行業(yè)新聞TRADE
以煤為原料的合成氨生產(chǎn)總能耗的58％左右消耗在造氣工段，而目前造氣工段的有效能利用率一般在64％左右，上了吹風(fēng)
氣潛熱回收項(xiàng)目后，有效能利用率約在70％。造氣工段的原料煤耗占兩煤耗的80％，蒸汽消耗占全廠蒸汽用量70％以上。隨著變換工段采用全低變技術(shù)，合成工段副產(chǎn)蒸汽及精煉工段蒸汽消耗的減少，使臺成氨生產(chǎn)可達(dá)到蒸汽自給，這樣合成氨生產(chǎn)中原料煤耗的高低，直接牽涉到合成氨的生產(chǎn)成本。一般造氣用煤占總成本的5o％以上，甚至高達(dá)65％，因此降低造氣的能耗，提高造氣爐的發(fā)氣量和有效能利用率是降低臺成氨生產(chǎn)總能耗的有效途徑。要降低造氣的能耗，除
了選擇最優(yōu)化的操作(微機(jī)控制、油壓控制閥門動作、2rain循環(huán)等)和先進(jìn)的設(shè)備外，主要靠開發(fā)利用造氣爐制氣過程中的工藝余熱和對制氣過程中產(chǎn)生的可燃物的二次利用，以及加強(qiáng)保溫措施、減少熱輻射損失等手段為此，筆者在1988年研制開發(fā)了單爐匹配的YR一Ⅱ型三級余熱利用的工藝和設(shè)備。自制的這3套裝置共使用了8年，其中的3臺除塵過熱器至今還在使用。由于早已超過了設(shè)計(jì)使用壽命，必須進(jìn)行更新但如果仍采用單爐匹配的4套YR一Ⅱ型裝置，則投資費(fèi)用較大。為了節(jié)約資金，改善造氣工段的環(huán)境，減少占地面積及簡化流程，決定自行設(shè)計(jì)研制上下行煤氣集中余熱回收項(xiàng)目的工藝和設(shè)備。這樣造氣工段的爐外設(shè)備分為兩大系統(tǒng)：一是吹風(fēng)氣余熱(潛熱)回收系統(tǒng)；二是上下行煤氣余熱集中回收系統(tǒng)從根本上改變了造氣工段的面貌。
上下行煤氣余熱集中回收器目前有煙道式和熱管式兩種。經(jīng)仔細(xì)分析，煙道式余熱集中回收器具有阻力低的優(yōu)點(diǎn)。但阻力
低，煤氣流速必然小，因而雷諾數(shù)也必然小，造成總傳熱系數(shù)K值也小。K值的減小，使換熱面積增大。以造氣爐3開1備為例，集中余熱回收器的換熱面積要270m以上，這樣勢必造成設(shè)備龐大，造價和占地面積也就
大．同時必須解決好上下行煤氣進(jìn)煙道式集中余熱回收器之前的除塵和排塵問題。而目前的煙道式集中余熱回收器的排灰管是插^水池中的濕式下灰倉，在用劣質(zhì)煤特別是碳化煤球?yàn)樵蠒r易造成排灰管堵塞。熱管式集中余熱回收器具有在低溫下?lián)Q熱效果好的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于熱源在200℃以下的工況，部分熱管損壞后也能繼續(xù)運(yùn)行。由于在上下行煤氣中有大量粒徑小于100m的灰塵，易在環(huán)形翅片上積聚而大輻度降低換熱效果如采用條形翅片熱管或光桿熱管，則換熱效果有所下降，因而不得不增大換熱面積。采用環(huán)形翅片熱管集中余熱回收器在3爐運(yùn)行工況下，至少要有240m的換熱面積，而煤氣出口溫度也在170℃左右，效果并不理想，同時阻力損失也不小，其造價與煙道式集中余熱回收器差不多，約為∞萬元。
根據(jù)以上分析，本廠仍以余熱分級回收、按質(zhì)利用的原則，開發(fā)三級余熱回收式上下行煤氣糸熱集中回收裝置的全套工藝
和設(shè)備。
2三級余熱回收式上下行煤氣余熱集中回收的設(shè)計(jì)
從設(shè)計(jì)要求來看，主要根據(jù)造氣爐的工藝要求，提高有效能利用率。同時考慮需投資省、占地面積小、除塵效果好、阻力小、發(fā)氣量大、安全可靠等諸方面的因素。
2．1根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，提高上下行煤氣的有效能利用率。
造氣過程中需要過熱的飽和蒸汽作為氣化劑，以提高蒸汽分解率，達(dá)到穩(wěn)定爐溫、提高發(fā)氣量的目的。為了減少或不用外供蒸汽，應(yīng)提高造氣爐自產(chǎn)蒸汽的能力；為了得到更多的自產(chǎn)蒸汽，應(yīng)提高自產(chǎn)蒸汽設(shè)備的進(jìn)水溫度，廢鍋后面增設(shè)水加熱器就是為了達(dá)到這個目的，而且充分利用了造氣爐出口氣體的顯熱。
根據(jù)上述工藝生產(chǎn)要求，從有效能E的角度分析，能源有不同的等級?？偭肯嗤?熱量"，溫度等級高，其可利用程度就大，即有效能高。E計(jì)算式為：E={H一14o}一Tois-So)=Qr1-7"0／
式中：H：焙；S：熵；T：流體溫度。下腳標(biāo)"o"的為環(huán)境溫度為25"(2時的熔、熵和溫度。
以僅利用上下行煤氣顯熱分別過熱飽和蒸汽或自產(chǎn)飽和蒸汽為倒，根據(jù)總有效能E=Q(1一／T)，以Q對(1一To／T)作圖，詳見圖1(以噸氨為基準(zhǔn))。從圖1可看出：EFGH區(qū)域?yàn)檎羝^熱器回收的有效能，ABC39區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的熱源總有效能；tJg_L區(qū)域?yàn)閺U熱鍋爐回收的有效能，ABtGD區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的熱源總有效能；從圖1上可直觀看出有大量的高溫部分有效能未利用。但廢鍋回收的熱量較蒸汽過熱器的多，余熱回收率分別為56％和5o％。
同樣作上下行煤氣顯熱以次過熱飽和蒸汽、自產(chǎn)飽和蒸汽及加熱軟水作為鍋爐、夾套、廢鍋(含吹風(fēng)氣回收的余熱鍋爐)的補(bǔ)充軟水的有效能利用圖見圖2(以噸氨為基準(zhǔn))從圖2可看出：ABCD為總有效能，EFGH為蒸汽過熱器回收的有效能，0KL為廢鍋回收的有效能，MNYZ為軟水加熱器回收的有效能由于結(jié)合回收下行煤氣的有效能，MNYZ與IJKL區(qū)有部分重疊，余熱回收率為83％。
綜上所述，配合造氣工藝生產(chǎn)的要求，分三級集中回收上下行煤氣的顯熱在理論和生產(chǎn)實(shí)際上均為最理想的方案。
2．2上下行煤氣余熱集中回收的工藝流程和特點(diǎn)
2．21工藝流程
本廠共有4臺02400造氣爐，3開1備。每臺造氣爐各設(shè)1臺除塵過熱器和停車水封。4臺造氣爐合用1臺余熱集中回收器和1
臺公用洗氣塔吹風(fēng)氣分別由除塵過熱器塵和回收部分顯熱后去燃燒爐系統(tǒng)；上行煤氣經(jīng)除塵過熱器除塵和回收部分余熱后，進(jìn)入余熱集中回收器回收熱量，然后經(jīng)公用洗氣塔冷卻除塵后去氣柜；下行煤氣進(jìn)集塵器并由余熱集中回收器回收熱量后，再去公用洗氣塔，冷卻除塵后去氣柜。工藝流程示意圖見圖3。圖3工藝流程示意圖1造氣爐2下行煤氣集塵器3陳塵盤熱器4安全水封5親熱集中回收器6．洗氣塔
22．2本流程的優(yōu)點(diǎn)
在以碳化煤球?yàn)樵蠒r，特別是在大風(fēng)量、高風(fēng)壓的工況下，氣體帶出物占入妒總量的l1．2％～l1．3％(塊煤為5％左右)，因而吹風(fēng)氣中的固相懸浮物濃度已達(dá)到8oE／左右。如不經(jīng)高效的旋風(fēng)除塵，則造成吹風(fēng)氣總管磨損和燃燒爐的格子磚、余熱鍋爐爐膛內(nèi)灰層堵塞。由于吹風(fēng)氣和上行煤氣合用一臺除塵過熱器，除塵率達(dá)到81％以上，避免了上述情況的產(chǎn)生，同時節(jié)約了設(shè)備投資和占地面積，簡化了流程。造氣爐出口氣體經(jīng)三級余熱回收，既符合造氣生產(chǎn)對過飽和蒸汽、自產(chǎn)飽和蒸汽和軟水提溫的要求，又太輻度地提高有效能的利用，余熱回收率達(dá)到83％以上。上下行煤氣所用換熱設(shè)備全部采用煤氣走管間的配置，同時盡可能組裝設(shè)備，因而流程較短。系統(tǒng)阻力小于2．5kPa，有利于提高造氣爐的產(chǎn)汽量。每臺爐與生產(chǎn)系統(tǒng)隔離采用停車水封的手段。當(dāng)該臺爐停車檢修時，水封內(nèi)注入水，再加盲板，可絕對保證安全。缺點(diǎn)是在運(yùn)行時，阻力略太于雙閥門隔絕，但減少了闐門維修工作量并降低了投資費(fèi)用。
由于經(jīng)過了旋風(fēng)除塵，氣相中殘留的50-200gm的灰塵，其比重比水輕，因而浮在洗氣塔進(jìn)口管內(nèi)，造成進(jìn)氣管堵塞而被迫停車清理。在每臺爐配用一臺洗氣塔時，約20d左右停爐清理1次。因此這個問題不解決，以碳化煤球等劣質(zhì)煤為原料時采用集中回收是不現(xiàn)實(shí)的，勢必造成至少每個月全廠停車清理1次的后果。為此，在公用洗氣塔進(jìn)口管上加裝I套攪拌裝置，粉碎和分流浮塵，以利于冷卻水將浮塵帶出公用洗氣塔，保證運(yùn)行半年以上，在全廠停車時清理。
23上下行煤氣余熱集中回收設(shè)備的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
(I)除塵過熱器采用旋風(fēng)除塵器形式，其阻力降一般為0．4-20kPa，適用于分離0．5～1000ptm粒徑的粉塵。該設(shè)備中心管內(nèi)有蒸汽過熱器，過熱器為多波形管束式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)適用于溫度呈周期性變化的場合，有利于提高除塵效率和保證設(shè)備的使用壽命。為了防止粉塵對殼體的沖刷磨損，錐體以上(含錐體)加裝鑄鐵塊內(nèi)村。
(2)集中余熱回收器采用廢鍋與軟水加熱器組裝成一體的形式，內(nèi)件為多波形管束式結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)能延長設(shè)備使用壽命，還能增加煤氣流道面積而降低阻力；也有利于提高傳熱系數(shù)K值而減少換熱面積，因而降低設(shè)備造價。
(3)公用洗氣塔采用組合型半空塔噴淋
結(jié)構(gòu)。洗氣塔和洗氣箱也組合成一體。這種結(jié)構(gòu)適用于煤氣中粉塵量太、粒徑小的場合。在通過3臺02400造氣爐的上下行煤氣的流量、溫度170℃的工況下，出塔溫度為40℃，冬天時只有34℃，冷卻效果較好濕式除塵器的除塵粒徑范圍在0．001100m之間，干法旋風(fēng)除塵器除塵粒徑范圍在0．5～1000／lm之間，因而公用洗氣塔與除塵過熱器的除塵粒徑范圍在0．5～100btm之間重疊。由此可確定不必過分追求除塵器的高除塵效率。所以有了高教的公用洗氣塔就可適當(dāng)降低除塵器的除塵效率，因而有利于降低氣體的流速。而設(shè)備的阻力與流速的平方成正比，降低流速就是降低設(shè)備阻力，也就提高了造氣爐的發(fā)氣量。
(4)除塵過熱器和集中余熱回收器的下灰系統(tǒng)采用油壓控制機(jī)構(gòu)。除塵過熱器的下灰與造氣爐的下渣聯(lián)鎖同步，這樣可確保除塵過熱器的下灰次數(shù)，以免灰倉容納不下而造成二次夾帶到后續(xù)系統(tǒng)中去。為保證粉塵的自動流出，灰倉內(nèi)設(shè)一斜板，斜板的傾角根據(jù)粉塵的靜止安息角為20o來確定，故斜板傾角應(yīng)大于300。因粉塵數(shù)量為125～250k
h之間，因此灰倉容積以此為設(shè)計(jì)依據(jù)。
3上下行煤氣余熱集中回收裝置的使用情況
31除塵過熱器的除塵效果
傳統(tǒng)的盲腸集塵器每天的集塵量為1260，除塵過熱器每天的除塵量為4796，其除塵能力較前者提高4倍。除塵過熱器與盲腸集塵器的除塵效果對照見下表1。
其次，從表中可看出兩點(diǎn)：首先除塵過熱器的除細(xì)灰能力較盲腸集塵器強(qiáng)．小于200／lm粒徑的灰塵絕對量，分別為1290kg／d和183．96kg／d，絕對量增加7倍；其次，每天減少3500的灰塵進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，減輕了造氣污水閉路循環(huán)的負(fù)荷。
至于表中反映出的粒徑大于900btm的灰塵，在盲腸集塵器所除的灰中的重量分布比除塵過熱器大的現(xiàn)象，則是由于以碳化煤球?yàn)樵纤纬傻幕倚嫉臋C(jī)械強(qiáng)度較低，在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)一步粉化所造成的。除塵過熱器的除塵效果為80．2％。
32余熱回收效果
經(jīng)化工部節(jié)能服務(wù)中心上海分站測定：蒸汽過熱器每噸氨回收的熱量為534，6kJ；集中余熱回收器上部廢鍋每噸氨回收的
熱量為516．6k1；集中余熱回收器下部軟水加熱器每噸氨回收的熱量為215．7k1；噸氨合計(jì)回收熱量12670kI；以進(jìn)公用洗氣塔的上下行煤氣溫度為170℃計(jì)，則余熱回收率為95％以進(jìn)公用洗氣塔上下行煤氣溫度為140℃計(jì)，則余熱回
收率為85％。這說明集中余熱回收的出口溫度偏高3o℃，應(yīng)適當(dāng)增加集中余熱回收器的換熱面積。
3．3系統(tǒng)阻力降
經(jīng)化工部節(jié)能服務(wù)中心上海分站測定：除塵過熱器吹風(fēng)時為Ap=0．78kPa；上吹時為Ap=023kPa。集中余熱回收器上吹時Ap=0．7kPa。公用洗氣塔上吹時Ap=0．9kPa。下吹阻力遠(yuǎn)小于上吹阻力，故忽略不計(jì)。整個系統(tǒng)上吹時阻力為1．83kPa。4上下行煤氣余熱集中回收的經(jīng)濟(jì)效益(1)節(jié)約標(biāo)煤(以合成氨1．酷萬c／a計(jì))回收上下行煤氣的顯熱量相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤827．5c。提高蒸汽分解率5％，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤量187．96t減少每循環(huán)吹風(fēng)時間3％，相當(dāng)節(jié)約標(biāo)煤量46084t。全年可節(jié)約標(biāo)煤為1476t。以每噸標(biāo)煤42,0元計(jì)，則全年節(jié)約62萬元。
(2)洗氣塔減少了2／3臺。改為使用公用洗氣塔后，節(jié)約冷卻水量60t／h，相當(dāng)于全年節(jié)約10．1萬元。
文章來自：http://www.ytebara.com.cn/index.php?catid=632/
當(dāng)前位置：