小氮肥厂热管余热回收装置的应用

一、小化肥厂的余热回收

  小化肥厂能耗高的主要原因是造气炉燃烧时要消耗一部分煤，制气时需要由锅炉供给蒸汽，锅炉还要消耗一部分煤。造气炉消耗的这部分煤是省不掉的。但是，造气炉吹风排烟时温度很高，在900℃以上，既浪费能源，又污染环境。如将这部分排烟中的余热进行回收，可以获得大量有用的能量。将这部分热量中的一部分通过热管余热锅炉加热水产生温度为120℃C的饱和蒸汽，然后去蒸汽过热器，过热到300℃C以上，就可以供制气用。这样就可以省掉一台蒸汽锅炉和锅炉的用煤，从而实现两煤变一煤。解决了小化肥厂造气过程蒸汽自给的问题。

  热管余热锅炉具有体积小、重量轻的特点，使用时占地面积小，不需要建造锅炉房，不用进行土建工程，可节省大量的建筑材料和工时费。

  热管余热锅炉在小化肥厂燃烧炉排烟中进行余热回收，最担心的问题是积灰、结垢和腐蚀。实验和工业应用实践证明，由于热管余热锅炉中热管的壁温高，与常规余热回收装置相比，不易积灰，不易结垢和不易腐蚀。另外，热管表面的积灰和结垢比较松软，非常容易清理，用风吹或水冲，都可以清除干净。

  热管余热锅炉的具体应用实例简介如下。在没有余热回收以前，燃烧炉平均每小时排放掉17x10kg.930℃左右的烟气，具有可回收的热量为16x10kJ左右。为了保证热管余热锅炉安全运行，整个工艺流程是这样安排的：燃烧炉后面依次放置、蒸汽过热器、低温水预热器和热管余热回收装置和热管空气预热器。热管空气预热器后面有烟气引风机将排烟引入烟囱。空气预热器从燃烧炉排烟中回收热量加热空气，可使空气温度升高送到造气炉中，造气炉的排烟温度则由930℃下降。蒸汽过热器从930℃C的排烟余热中回收热量，将从热管余热锅炉送来的0.2MPa，120℃的饱和蒸汽过热成300℃的过热蒸汽，排烟温度下降到750℃，接下去是低温水预热器从750C的排烟余热中回收热量来加热水，并送往热管余热锅炉，使排烟温度继续下降到630℃C，最后由热管余热锅炉回收余热，产生4th饱和蒸汽，送往蒸汽过热器，最终使排烟温度下降到160℃。按此方案实施的余热回收装置，经过一年多的实际运行考验，完全达到了设计要求，并已通过省级技术鉴定。

  热管余热锅炉的有关几何参数如下。

  热管余热锅炉汽包的直径为1.5m，长为4.5m；热管外径为25mm；热管内径为20mm；翅片外径为50mm；翅片节距为7mm；翅片厚度为1mm；热管长度为3.5m；热管加热段长度为2.5m.

  热管余热锅炉部分回收热量为8.8x10kJh，24h连续运行，与专门用锅炉生产蒸汽相比，每天可节约标准煤10t。每年可节省人民币33万元，每台热管余热锅炉出厂价为20万元，不到一年便可回收设备的投资。

二、热管换热器是余热回收的理想装置

我国十三亿人口吃粮任何一个国家也供不起，必须自己生产，我国长粮食的土地由于各种原因逐渐在减少，必须靠化肥增产，化肥也必须自己生产，同时必须降低化肥的价格，降低化肥价格，必须进行余热回收和节能减排。余热回收节能减排的换热器很多，热管换热器是最理想的装置。

小氮肥的生产与发展是关系到我国农业发展的关键所在。我国小氮肥厂的特点是：①. 数量多，约有一千多家；②. 能耗高，尤其是造气工段的能耗，占全厂能耗的70%；③. 余热利用的潜力大，造气炉的排烟温度高达900℃以上，排烟带走的热量约有380多万千卡/时。针对上述在能耗上存在的问题，应采取的措施是： ①. 依靠新技术进行改造；②. 依靠余热回收，降低能耗，以实现合成氨生产蒸汽自给。多年来，一直没找到降低能耗的好办法。近些年来，由于高效热管换热器的研究与应用获得成功，也给小氮肥厂的余热回收，降低能耗找到了较理想的装置，利用该装置对排烟余热进行部分回收，就可从中获得4.5t h左右的新蒸汽。如再加上其他装置对排烟余热进行联合回收，则回收的总热量产生蒸汽约有7t/h左右，这样就可以节省一台蒸汽锅炉，可实现两煤变一煤（省去一台锅炉的用煤，只剩下造气炉用煤），使小氮肥厂能耗高的问题得到解决。这一结论是通过在小氮肥厂实践得出来的。

三、化肥生产工艺的一些特点

（1）排烟温度高，吹风气与合成驰放气在高温空气的助燃下燃烧时的温度很高，其排烟的温度达900C以上。温度越高能量的品位越高，越有用处，余热回收的潜力就越大。

（2）排烟粉尘量大，每天一台p2.26m造气炉吹风带走的粉尘量为50kg，三台造气炉吹风一天带走粉尘为150kg，一个月为4500kg.一年为50t。

（3）脉冲式排烟，造气炉一个循环周期为150s，吹风时间为30s，无吹风时间为120s，如以三台造气炉依次吹风，三次吹风总时间为90s，无吹风时间为60s，两台炉相隔无吹风时间应为20s。吹风时排烟速度约为15m/s左右，无吹风时的速度约为7m/s左右。（4）连续供汽，每台造气炉吹风所占整个循环周期的20%，那么制气的时间就占整个循环的80%，如三台造气炉依次连续制气，那么制气的时间就既连续又重叠，因此要求连续供汽。

四、排烟余热回收的系统及其热量分配

 化肥生产工艺的特点，决定了排烟余热回收的系统。由于排烟温度高，就要分级进行余热回收，将耐高温的余热回收装置放在高温区，其他装置放在低温区。排烟中粉尘量大，需要设除尘器，尤其是靠前面的装置，否则积尘要影响传热。脉冲式排烟对换热器的工作来说是不利的，但对清灰来说是有利的。造气炉吹风气排烟余热回收系统的示意图，如图7-5所示。

 图7-5中所示，靠近造气炉的是蒸气过热器，随后是热水器，接着是热管余热回收装置，最后是热管空气预热器（高效传热，体积小，重量轻，技术成熟的换热器）。造气炉吹风气带走的总热量，如取排烟的平均质量流量为16700kgh，排烟温度由930c降到165℃C，计算结果为380万千卡时，如全部用于产生蒸汽，可以获得压力为2kgf/m2，温度为120℃的新蒸汽7th，（1）如分配给蒸汽过热器40万千卡/时，可使4.5th，压力为2kgf/cm2的蒸汽由120℃过热到300C，送储气缸；（2）给热水器35万千卡时，可使4.5th的水由5℃上升到90℃送到热管余热回收装置；（3）给热管余热回收装置250万千卡时的热量，可产压力为2kgf/cm2，温度为120℃C的新蒸汽4.5th，送入过热器去过热，产生300℃的过热蒸汽供制气用；（4）给热管空气预热器55万千卡时，可使8000kg/h的空气由10℃升高到280，去造气炉内助燃。

五、热管余热回收装置

在整个造气炉吹风气排烟余热回收系统中，热管余热回收装置是个最重要的装置，它是由高效传热元件（热管）组成的高效换热器，是化肥厂中排烟余热回收，降低能耗的新技术，是一关键设备，在整个排烟余热回收利用系统中，这一项就产4.5th蒸汽，占64%。因此对它的设计、加工制造和运行都很重要。热管余热回收装置的设计，要考虑到承受温度（600~ 700℃C），积灰与磨损，脉冲式烟气流的热冲击。在设计时还要考虑到烟气进气面温度场的均匀性。在运行时要控制热管余热回收装置中的水位，不要有大的变化等。

六、经济分析

 整个排烟余热回收系统，回收热量380万千卡时，若按标准煤发热值7000kcalhit算，则回收热量折合成标煤为550kgh，考虑燃烧锅炉的热效率取70%，每天耗标准煤为19t，每年按330天计算为6270t/a，每吨标准煤按100元/吨计算，每年可节约人民币62.7万元，其中热管余热回收装置，单项节约标准煤4040t/a，每年可节约人民币40.40万元，不到一年便可回收设备的投资。