CN101050388A - 新型造气炉吹风气回收系统和利用该系统的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种造气炉吹风气回收系统及其回收工艺。本发明提供一种新型造气炉吹风气回收系统，设置有引风机和第一空气预热器，所述第一空气预热器是热管式空气预热器；第一空气预热器后还设置有第二空气预热器，即火管式空气预热器，采用上燃式燃烧炉，该上燃式燃烧炉选用高铝质耐火砖，筒体部分采用一层耐火砖、一层硅酸铝纤维砖和一层硅酸铝纤维板，炉顶采用水泥浇筑，设置有除尘器，采用吹风气自控方案，保证了系统的正常高效运行。

Description

新型造气炉吹风气回收系统和利用该系统的新工艺
技术领域
本发明涉及气体回收系统及其回收工艺，特别是涉及一种造气炉吹风气回收系统及其回收工艺。
背景技术
氮肥生产过程中，需要利用造气炉生产半水煤气。目前，大多数氮肥生产企业采用φ3.3mUGI造气炉，由于吹风气温度一般控制在350℃左右，而吹风气安全燃烧的最低温度为650℃，吹风气不能安全燃烧。
目前，大多数氮肥生产企业均将氮肥生产过程中的吹风气高空排放。不仅浪费了大量热能，使合成氨系统的蒸汽不能自给，造成原煤消耗高，还污染了环境。也有一部分企业采用了造气炉吹风气回收系统对造气炉吹风气进行回收利用。
由于烟气的露点温度为160℃，为了避免H2SO4对金属的腐蚀，目前应用的造气炉吹风气回收系统设计排烟温度一般不小于180℃，浪费了大量热能。
目前应用的造气炉吹风气回收系统中，空气配风的温度低，不利于燃烧炉的安全运行，时常出现燃烧炉爆炸等问题，不利于设备的长期运行，并且严重威胁操作人员的安全。
目前应用的造气炉吹风气回收系统中，余热锅炉和空气预热器常有积灰堵塞现象。设备积灰后不但降低了传热系数，而且增加了系统阻力，严重影响了煤气炉的吹风强度，降低了蒸汽产量。
燃烧炉是造气炉吹风气回收系统的关键设备，它决定了整个造气炉吹风气回收系统能否安全、高效、长周期运行。目前应用的造气炉吹风气回收系统中的燃烧炉耐热性能差，并且比较笨重。因此，对燃烧炉的改造也就成为对整个造气炉吹风气回收利用装置改造的关键。
目前应用的造气炉吹风气回收系统中，空气预热系统采用火管式，在使用中常有结灰现象，既影响了传热效果，又增加了系统阻力。
造气炉吹风气回收系统中若不设引风机，整个系统均为正压运行，就会降低UGI造气炉的吹风强度，影响造气炉的产气量，进而影响合成氨的产量。由于没有引风机，还会引起换热器面积减小，热回收能力下降；燃烧炉的热量不能及时传递，造成产汽量不稳并且偏低；燃烧吹风气的热量完全集中在燃烧炉的上部和局部格子砖上使炉膛内单位容积热负荷过高，不但造成燃烧炉热量损失增加，而且会使燃烧炉上部空间的耐火材料和炉顶受到破坏。
由于煤气炉所送吹风气是间歇的，若引风机引风和鼓风机配风与吹风气不同步，会造成吹风气回收利用系统正负压波动大，影响设备的安全运行；会从燃烧炉上顶口抽入大量常温空气，带走系统大量热量。而且，引风机的长时间连续运行也会增加系统的电耗。
发明内容
本发明提供的新型造气炉吹风气回收系统和利用该系统的新工艺，解决了当前造气炉吹风气的回收利用工艺存在的上述问题，从而实现减少污染和节能降耗的目的，并提高了操作的安全性。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种新型造气炉吹风气回收系统，设置有引风机和第一空气预热器，所述第一空气预热器是热管式空气预热器；第一空气预热器后还设置有第二空气预热器，即火管式空气预热器。
作为优化，所述新型造气炉吹风气回收系统采用上燃式燃烧炉，该上燃式燃烧炉选用高铝质耐火砖，筒体部分采用一层耐火砖、一层硅酸铝纤维砖和一层硅酸铝纤维板，炉顶采用水泥浇筑。
作为优化，所述新型造气炉吹风气回收系统还设置有除尘器。
作为优化，所述新型造气炉吹风气回收系统采用吹风气自控方案：微机信号通过电磁阀控制油路，以吹风气为信号，控制配风量和引风量，当送吹风气时，配风阀和引风阀同时打开，当停吹风气时，配风阀和引风阀同时关闭。
本发明还提供一种利用上述新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，包括如下步骤：
1)鼓风机鼓入的空气进入空气预热器预热；
2)预热后的热空气分别补充入驰放气和吹风气；
3)驰放气和吹风气进入燃烧炉燃烧；
4)燃烧后混合气体进入余热锅炉，与脱盐水交换热量，使脱盐水形成蒸汽；
5)在余热锅炉内与脱盐水交换热量后进入空气预热器，与鼓风机鼓入的空气
交换热量，待其温度降至140℃时由引风机引出放空。
作为优化，步骤1)鼓风机鼓入的空气依次经过第一空气预热器和第二空气预热器进行预热。
作为进一步优化，步骤4)燃烧后混合气体进入余热锅炉前先经过除尘器进行除尘。
作为更进一步优化，除尘后的混合气体进入余热锅炉前，先进入第二空气预热器与第一空气预热器来的空气交换热量。
本发明所实现的技术效果如下：
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统，将排烟温度降为140℃，节约了大量的热能。由于UGI造气炉采用无烟煤作为原料，吹风气中H2S含量甚低，经研究测算、查阅资料，对国内外工艺进行比较，其产生的腐蚀较小。
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统，在预热锅炉前设置有火管式二次空气预热器，提高了配风温度，使空气一进入燃烧室就达到了着火点，避免了爆炸现象的发生。
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统，在燃烧炉后设置有除尘器，吹风气中夹带的少量细灰可在此得到沉降，保证了系统的正常运行。
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统采用的上燃式燃烧炉，不仅保温效果好，而且重量轻，保证了系统的正常高效运行。
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统，第一空气预热器采用热管技术，不易结灰、结垢，也不易发生腐蚀。
本发明所提供的造气炉吹风气回收系统，后段设置有引风机，使整个系统呈微负压，气体燃烧充分，系统阻力较小，热量传递稳定。
本发明提供的利用所述新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，采用了一个吹风气的自控方案，实现了以吹风气为信号控制配风和引风的目的，不仅节约了操作消耗，而且保证了设备安全、可靠、长周期运行。
附图说明
图1：造气炉吹风气回收利用系统流程图。
具体实施方式
为了更具体的对本发明所提供的造气炉吹风气回收系统和利用该系统的新工艺进行公开和说明，本发明提供以下具体实施例，但实施例的内容不应视为对发明内容和技术方案的限定与约束。
所用设备均购自德州德化装备有限公司。
实施例所用造气炉为φ3.3mUGI造气炉。
采用的装置如下：
燃烧炉：型号S50-0005；咽气量70000Nm3/h；延期出口温度920℃；炉内温度1000℃；规格φ4800(内)×19500。
余热锅炉：型号HG-F3400-3；外型尺寸25370×3400×10550；烟气温度880℃-200℃；蒸汽发生量25t/h(T＝450℃，P＝3.82MPa)。
引风机(附电机：Y355-6，200KW，380V，960rpm)：型号Y4-73No18D；流量121830-169910m3/h；全风压2908-2790Pa；烟气温度150℃；旋转方向右旋。
鼓风机(附电机：Y315S-4，110KW，450rpm，380V)：型号9-19No12.5D；流量21380-30181m3/h；全风压9068-7822Pa；旋转方向右旋。
实施例1：
本实施例新型造气炉吹风气回收系统采用吹风气自控方案：微机信号通过电磁阀控制油路，以吹风气为信号，控制配风量和引风量，当送吹风气时，配风阀和引风阀同时打开，当停吹风气时，配风阀和引风阀同时关闭。
本实施例的流程如图1所示，具体描述如下：
1)鼓风机鼓入的空气依次经过第一空气预热器和第二空气预热器，空气预热至400℃；
2)预热后的热空气分别补充入驰放气和吹风气；
3)驰放气和吹风气进入燃烧炉燃烧；
4)燃烧后的混合气体进入除尘器；
5)除尘后的混合气体进入第二空气预热器与第一空气预热器来的空气交换热量后，880℃的热混合气体进入余热锅炉；
6)880℃的热混合气体在余热锅炉内与105℃脱盐水交换热量，使脱盐水形成3.82MPa的蒸汽；
7)在余热锅炉内与脱盐水交换热量后进入第一空气预热器，在第一空气预热器内与鼓风机鼓入的空气交换热量，待其温度降至140℃时由引风机引出放空。
新型造气炉吹风气回收系统的吹风气采用自控方案：微机信号通过电磁阀控制油路，以吹风气为信号，控制配风量和引风量，当送吹风气时，配风阀和引风阀同时打开，当停吹风气时，配风阀和引风阀同时关闭。
对本实施例工艺流程的总热量及产蒸汽量进行计算如下：
1)吹风气热量计算φ3.3mUGI造气炉吹风气总量为47000Nm3/h，压力为1KPa，气体成分见表1：
表1：φ3.3mUGI造气炉吹风气气体成分
  气体组分     CO   H2   CH4   CO2   O2  N2
  成分     7％   2％   0.5％   15.5％   1.5％  73.5％
  气量(Nm3/h)     3290   940   235   7285   705  34545
根据吹风气的成分，计算吹风气的潜热为260Kcal/Nm3，吹风气每小时带出的潜热量为1.69×107Kcal。吹风气的温度为350℃，吹风气回收装置排烟温度为140℃，此温度下气体的平均比热为0.32Kcal/Nm3℃，吹风气每小时带出的显热量为4.37×106Kcal。吹风气每小时带出的总热量为2.13×107Kcal。
2)弛放气热量计算
合成氨驰放气流量为1500Nm3/h，温度为30℃，压力＜10KPa，气体成分见表2：
表2：合成氨驰放气的气体成分
  气体组分     H2     CH4     NH3     N2+Ar
  成分     24.6％     24.8％     0.02％     50.58％
  气量(Nm3/h)     369     372     0.3     758.7
根据驰放气的成分计算出每小时带出的总热量为：1.98×106Kcal。
3)蒸汽产量计算。
理论计算上述可燃气体完全燃烧需要空气量为25677Nm3/h，为了保证可燃气体燃烧充分，根据经验，空气按过量10％考虑，则需要的空气量为2.83×104Nm3/h。空气温度为25℃，压力为0.1MPa，查出空气再此状态下的焓值为8.14Kcal/Nm3，计算得出空气每小时带入的热量为1.9×105Kcal。
根据经验，取锅炉的进水量为20t/h，进水温度为105℃，水的焓值为100.8Kcal/kg，计算得出水每小时带入的热量为2.02×106Kcal。
吹风气回收系统排放烟气温度为140℃，经计算，烟气排放量为9.3×104Nm3/h，查出此温度下烟气的平均比热为0.364Kcal/Nm3℃，计算得出烟气每小时带出的热量为4.74×106Kcal。
我们要求生产的蒸汽压力为3.82MPa，温度为450℃，此蒸汽的焓值为820Kcal/kg。按经验，热效率取80％，计算出蒸汽每小时的产量为20.2t/h。
利用本发明提供的新型造气炉吹风气回收系统和利用该系统的新工艺，每台ф3.3mUGI造气炉每年可节煤2.18万吨，发电196万度，并且减少了有害气体对环境的污染，具有良好的经济效益和社会效益。
实施例2：
本实施例的工艺流程如下：
1)鼓风机鼓入的空气依次经过第一空气预热器和第二空气预热器，空气预热至400℃；
2)预热后的热空气分别补充入驰放气和吹风气；
3)驰放气和吹风气进入燃烧炉燃烧；
4)燃烧后的混合气体进入第二空气预热器与第一空气预热器来的空气交换热量后，880℃的热混合气体进入余热锅炉；
5)880℃的热混合气体在余热锅炉内与105℃脱盐水交换热量，使脱盐水形成3.82MPa的蒸汽；
6)在余热锅炉内与脱盐水交换热量后进入第一空气预热器，在第一空气预热器内与鼓风机鼓入的空气交换热量，待其温度降至140℃时由引风机引出放空。
本实施例造气炉吹风气回收工艺对造气炉吹风气的回收效果明显优于现有造气炉吹风气回收工艺的回收效果。

Claims (10)

1.一种新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：设置有引风机和第一空气预热器，所述第一空气预热器为热管式空气预热器。
2.根据权利要求1所述的新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：所述第一空气预热器后还设置有第二空气预热器，即火管式空气预热器。
3.根据权利要求2所述的新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：采用上燃式燃烧炉，该上燃式燃烧炉选用高铝质耐火砖，桶体部分采用一层耐火砖、一层硅酸铝纤维砖和一层硅酸铝纤维板，炉顶采用水泥浇筑。
4.根据权利要求3所述的新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：该系统设置有除尘器。
5.根据权利要求4所述的新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：采用吹风气自控方案。
6.根据权利要求5所述的新型造气炉吹风气回收系统，其特征在于：所述的吹风气自控方案为：微机信号通过电磁阀控制油路，以吹风气为信号，控制配风量和引风量，当送吹风气时，配风阀和引风阀同时打开，当停吹风气时，配风阀和引风阀同时关闭。
7.一种利用权利要求1-6所述任一新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，其特征在于包括如下步骤：
1)鼓风机鼓入的空气进入空气预热器预热；
2)预热后的热空气分别补充入驰放气和吹风气；
3)驰放气和吹风气进入燃烧炉，燃烧；
4)燃烧后混合气体进入余热锅炉，与脱盐水交换热量，使脱盐水形成蒸汽；
5)在余热锅炉内与脱盐水交换热量后进入空气预热器，与鼓风机鼓入的空气交换热量，待其温度降至140℃时由引风机引出放空。
8.根据权利要求7所述的利用新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，其特征在于：步骤1)鼓风机鼓入的空气，依次经过第一空气预热器和第二空气预热器进行预热。
9.根据权利要求8所述的利用新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，其特征在于：步骤4)燃烧后混合气体进入余热锅炉前，先经过除尘器进行除尘。
10.根据权利要求9所述的利用新型造气炉吹风气回收系统的新工艺，其特征在于：除尘后的混合气体进入余热锅炉前，先进入第二空气预热器与第一空气预热器来的空气交换热量。
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