吹風氣空氣預熱器位置的設計探討

梁明超

(山西蘭花科技創業股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

吹風氣空氣預熱器位置的設計探討

梁明超

(山西蘭花科技創業股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

1 空氣預熱器的作用

在造氣吹風氣余熱回收裝置中，空氣預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，從而提高余熱鍋爐運行的經濟性;另一方面，使冷風變為熱風、與可燃廢氣一同送進燃燒爐內燃燒，可改善燃燒條件，提高燃燒效率。因此，確定空氣預熱器在流程中的位置就顯得尤為重要。

2 設置空氣預熱器的必要性

利用引風機前的低溫煙氣余熱，將常溫的二次風空氣預熱至150℃以上，然后送入燃燒爐助燃，以此來提高燃燒爐內的燃燒溫度，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氣溫度低于250℃，且其可燃組分也較低(低于4%，體積分數)，而合成二氣已經過提氫，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，導致余熱鍋爐的出口煙氣溫度降低，從而造成二次風空氣的預熱溫度也低于150℃。在以上多種因素的影響下，除在引風機進口煙道上設置低溫空氣預熱器(預熱空氣溫度為150～200℃)外，還有必要在余熱鍋爐出口煙道上設置中溫空氣預熱器(預熱空氣溫度為200～300℃)或者在燃燒爐出口煙道上設置高溫空氣預熱器(預熱空氣溫度為300～400℃)，將初步預熱至150℃的二次風空氣進一步預熱至350℃或400℃，甚至更高，將熱量帶回燃燒爐，以保持燃燒爐內的高溫燃燒環境，實現低溫吹風氣的連續安全燃燒、回收其潛熱。此種方法看起來是高溫熱量在打循環，會增加一些熱量損失和1臺設備的投資，但有利于吹風氣回收裝置的安全穩定運行。否則，將會造成嚴重的不良后果。

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

3 空氣預熱器在流程中位置的選擇及其優缺點

由于各企業造氣系統所使用的原料煤品種和質量不同，加上管理、技術和操作水平也不同，導致各企業吹風氣具有不同的特性參數，因而各企業低溫吹風氣的著火難易程度也不相同，對外來助燃熱量和預熱空氣溫度的要求也相應不同，因此，各企業應結合自身實際情況選擇合適的空氣預熱方案。助燃空氣預熱涉及到空氣預熱器的材質、余熱鍋爐配套裝置的熱效率、設備投資及壽命等問題。

(1)方案一。合成氨裝置生產能力較小的企業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臺空氣預熱器串聯設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。方案一工藝流程見圖1。

圖1 方案一工藝流程

(2)方案二。合成氨裝置生產能力雖然較大，但由于某些原因導致合成二氣供造氣吹風氣余熱回收裝置的燃燒量較少，可選擇水管式余熱鍋爐，通常將高溫空氣預熱器設置在燃燒爐出口的煙道上、低溫空氣預熱器設置在引風機入口的煙道上。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熱器均處于燃燒爐出口的高溫煙氣區，所以存在以下問題:①空氣預熱器需用耐熱的不銹鋼制作，故增加了設備的投資費用;②煙氣的高溫位熱能未直接用于生產蒸汽;③高溫熱空氣回路有較高的熱量損失，對余熱回收利用效率有一定的影響。

(3)方案三。合成氨裝置生產能力大，合成二氣供造氣吹風氣余熱回收裝置的燃燒量充足且熱值又高，如果吹風氣溫度高于250℃，且其中可燃組分體積分數較高(＞8%)時，一般選擇帶蒸汽過熱器的水管式余熱鍋爐，空氣預熱器可設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煙氣區沒有設置空氣預熱器，其高溫位熱能直接用于生產蒸汽，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℃的高溫煙氣可直接進入鍋爐，生產高溫高壓蒸汽能與全廠蒸汽并網，也可生產低壓蒸汽供造氣系統使用。

(4)方案四。合成二氣供造氣吹風氣余熱回收裝置的燃燒量充足的企業，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置空氣預熱器，排煙溫度也能達到排放要求，所以通常采用常溫空氣助燃。此流程既節省了空氣預熱器，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 結語

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

2014-05-18)