以煤為原料的合成氨生産總能耗的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

氣潛熱回收項目後，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。随着變換工段采用全低變技術，合成工段副産蒸汽及精煉工段蒸汽消耗的減少，使台成氨生産可達到蒸汽自給，這樣合成氨生産中原料煤耗的高低，直接牽涉到合成氨的生産成本。一般造氣用煤占總成本的5o％以上，甚至高達65％，因此降低造氣的能耗，提高造氣爐的發氣量和有效能利用率是降低台成氨生産總能耗的有效途徑。要降低造氣的能耗，除

了選擇最優化的操作(微機控制、油壓控制閥門動作、2rain循環等)和先進的設備外，主要靠開發利用造氣爐制氣過程中的工藝餘熱和對制氣過程中産生的可燃物的二次利用，以及加強保溫措施、減少熱輻射損失等手段為此，筆者在1988年研制開發了單爐匹配的YR一Ⅱ型三級餘熱利用的工藝和設備。自制的這3套裝置共使用了8年，其中的3台除塵過熱器至今還在使用。由于早已超過了設計使用壽命，必須進行更新但如果仍采用單爐匹配的4套YR一Ⅱ型裝置，則投資費用較大。為了節約資金，改善造氣工段的環境，減少占地面積及簡化流程，決定自行設計研制上下行煤氣集中餘熱回收項目的工藝和設備。這樣造氣工段的爐外設備分為兩大系統：一是吹風氣餘熱(潛熱)回收系統；二是上下行煤氣餘熱集中回收系統從根本上改變了造氣工段的面貌。

上下行煤氣餘熱集中回收器目前有煙道式和熱管式兩種。經仔細分析，煙道式餘熱集中回收器具有阻力低的優點。但阻力

低，煤氣流速必然小，因而雷諾數也必然小，造成總傳熱系數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，集中餘熱回收器的換熱面積要270m以上，這樣勢必造成設備龐大，造價和占地面積也就

大．同時必須解決好上下行煤氣進煙道式集中餘熱回收器之前的除塵和排塵問題。而目前的煙道式集中餘熱回收器的排灰管是插^水池中的濕式下灰倉，在用劣質煤特别是碳化煤球為原料時易造成排灰管堵塞。熱管式集中餘熱回收器具有在低溫下換熱效果好的優點，特别适用于熱源在200℃以下的工況，部分熱管損壞後也能繼續運行。由于在上下行煤氣中有大量粒徑小于100m的灰塵，易在環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杆熱管，則換熱效果有所下降，因而不得不增大換熱面積。采用環形翅片熱管集中餘熱回收器在3爐運行工況下，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餘熱回收器差不多，約為∞萬元。

根據以上分析，本廠仍以餘熱分級回收、按質利用的原則，開發三級餘熱回收式上下行煤氣糸熱集中回收裝置的全套工藝

和設備。

2三級餘熱回收式上下行煤氣餘熱集中回收的設計

從設計要求來看，主要根據造氣爐的工藝要求，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、發氣量大、安全可靠等諸方面的因素。

2．1根據生産工藝要求，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，達到穩定爐溫、提高發氣量的目的。為了減少或不用外供蒸汽，應提高造氣爐自産蒸汽的能力；為了得到更多的自産蒸汽，應提高自産蒸汽設備的進水溫度，廢鍋後面增設水加熱器就是為了達到這個目的，而且充分利用了造氣爐出口氣體的顯熱。

根據上述工藝生産要求，從有效能E的角度分析，能源有不同的等級。總量相同的"熱量"，溫度等級高，其可利用程度就大，即有效能高。E計算式為：E={H一14o}一Tois-So)=Qr1-7"0／

式中：H：焙；S：熵；T：流體溫度。下腳标"o"的為環境溫度為25"(2時的熔、熵和溫度。

以僅利用上下行煤氣顯熱分别過熱飽和蒸汽或自産飽和蒸汽為倒，根據總有效能E=Q(1一／T)，以Q對(1一To／T)作圖，詳見圖1(以噸氨為基準)。從圖1可看出：EFGH區域為蒸汽過熱器回收的有效能，ABC39區域為相應的熱源總有效能；tJg_L區域為廢熱鍋爐回收的有效能，ABtGD區域為相應的熱源總有效能；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，餘熱回收率分别為56％和5o％。

同樣作上下行煤氣顯熱以次過熱飽和蒸汽、自産飽和蒸汽及加熱軟水作為鍋爐、夾套、廢鍋(含吹風氣回收的餘熱鍋爐)的補充軟水的有效能利用圖見圖2(以噸氨為基準)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合回收下行煤氣的有效能，MNYZ與IJKL區有部分重疊，餘熱回收率為83％。

綜上所述，配合造氣工藝生産的要求，分三級集中回收上下行煤氣的顯熱在理論和生産實際上均為最理想的方案。

2．2上下行煤氣餘熱集中回收的工藝流程和特點

2．21工藝流程

本廠共有4台02400造氣爐，3開1備。每台造氣爐各設1台除塵過熱器和停車水封。4台造氣爐合用1台餘熱集中回收器和1

台公用洗氣塔吹風氣分别由除塵過熱器塵和回收部分顯熱後去燃燒爐系統；上行煤氣經除塵過熱器除塵和回收部分餘熱後，進入餘熱集中回收器回收熱量，然後經公用洗氣塔冷卻除塵後去氣櫃；下行煤氣進集塵器并由餘熱集中回收器回收熱量後，再去公用洗氣塔，冷卻除塵後去氣櫃。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本流程的優點

在以碳化煤球為原料時，特别是在大風量、高風壓的工況下，氣體帶出物占入妒總量的l1．2％～l1．3％(塊煤為5％左右)，因而吹風氣中的固相懸浮物濃度已達到8oE／左右。如不經高效的旋風除塵，則造成吹風氣總管磨損和燃燒爐的格子磚、餘熱鍋爐爐膛内灰層堵塞。由于吹風氣和上行煤氣合用一台除塵過熱器，除塵率達到81％以上，避免了上述情況的産生，同時節約了設備投資和占地面積，簡化了流程。造氣爐出口氣體經三級餘熱回收，既符合造氣生産對過飽和蒸汽、自産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，餘熱回收率達到83％以上。上下行煤氣所用換熱設備全部采用煤氣走管間的配置，同時盡可能組裝設備，因而流程較短。系統阻力小于2．5kPa，有利于提高造氣爐的産汽量。每台爐與生産系統隔離采用停車水封的手段。當該台爐停車檢修時，水封内注入水，再加盲闆，可絕對保證安全。缺點是在運行時，阻力略太于雙閥門隔絕，但減少了阗門維修工作量并降低了投資費用。

由于經過了旋風除塵，氣相中殘留的50-200gm的灰塵，其比重比水輕，因而浮在洗氣塔進口管内，造成進氣管堵塞而被迫停車清理。在每台爐配用一台洗氣塔時，約20d左右停爐清理1次。因此這個問題不解決，以碳化煤球等劣質煤為原料時采用集中回收是不現實的，勢必造成至少每個月全廠停車清理1次的後果。為此，在公用洗氣塔進口管上加裝I套攪拌裝置，粉碎和分流浮塵，以利于冷卻水将浮塵帶出公用洗氣塔，保證運行半年以上，在全廠停車時清理。

23上下行煤氣餘熱集中回收設備的結構及特點

(I)除塵過熱器采用旋風除塵器形式，其阻力降一般為0．4-20kPa，适用于分離0．5～1000ptm粒徑的粉塵。該設備中心管内有蒸汽過熱器，過熱器為多波形管束式結構，這種結構适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)加裝鑄鐵塊内村。

(2)集中餘熱回收器采用廢鍋與軟水加熱器組裝成一體的形式，内件為多波形管束式結構。該種結構能延長設備使用壽命，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K值而減少換熱面積，因而降低設備造價。

(3)公用洗氣塔采用組合型半空塔噴淋

結構。洗氣塔和洗氣箱也組合成一體。這種結構适用于煤氣中粉塵量太、粒徑小的場合。在通過3台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℃，冬天時隻有34℃，冷卻效果較好濕式除塵器的除塵粒徑範圍在0．001100m之間，幹法旋風除塵器除塵粒徑範圍在0．5～1000／lm之間，因而公用洗氣塔與除塵過熱器的除塵粒徑範圍在0．5～100btm之間重疊。由此可确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适當降低除塵器的除塵效率，因而有利于降低氣體的流速。而設備的阻力與流速的平方成正比，降低流速就是降低設備阻力，也就提高了造氣爐的發氣量。

(4)除塵過熱器和集中餘熱回收器的下灰系統采用油壓控制機構。除塵過熱器的下灰與造氣爐的下渣聯鎖同步，這樣可确保除塵過熱器的下灰次數，以免灰倉容納不下而造成二次夾帶到後續系統中去。為保證粉塵的自動流出，灰倉内設一斜闆，斜闆的傾角根據粉塵的靜止安息角為20o來确定，故斜闆傾角應大于300。因粉塵數量為125～250k

h之間，因此灰倉容積以此為設計依據。

3上下行煤氣餘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：首先除塵過熱器的除細灰能力較盲腸集塵器強．小于200／lm粒徑的灰塵絕對量，分别為1290kg／d和183．96kg／d，絕對量增加7倍；其次，每天減少3500的灰塵進入後續設備，減輕了造氣污水閉路循環的負荷。

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象，則是由于以碳化煤球為原料所形成的灰屑的機械強度較低，在旋轉過程中進一步粉化所造成的。除塵過熱器的除塵效果為80．2％。

32餘熱回收效果

經化工部節能服務中心上海分站測定：蒸汽過熱器每噸氨回收的熱量為534，6kJ；集中餘熱回收器上部廢鍋每噸氨回收的

熱量為516．6k1；集中餘熱回收器下部軟水加熱器每噸氨回收的熱量為215．7k1；噸氨合計回收熱量12670kI；以進公用洗氣塔的上下行煤氣溫度為170℃計，則餘熱回收率為95％以進公用洗氣塔上下行煤氣溫度為140℃計，則餘熱回

收率為85％。這說明集中餘熱回收的出口溫度偏高3o℃，應适當增加集中餘熱回收器的換熱面積。

3．3系統阻力降

經化工部節能服務中心上海分站測定：除塵過熱器吹風時為Ap=0．78kPa；上吹時為Ap=023kPa。集中餘熱回收器上吹時Ap=0．7kPa。公用洗氣塔上吹時Ap=0．9kPa。下吹阻力遠小于上吹阻力，故忽略不計。整個系統上吹時阻力為1．83kPa。4上下行煤氣餘熱集中回收的經濟效益(1)節約标煤(以合成氨1．酷萬c／a計)回收上下行煤氣的顯熱量相當于節約标煤827．5c。提高蒸汽分解率5％，相當于節約标煤量187．96t減少每循環吹風時間3％，相當節約标煤量46084t。全年可節約标煤為1476t。以每噸标煤42,0元計，則全年節約62萬元。

(2)洗氣塔減少了2／3台。改為使用公用洗氣塔後，節約冷卻水量60t／h，相當于全年節約10．1萬元。

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