梁明超

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

吹風(fēng)氣空氣預(yù)熱器位置的設(shè)計探討

梁明超

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

1 空氣預(yù)熱器的作用

在造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置中，空氣預(yù)熱器的作用是利用煙氣的余熱來提高空氣溫度，一方面吸收煙氣熱量、降低排煙溫度、使排煙溫度控制在指標之內(nèi)，從而提高余熱鍋爐運行的經(jīng)濟性;另一方面，使冷風(fēng)變?yōu)闊犸L(fēng)、與可燃廢氣一同送進燃燒爐內(nèi)燃燒，可改善燃燒條件，提高燃燒效率。因此，確定空氣預(yù)熱器在流程中的位置就顯得尤為重要。

2 設(shè)置空氣預(yù)熱器的必要性

利用引風(fēng)機前的低溫?zé)煔庥酂幔瑢⒊氐亩物L(fēng)空氣預(yù)熱至150℃以上，然后送入燃燒爐助燃，以此來提高燃燒爐內(nèi)的燃燒溫度，同時煙氣溫度也降至160℃以下再排入煙囪。但是，如果進入燃燒爐的吹風(fēng)氣溫度低于250℃，且其可燃組分也較低(低于4%，體積分數(shù))，而合成二氣已經(jīng)過提氫，其流量減少和熱值降低，所使用的余熱鍋爐又為低壓鍋爐，或者所使用的余熱鍋爐富余能力較大，導(dǎo)致余熱鍋爐的出口煙氣溫度降低，從而造成二次風(fēng)空氣的預(yù)熱溫度也低于150℃。在以上多種因素的影響下，除在引風(fēng)機進口煙道上設(shè)置低溫空氣預(yù)熱器(預(yù)熱空氣溫度為150～200℃)外，還有必要在余熱鍋爐出口煙道上設(shè)置中溫空氣預(yù)熱器(預(yù)熱空氣溫度為200～300℃)或者在燃燒爐出口煙道上設(shè)置高溫空氣預(yù)熱器(預(yù)熱空氣溫度為300～400℃)，將初步預(yù)熱至150℃的二次風(fēng)空氣進一步預(yù)熱至350℃或400℃，甚至更高，將熱量帶回燃燒爐，以保持燃燒爐內(nèi)的高溫燃燒環(huán)境，實現(xiàn)低溫吹風(fēng)氣的連續(xù)安全燃燒、回收其潛熱。此種方法看起來是高溫?zé)崃吭诖蜓h(huán)，會增加一些熱量損失和1臺設(shè)備的投資，但有利于吹風(fēng)氣回收裝置的安全穩(wěn)定運行。否則，將會造成嚴重的不良后果。

一般，供吹風(fēng)氣燃燒的助燃空氣溫度要求在200℃以上，如果合成二氣經(jīng)過提氫或部分用作民用燃料，導(dǎo)致入燃燒爐的合成二氣流量減少和熱值降低，所以吹風(fēng)氣的助燃空氣溫度必須保持在300～400℃，以便使吹風(fēng)氣能夠?qū)崿F(xiàn)正常燃燒。企業(yè)可根據(jù)各自具體情況，確定空氣預(yù)熱器的換熱面積和在流程中的位置。

3 空氣預(yù)熱器在流程中位置的選擇及其優(yōu)缺點

由于各企業(yè)造氣系統(tǒng)所使用的原料煤品種和質(zhì)量不同，加上管理、技術(shù)和操作水平也不同，導(dǎo)致各企業(yè)吹風(fēng)氣具有不同的特性參數(shù)，因而各企業(yè)低溫吹風(fēng)氣的著火難易程度也不相同，對外來助燃熱量和預(yù)熱空氣溫度的要求也相應(yīng)不同，因此，各企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身實際情況選擇合適的空氣預(yù)熱方案。助燃空氣預(yù)熱涉及到空氣預(yù)熱器的材質(zhì)、余熱鍋爐配套裝置的熱效率、設(shè)備投資及壽命等問題。

(1)方案一。合成氨裝置生產(chǎn)能力較小的企業(yè)可選擇熱管式余熱鍋爐，由于該鍋爐的進口煙氣溫度不能超過650℃，故將2臺空氣預(yù)熱器串聯(lián)設(shè)置在余熱鍋爐前面的煙道上，既提高了助燃空氣的溫度，又能將鍋爐進口煙氣溫度控制在指標之內(nèi)。方案一工藝流程見圖1。

圖1 方案一工藝流程

(2)方案二。合成氨裝置生產(chǎn)能力雖然較大，但由于某些原因?qū)е潞铣啥夤┰鞖獯碉L(fēng)氣余熱回收裝置的燃燒量較少，可選擇水管式余熱鍋爐，通常將高溫空氣預(yù)熱器設(shè)置在燃燒爐出口的煙道上、低溫空氣預(yù)熱器設(shè)置在引風(fēng)機入口的煙道上。方案二工藝流程見圖2。

圖2 方案二工藝流程

由于上述2種工藝流程中的高溫空氣預(yù)熱器均處于燃燒爐出口的高溫?zé)煔鈪^(qū)，所以存在以下問題:①空氣預(yù)熱器需用耐熱的不銹鋼制作，故增加了設(shè)備的投資費用;②煙氣的高溫位熱能未直接用于生產(chǎn)蒸汽;③高溫?zé)峥諝饣芈酚休^高的熱量損失，對余熱回收利用效率有一定的影響。

(3)方案三。合成氨裝置生產(chǎn)能力大，合成二氣供造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的燃燒量充足且熱值又高，如果吹風(fēng)氣溫度高于250℃，且其中可燃組分體積分數(shù)較高(＞8%)時，一般選擇帶蒸汽過熱器的水管式余熱鍋爐，空氣預(yù)熱器可設(shè)置在余熱鍋爐的出口煙道上，由于余熱鍋爐出口的煙氣溫度較低(＜400℃)，空氣預(yù)熱器可用普通碳鋼制作，還能起到降低排煙溫度的作用。由于燃燒爐出口的高溫?zé)煔鈪^(qū)沒有設(shè)置空氣預(yù)熱器，其高溫位熱能直接用于生產(chǎn)蒸汽，所以余熱回收利用的效率有所提高。方案三工藝流程見圖3。

圖3 方案三工藝流程

方案三的工藝流程所采用的水管式余熱鍋爐帶有蒸汽過熱器，900℃的高溫?zé)煔饪芍苯舆M入鍋爐，生產(chǎn)高溫高壓蒸汽能與全廠蒸汽并網(wǎng)，也可生產(chǎn)低壓蒸汽供造氣系統(tǒng)使用。

(4)方案四。合成二氣供造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的燃燒量充足的企業(yè)，采用水管－熱管組合式余熱鍋爐較為合適。此種流程即使尾部不設(shè)置空氣預(yù)熱器，排煙溫度也能達到排放要求，所以通常采用常溫空氣助燃。此流程既節(jié)省了空氣預(yù)熱器，又不存在熱空氣回路的熱量損失，且高溫位熱能又能直接用于生產(chǎn)蒸汽，所以余熱回收利用的效率也高。方案四工藝流程見圖4。

圖4 方案四工藝流程

4 結(jié)語

本文對造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置空氣預(yù)熱器在流程中位置的設(shè)計進行了探討，各企業(yè)可根據(jù)各自生產(chǎn)裝置的低溫吹風(fēng)氣特性、助燃氣氣量的多少、造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的最終投用目的等，因地制宜地進行設(shè)計，既應(yīng)考慮燃燒工藝的需要，又需全面權(quán)衡余熱回收裝置整體的合理性。只有這樣，造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的運行才能更加趨于合理化，真正起到節(jié)能降耗和減少環(huán)境污染的作用。

2014-05-18)