第三代吹風(fēng)氣回收裝置

1、第三代吹風(fēng)氣回收裝置三廢流化混燃爐的使用和推廣山東臨沂正大熱能研究所 王子國一、三廢流化混燃爐概述三廢流化混燃爐（第三代造氣吹風(fēng)氣回收裝置），是將造氣生產(chǎn)過程產(chǎn)生的吹風(fēng)氣、造氣爐渣、造氣除塵器細(xì)灰等，摻配入部分煤矸石、煙煤、無煙煤粉沫，在爐內(nèi)流化燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔饧袩崃炕厥盏难b置。第一代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃蓄熱式，利用高熱值合成氣燃燒蓄熱后，來燃燒低熱值的造氣吹風(fēng)氣，回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，保護(hù)環(huán)境。第二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃改進(jìn)式或中燃式，在第一代的基礎(chǔ)上，增加了燃燒噴頭，減少了爐內(nèi)格子磚，或者采用折流式煙氣拱型通道蓄熱，使?fàn)t內(nèi)的阻力大為減小，減小了造氣爐送吹風(fēng)

2、階段的阻力，煙氣燃燒更為完全，使造氣系統(tǒng)蒸汽達(dá)到了自給。第三代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，也就是造氣三廢流化混燃爐，其燃燒形式是混燃式，它和第二代相比又有了突破性的發(fā)展，設(shè)計(jì)更加合理，技術(shù)更為先進(jìn)，使用更加可靠，2001年已授予國家專利，專利號(hào)為ZL 01215849.6。它的設(shè)計(jì)，運(yùn)用了沸騰床的燃燒特性，借用循環(huán)流化床鍋爐的返料回收技術(shù)，采用了吹風(fēng)氣余熱鍋爐的模式，對(duì)造氣產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢灰能夠達(dá)到同時(shí)混燃，故又可稱做“雙能源吹風(fēng)氣余熱鍋爐”，或第三代吹風(fēng)氣余熱鍋爐。三廢流化混燃爐在燒吹風(fēng)氣時(shí)，該爐將成為一臺(tái)吹風(fēng)氣余熱鍋爐，單獨(dú)燒煤、煤矸石、煤渣等時(shí)將成為一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，渣、氣、煤混燒將成為氣

3、、固流化混燃爐。造氣三廢流化混燃爐系統(tǒng)，其綜合性能遠(yuǎn)大于第一、二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，是目前解決合成氨尿素甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，兩煤變一煤、兩爐變一爐的唯一方案。二、三廢流化混燃爐燃燒流程、機(jī)理與設(shè)備構(gòu)成 三廢流化混燃系統(tǒng)的燃燒部分由兩臺(tái)設(shè)備組成，一臺(tái)是三廢流化混燃爐，另一臺(tái)是組合式除塵器；熱量回收部分由蒸汽過熱器、余熱鍋爐、省煤器、空氣預(yù)熱器、爐內(nèi)水冷件組成；煙氣洗滌排放部分由水膜除塵器和煙囪組成。三廢流化混燃爐采用鋼制外殼，下部為沸騰流化床，混合渣、煤在床內(nèi)混燃，結(jié)構(gòu)上分風(fēng)帽、布風(fēng)板、風(fēng)室、觀火孔、加煤口、返料口、自動(dòng)油氣點(diǎn)火系統(tǒng)。中部為吹風(fēng)氣預(yù)混燃燒進(jìn)口、合成放空氣高溫燃燒噴頭等。除塵器采用頂進(jìn)

4、底排氣式高溫旋風(fēng)除塵器。旋風(fēng)段中心筒采用耐高溫不銹鋼1Cr20Ni14Si2制作的旋流筒，或者采用耐高溫耐磨澆注料澆注、耐高溫不銹鋼板1Cr25Ni20組成的水冷旋流筒，底部為沉降式水封。三廢流化混燃爐可以根據(jù)不同的要求做成各種規(guī)格型號(hào)，在蒸汽噸位上分：10噸/時(shí)、25噸/時(shí)、35噸/時(shí)、50噸/時(shí)等；在壓力上分：1.27 MPa、2.5 MPa、3.82 MPa、5.29 MPa等。三、三廢流化混燃爐的特點(diǎn)三廢流化混燃爐同第一、二代造氣吹風(fēng)氣余熱鍋爐相比有如下特點(diǎn)：1. 運(yùn)行安全性能高第一代或第二代吹風(fēng)氣燃燒爐均需要點(diǎn)火氣源，低于650時(shí)吹風(fēng)氣就不能燃燒，送入吹風(fēng)氣就會(huì)發(fā)生爆炸，另外造氣吹風(fēng)

5、氣座板閥開關(guān)頻繁，關(guān)閉不嚴(yán)煤氣進(jìn)入燃燒爐在配風(fēng)閥來不及調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)生爆炸的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。如山東某化肥廠新建的一套30噸的吹風(fēng)氣燃燒爐，在點(diǎn)火烘爐時(shí)操作不當(dāng)產(chǎn)生爆炸，整套系統(tǒng)除鍋爐本體外全部損壞，重新投資近100萬元花費(fèi)二個(gè)多月的時(shí)間才修復(fù)，其它廠爆炸的情況也經(jīng)常發(fā)生。三廢流化混燃爐是以煤為點(diǎn)火源，始終是長明火，不會(huì)存在爆炸現(xiàn)象；另外三廢流化混燃爐在煤的燃燒過程中，溫度高且有氧氣過剩，若有多余的煤氣送入時(shí)只能繼續(xù)燃燒，不會(huì)發(fā)生任何爆炸現(xiàn)象。河北正元冀中化工的第一臺(tái)三廢流化混燃爐運(yùn)行2年多來，從未發(fā)生過爆燃現(xiàn)象，可見三廢流化混燃爐是極其安全可靠的，完全解決了第一代、第二代吹風(fēng)氣燃燒爐的爆炸問題，徹底

6、改變了造氣吹風(fēng)氣回收運(yùn)行的不安全狀態(tài)。2. 充分利用三廢資源、環(huán)保效益好三廢流化混燃爐，可回收任何合成氨尿素甲醇企業(yè)的任何煤種固定層造氣爐產(chǎn)生的吹風(fēng)氣，可回收造氣產(chǎn)生的爐渣、細(xì)灰、煤矸石，可回收脫碳廢氣、提氫廢氣等，既解決了環(huán)保問題又產(chǎn)出高位能的蒸汽，為企業(yè)創(chuàng)造最大的社會(huì)效益和環(huán)保效益。3. 一爐多用、減少投資 、便于管理一爐多用、一爐多能，可停掉能耗高的鍋爐，只開一套三廢流化混燃爐，可節(jié)約能源，提高效率，減掉部分操作人員，備品備件大量減少，減少了運(yùn)行費(fèi)用 。一臺(tái)鍋爐的投入，多臺(tái)鍋爐的收益，便于生產(chǎn)集中管理。一臺(tái)三廢流化混燃爐的功能可代替一臺(tái)吹風(fēng)氣余熱鍋爐和一臺(tái)流化床鍋爐，可減少建設(shè)投資一半以

7、上。甲醇、尿素生產(chǎn)只用一臺(tái)三廢流化混燃爐，就可滿足全廠用汽，和常規(guī)建設(shè)相比投資減少70%以上。小型尿素廠和綜和煤化工廠，一臺(tái)三廢流化混燃爐就能達(dá)到全廠蒸汽自給，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)的兩爐變一爐和兩煤變一煤的目標(biāo)。4. 少用也可完全不用合成放空氣三廢流化混燃爐徹底擺脫了回收吹風(fēng)氣時(shí)對(duì)合成放空氣等點(diǎn)火氣的依賴，它也可完全不用合成氣，也可配燒其它低熱值回收的氣體，如變壓吸咐的逆放氣等。避免了因合成氣緊張，造成造氣吹風(fēng)氣系統(tǒng)不穩(wěn)，吹風(fēng)氣產(chǎn)汽量不穩(wěn)又造成全廠生產(chǎn)系統(tǒng)波動(dòng)的操作狀況。5. 燃燒系統(tǒng)阻力低、不積灰、提高造氣吹風(fēng)效率第一代吹風(fēng)氣燃燒爐內(nèi)部采用大量的西門子格子磚來貯熱，西門子格子磚很易堵塞，致使造氣吹

8、風(fēng)效率下降被迫停爐清灰。第二代吹風(fēng)氣燃燒爐亦不能完全解決燃燒爐內(nèi)積灰問題，由于燃燒溫度低，所以不能燃燒隨吹風(fēng)氣帶入的白煤粉末，最后不得不在引風(fēng)機(jī)后加污水洗滌去掉煤粉。有的在燃燒爐前設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器，雖能解決燃燒爐內(nèi)積灰堵塞問題，但隨之帶來了極細(xì)的燃燒粉末緊密圍結(jié)在鍋爐換熱管上，大大降低了鍋爐的傳熱效率，使鍋爐的產(chǎn)汽量大幅度降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到鍋爐額定負(fù)荷。三廢流化混燃爐完全取消爐內(nèi)格子磚，不再使用耐火材料來貯熱保證吹風(fēng)氣的點(diǎn)燃，故燃燒系統(tǒng)阻力低、不積灰。6. 熱能回收合理、蒸汽量大、品位高、可配套發(fā)電 三廢流化混燃爐不僅回收造氣吹風(fēng)氣燃燒余熱，還燃燒造氣爐渣、造氣除塵器細(xì)灰、煤矸石、煙煤、無煙煤粉

9、沫等，故蒸汽產(chǎn)量可設(shè)計(jì)的比較大，由于不設(shè)高溫空氣預(yù)熱器，使熱量回收更加合理。三廢流化混燃爐回收蒸汽量平穩(wěn)、熱焓高，配備背壓式汽輪發(fā)電機(jī)不僅滿足全廠用汽，還可提高企業(yè)的自發(fā)電率，增加企業(yè)的盈利能力。7. 操作穩(wěn)定性好三廢流化混燃爐燃煤、燃?xì)馔瑫r(shí)進(jìn)行，具有熱量互補(bǔ)作用。燃煤穩(wěn)定的情況下，對(duì)于吹風(fēng)氣來講是一個(gè)恒定的熱源，無須考慮合成放空氣量的多少影響爐溫，避免了因合成放空氣量的不穩(wěn)定而導(dǎo)致吹風(fēng)氣運(yùn)行不正常的現(xiàn)象。吹風(fēng)氣燃燒正常的情況下，即使燃煤稍有變化，吹風(fēng)氣的熱量也能起補(bǔ)充作用。在加煤變化的情況下，爐溫的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于循環(huán)流化床鍋爐，因而操作的難度比循環(huán)流化床鍋爐小的多。8. 使用壽命長三廢流化混

10、燃爐，燃煤系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)襯均為硅酸鋁纖維磚、硅酸鋁纖維棉、二級(jí)高鋁耐火磚、耐高溫耐磨涂料組成的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，并采用獨(dú)特的防沖刷、防穿透、防膨脹防龜裂施工工藝進(jìn)行砌筑。沸騰段采用耐高溫耐磨高強(qiáng)澆注料及可塑料，混燃爐及組合式除塵器頂部采用球頂二級(jí)高鋁磚砌成并加硅酸鋁纖維磚棉復(fù)合保溫。以確保燃燒爐和除塵器外殼溫度最低，減少熱損失，延長設(shè)備的使用壽命。第一第二代吹風(fēng)氣燃燒爐設(shè)備內(nèi)襯，基本上均采用粘土耐火磚進(jìn)行筑爐，強(qiáng)度低、保溫效果差，燒壞燃燒爐殼體的情況時(shí)有發(fā)生，一次性投資雖然低，但使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三廢流化混燃爐。三廢流化混燃爐燃煤部分設(shè)計(jì)煙氣流速小于4m/s，煙氣中的燃煤粉末對(duì)爐體的沖刷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于循環(huán)流化

11、床鍋爐，故使用壽命亦遠(yuǎn)超出循環(huán)流化床鍋爐數(shù)倍。四、三廢流化混燃爐適用企業(yè)三廢流化混燃爐比第一、第二代吹風(fēng)氣回收系統(tǒng)適用企業(yè)更加廣泛1. 更適合需要提高產(chǎn)量降低消耗的甲醇生產(chǎn)企業(yè)、特別是單醇企業(yè)甲醇生產(chǎn)與合成氨不同。合成氨生產(chǎn)過程中，合成放空氣中CH4含量15%左右，合成放空氣、馳放氣經(jīng)除氨提氫（氫回收率85%）后，CH4含量一般能達(dá)到30%左右，低位發(fā)熱值3500 kcal/Nm3左右，屬高熱值氣體，點(diǎn)燃低熱值的造氣吹風(fēng)氣是完全可行的。而甲醇生產(chǎn)合成放空氣中CH4含量只有5-7%，合成放空氣、馳放氣經(jīng)除氨提氫（氫回收率85%）后，CH4含量一般能達(dá)到12%左右，低位發(fā)熱值300 kcal/Nm

12、3左右，屬于低熱值氣體，無法點(diǎn)燃更低熱值的造氣吹風(fēng)氣。例如湖北某甲醇廠，為了把原有的第二代造氣吹風(fēng)氣燃燒爐開好，將合成放空氣大約一半的氣量不經(jīng)提氫，直接送到吹風(fēng)氣燃燒爐內(nèi)燒掉，未經(jīng)提氫燒掉的氫氣量，折算成甲醇，每天少產(chǎn)多達(dá)10噸以上。又如河南某甲醇廠，不愿把氫氣送入造氣燃燒爐燒掉（確實(shí)太可惜），只有用水煤氣當(dāng)做造氣吹風(fēng)氣的點(diǎn)火氣來維持正常生產(chǎn)，經(jīng)計(jì)算每天少產(chǎn)甲醇近18噸。另外甲醇精餾需要消耗大量蒸汽，總體平衡噸醇還需1.31.5噸蒸汽，若采用第一第二代吹風(fēng)氣回收系統(tǒng)，還必須再投資建設(shè)一臺(tái)鍋爐，滿足生產(chǎn)需要，造成了投資和管理難度的增加。三廢流化混燃爐是以燃煤燃渣為點(diǎn)火源的，可少用或不用合成點(diǎn)火氣

13、，不消耗H2和水煤氣，加之阻力低使造氣吹風(fēng)效率提高，因而甲醇產(chǎn)量將提高20%以上。它徹底擺脫了回收吹風(fēng)氣時(shí)對(duì)合成放空氣等點(diǎn)火氣的依賴，采用三廢流化混燃爐與采用第二代吹風(fēng)氣燃燒爐加循環(huán)流化床鍋爐總投資相比，其投入減少70%，且甲醇產(chǎn)量將提高20%，是配套甲醇企業(yè)回收造氣吹風(fēng)氣的必選設(shè)備。2. 更適合合成氨尿素甲醇全廠余熱回收蒸汽不能自給、蒸汽有缺口需新上鍋爐的企業(yè)一般合成氨企業(yè)，在裝置比較配套、觸媒活性比較好的情況下，吹風(fēng)氣回收生產(chǎn)的蒸汽可滿足造氣使用且有點(diǎn)過剩，合成廢鍋副產(chǎn)的蒸汽供變換還有剩余，全廠可比較容易實(shí)現(xiàn)蒸汽平衡。但一些裝置不配套、觸媒活性不很好的合成氨企業(yè)，蒸汽消耗量就比較大，很難達(dá)

14、到蒸汽平衡。另外尿素甲醇企業(yè)即使完全回收吹風(fēng)氣全廠還有很大的蒸汽缺口，必須通過燃煤燃渣鍋爐來解決。很多合成氨尿素企業(yè)，都是通過逐漸改造擴(kuò)產(chǎn)來的，鍋爐都有多臺(tái)，運(yùn)行效率低、操作人員多、管理煩雜、蒸汽產(chǎn)量不足，嚴(yán)重阻礙了企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)的需要。一些市區(qū)周圍地區(qū)的合成氨企業(yè)，按城市環(huán)保要求，城區(qū)進(jìn)行集中供熱規(guī)劃，凡熱網(wǎng)所及范圍內(nèi)必須使用熱網(wǎng)的汽源，不允許新建分散燃煤鍋爐。使用集中供熱的蒸汽不僅價(jià)格高，而且有時(shí)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響著企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著燃煤價(jià)格的提高，全廠系統(tǒng)蒸汽平衡對(duì)企業(yè)的整體效益占到越來越大的比重。以上類型的企業(yè)，采用三廢流化混燃爐就是最好的選擇，它充分利用造氣的三廢資源，既符合城市環(huán)保發(fā)

15、展要求又產(chǎn)出高位能的蒸汽，為企業(yè)創(chuàng)造最大的效益提供了有力保障。3. 更適合放空氣、馳放氣外供城市煤氣，半水煤氣甲烷含量低等導(dǎo)致回收吹風(fēng)氣時(shí)點(diǎn)火氣不足的合成氨企業(yè)有的合成氨尿素企業(yè)，合成放空氣馳放氣外供城市煤氣，用第一、第二代吹風(fēng)氣回收時(shí)就不得不開半水煤氣進(jìn)行維持燃燒爐爐溫，白白燒掉了合成氨尿素產(chǎn)量。采用三廢流化混燃爐可不燒或少燒合成氣，故合成氨產(chǎn)量可提高5-10%。采用山西煤為造氣原料的大部分企業(yè)，使用第二代吹風(fēng)氣燃燒爐回收吹風(fēng)氣時(shí)，合成氣中的甲烷可以滿足要求。而采用其它省份的煤就有明顯的不足，如我國的西南地區(qū)采用貴州煤，在制氣過程中的甲烷值偏低或較少，僅靠合成氣無法維持燃燒爐爐溫，需多燒合成

16、氫氣或配燒煤氣，造成合成氨產(chǎn)量低。有的6臺(tái)造氣爐生產(chǎn)，只能回收3臺(tái)爐的造氣吹風(fēng)氣，不僅造成能源的白白浪費(fèi)，還污染了環(huán)境。五、三廢流化混燃爐的工業(yè)應(yīng)用目前已開車和在建的三廢流化混燃爐有10余套：兩套是50噸的裝置、五套是35噸裝置、三套是25噸的裝置、兩套15噸的裝置，其中九套是3.82MPa、450的中溫中壓蒸汽配套發(fā)電裝置的系統(tǒng)。進(jìn)入咨詢考察論證洽談三廢流化混燃爐的企業(yè)有近30家，大有全國普及之勢。1、河北正元集團(tuán)冀中化工是一個(gè)綜合煤化工企業(yè)，化工產(chǎn)品較多，合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇，蒸汽用量大，四臺(tái)鍋爐全開只能滿足生產(chǎn)要求，消耗高，效益差。為改變這一現(xiàn)狀，該廠決定采用三廢流化混燃爐，自2002年5月開

17、工建設(shè)，9月底投入使用。該裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)蒸汽參數(shù)為：Q=25噸/時(shí)、P=3.82MPa、T=450，經(jīng)背壓發(fā)電（二期工程目前正在安裝）后的低壓蒸汽供全廠使用。四臺(tái)造氣爐吹風(fēng)氣全部送入混燃爐燃燒，配燒30%的造氣爐渣、30%的煤矸石、30%的高硫無煙煤沫和10%造氣細(xì)灰，燃渣、燃煤按18噸/時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，開車運(yùn)行正常后，蒸發(fā)量2728噸/時(shí)，最高時(shí)達(dá)到29噸/時(shí)，經(jīng)背壓發(fā)電后的低壓蒸汽其6噸/時(shí)供造氣使用，19噸/時(shí)供全廠化工產(chǎn)品用汽。原冬季開四臺(tái)鍋爐，2臺(tái)10噸/時(shí)和2臺(tái)6噸/時(shí)，春、夏、秋開3臺(tái)鍋爐現(xiàn)在可全部停掉,僅節(jié)煤一項(xiàng)全年增效1300萬元以上，收到了非常好的效果。2、山東久泰化工科技股份有限

18、公司，是一個(gè)科技型企業(yè)，主產(chǎn)品是甲醇、二甲醚。一期工程是5萬噸甲醇3萬噸二甲醚，該工程的鍋爐部分，采用了一臺(tái)35噸/時(shí)、3.82MPa、450的三廢流化混燃爐，已投產(chǎn)一年。共有6臺(tái)造氣爐，正常生產(chǎn)開4-5臺(tái)爐，燃渣、燃煤部分按25噸設(shè)計(jì)，產(chǎn)出的蒸汽為3.82MPa、450的，經(jīng)蒸汽汽輪機(jī)拖動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)（省掉電動(dòng)機(jī)）滿足甲醇生產(chǎn)，其背壓后的蒸汽供造氣、甲醇精餾、二甲醚精餾使用。該廠5萬噸的生產(chǎn)裝置，實(shí)際生產(chǎn)能力7.5-8萬噸，比設(shè)計(jì)產(chǎn)量提高了50%，甲醇原料煤消耗1150-1220 kg/t粗醇，折精醇消耗1300-1350kg，比全國的平均水平節(jié)約半噸原料煤，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。三廢流化混燃爐（第三代吹風(fēng)氣燃燒爐）以它獨(dú)特的設(shè)計(jì)，優(yōu)異的性能，最佳的經(jīng)濟(jì)