进生产线，达到了可观的经济效益和社会效益。

关键词:吹风气;余热回收;工艺;经济效益

造气吹风气的化学潜热，每m3(标)吹风气有250～380大卡，每吨氨的吹风气潜热可以副产1～1．5t蒸汽。针对小型氨厂的低温吹风气潜热回收利用，上海化工设计院从20世纪70年代开始，投入了主要的力量，开发研究低温吹风气潜热回收的新工艺，至20世纪80年代中、后期达到了安全可靠，合理成熟，效益十分显著的可推广阶段，化工部于20世纪80年代末，20世纪90年代初按上海化工设计院的设计向全国小型氨厂全面推广了吹风气余热回收新工艺，达到了造气工段的副产蒸汽自给的显著效益，上海化工院设计院为此作出了重大贡献。中型氨厂，由于众所周知的原因，在这方面起步较晚，近年来，才开始提到议事日程。中型氨厂造气吹风气潜热较小型氨厂略高，但造气工况与小型氨厂也有一定的差别。必须结合中型氨厂造气工况，采取切合实际的有效措施，才能取得安全可靠，效益显著的理想效果，避免像某些厂那样，因措施不当造成爆炸事故，或者造气吨氨原料煤耗明显增高并存有安全隐患的不良后果。

1设计规模及设计方案

1．1设计规模

贵州某化工厂新、老造气系统各一套均为Φ3000造气炉，各常开七台造气炉，单台炉吹风气流量25000Nm3/h，吹风气平均温度380℃。吹风气余热回收装置分两套相同的规模，每套规模按常开7～8台炉设计，即每套同时送入吹风气气量50000Nm3/h，及相应的合成二气。

1．2产气方案

(1)产汽压力:3．82MPa(发电用);(2)产汽温度:450℃。

2设计基础数据

2．1吹风气气量及成份吹风气气量及成份见表1。2．2合成二气量及成份(提H2后)提H2后合成二气量及成份见表2。2．3吹风气、合成二气、软水等温度吹风气平均温度380℃;合成二气温度:常温;软水温度:20℃。

3工艺流程及设备

通过物料和热量衡算，确定工艺流程及设备。

3．1工艺流程见工艺流程图

工艺流程见工艺流程图见图1。

3．2低温吹风气燃烧的基本条件

3．2．1创造一个高温的燃烧环境众所周知，低温吹风气(小于600℃)，因温度低于其可燃组份气体的着火温度(600℃)，就不能送入助燃二次空气让其燃烧，否则不但不能燃烧，而且要发生破坏性的爆炸事故。本设计能使低温度吹风气安全燃烧的核心关键，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就在瞬间迅速提高到600℃以上的着火温度，并燃烧放出化学潜热，保持燃烧炉内的高温燃烧环境，离开燃烧炉的高温烟气，再由其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，才能保持燃烧炉内的高温环境，才能不降低燃烧炉内的温度，实现低温吹风气的连续安全燃烧和回收热量。适当容积的燃烧空间，是指与生产规格相匹配的燃烧空间，并非越大越好，过大了，散热损失也大，投资也大，适得其反。3．2．2引入合成二气燃烧，提高和保持燃烧炉内的高温燃烧环境由于低温的吹风气(250～350℃)燃烧后放出的化学潜热，尚不能将其烟气温度提高到750℃以上(称750℃为安全燃烧温度)，为此引入合成二气［热值2500～3300大卡/m3(标)］高热值的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，其核心和关键仍然是创造并保持一个高温燃烧环境。一些缺少基本知识的人将合成二气引入燃烧称为“长明灯”或“助燃明火”，当看不见“明火”时，就说是“熄火了”或“不燃烧了”，这些说法是不够恰当或不科学的。燃烧三大要素:①要有可燃物质;②要有助燃物质－－空气;③要有着火温度。强调的是温度，即着火温度。燃烧本身也有“有焰燃烧”和“无焰燃烧”两种形态，看不见火焰并不等于不燃烧，只要燃烧炉内温度保持在750～800℃以上，不管看见明火已否，它都在正常燃烧。如果不正常燃烧会是怎样的结果呢?结果:①燃烧炉内温度急剧下降到200℃以下，即低于吹风气的温度(因为合成二气和助燃二次风空气都是常温，与250℃的吹风气混合后就低于200℃了);结果②不燃烧即爆炸，绝不客气。3．2．3预热二次风空气，以此热量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250℃以上，然后送入燃烧炉助燃，以此来提高燃烧炉的燃烧温度，同时烟气也降至130℃以下再排入烟囱。但是当吹风气温度小于250℃，其可燃组份也较低，合成二气又已经提H2，数量和热值减少，余热锅炉又用低压锅炉(或者余热锅炉富余能力较大)，离开锅炉的烟气温度比较低，二次风空气预热温度也只有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(设在燃烧炉出口)，将初步预热至150℃的二次风空气进一步预热至350℃或者400℃，让其将热量带回燃烧炉，保持燃烧炉内的高温燃烧环境，才能实现低温吹风气的连续安全燃烧而回收其潜热。虽然此法由于高温热量在打循环，增加一些散热损失，和增加一台设备的投资，但也是必要和十分安全可靠的好措施。总而言之，要保持燃烧炉内的高温(800～950℃)的热量平衡，才能实现低温吹风气的连续安全燃烧，反之将会带来严重的不良后果。

3．3工艺流程简述

380℃的吹风气经旋风除尘器进一步除尘后，与高温空气预热器来的400℃二次吹风空气经混合器混合后进入燃烧炉燃烧。与此同时，合成二气与低温空气预热器来的150℃的二次风空气经混合器混合后，也进入燃烧炉燃烧。离开燃烧炉的高温烟气，分别经过高温空气预热器、25t/h水管锅炉(含过热器)、软水加热器、低温空气预热器、引风机至烟囱经除尘后放空。20℃的软水(除氧)，经软水加热器加热到160℃后送入25t/h锅炉产约25t/h、3．82MPa、450℃过热蒸汽送去发电用。由二次风机来的空气，经低温空气预热器加热至150℃后，分二路、一路与合成二气混合后进入燃烧炉燃烧。另一路再经高温空气预热器加热至400℃后与吹风气混合后进入燃烧炉燃烧。

3．4技术经济指标

(1)助燃合成二气气量500m3(标)/h;(2)产汽量:平均23～24t/h;(3)燃烧炉外壁温度60℃，炉内温度800～950℃(4)烟气中烟尘含量≤250mg/m3，CO%含量为0，O2%≤2%。

4投资概算

总概算价值383万元，其中设备购置费289万元，占总概算75%，其余为其他费用占25%。5经济效益吹风气余热回收的经济效益是十分显著的，以每小时产汽24吨计，其中50%是原有显热回收的蒸汽，即每小时产12吨蒸汽是本次技改增加潜热回收所产蒸汽，每吨蒸汽按50元计，每年开工300天计，则:每年产汽价值:12×24×50×300=430(万元)。扣除设备折旧费、水、电费、人工费、管理费和银行贷款利息等，投资300多万元，一年多即可收回全部投资，其经济效益是十分明显的。此外本项目又是环境保护工程，吹风气含有大量煤灰和约5%～7%的一氧化碳气，它对人体和生物体是十分有害的。上述物资经过本装置进一步除尘，并在燃烧炉高温燃烧后，成为无害的烟气，经回收热量后排入大气。本装置无跑、冒、滴、漏，因此可以大大改善造气和厂区的环境卫生。

作者:徐兰勇 单位:安徽神健化工医药装备有限公司