固定床间歇式制气过程的热量回收.doc

固定床间歇式制气过程的热量回收关键词：热量回收的途径 效益 成本 炉内热交换 固定床间歇式制取半水煤气过程中，如要增产、降耗，首先应侧重于有效热能的转换率；其次对伴生的废热、废气、废渣、废低能热水也要设法回收利用。废热的回收效率和成本，对节能降耗有重大影响。 过去人们多侧重于排出造气炉后的气体显热回收，可燃气体的化学潜热回收，机械未燃物的再燃烧利用，用以产生蒸汽和过热蒸汽，实现造气过程中的蒸汽自给，这在近10年内许多厂已经实现了。 1造气炉外部的热量回收1.1煤气显热回收 开始设计中仅有上行煤气在废锅中进行显热回收，下行煤气热量较低，予以放弃。后来发展成上下行煤气显热都回收。现在发展成多炉共用一个集中显热回收锅炉，效率提高很多。 1.2吹风气潜热回收近10年来小化肥使用多炉共用吹风气燃烧炉技术已比较成熟，能把吹风气中显热、潜热释放出来，产生高质量的过热蒸汽，能达到350左右。 砍风气燃烧锅炉运行有自身的缺陷，由于吹风气热值很低，不能维持自燃，需用附助燃料助燃使其炉膛温度维持在700以上，才可安全的自燃。一般助燃燃料为合成弛放气。如果弛放气气源不足，就要用气柜中的水煤气助燃，使成本增加，或放弃几台炉子的吹风气，以维持炉温但造成损失。 其实就补充热源而论，再设计一个烟煤燃烧炉或小型沸腾床燃烧炉，来保证燃烧室维持正常温度，是简单可行的办法。能用低价的能源可获得同样的目的，并可充分发挥吹风气燃烧炉的潜力，保证锅炉满负荷运行。现没有这样的产品是由于设计人员过于“正统”和弛放气作为废气，气源充足。1.3废渣的热能回收 造气生成的废渣有多种，详见表1 表1造气生成的废渣/%项 目炉 渣吹出物块煤筛出物煤矸石含碳量约2 0 708040占原料煤总量33105占原料煤总量20%的能源废弃是一大损失，近年来发展的沸腾床和循环流化床锅炉，已使这部分能源得到了利用，节省了动力煤的消耗，使吨氮成本降了一个台阶。 1.4废水所携带的低位能基本上未回收 以上所述都是造气炉外部的热能回收，大都是采取间接管壁换热形式，以消耗大量钢材为代价的，动不动就是锅炉，产品是低压低热蒸汽。由于是管壁间接换热，回收热能焓值较低，温差小，所以效率不高，成本不低；又由于固定投资不是小数，常使一些资金困难的化肥厂望而止步，维持能源的高消耗。 2造气炉内部的热量回收对应造气炉外部的热量同收，还有一个内部热量回收过程。间歇制气法能占有一席之地的原因之一就是其内部热量回收大于连续法，排出炉外的显然损失较低，一般小于300，而鲁奇炉在600以上，德士古水煤浆炉在1400。 气化层温度在1200左右，排出气温度仅300左右，温差900；外部热能回收使300降到150，温差150。两者相比，900/1 5 0 = 6 。可见内部热回收是主要的过程，要着重讨论。内部热交换的热源是氧化层燃烧的生成热，载体是块煤，热传递主要型式为对流、传导，介质是上下行煤气，通过它与不同温度的块煤之间进行热交换；冷源是初装原料块煤、吹风冷空气、低温蒸汽。这种热交换是直接接触式，表面积大，换热面积大，交换效率高，是工艺换热，无设备投资，成本很低。如果把造气炉内的各层与锅炉作对照，那造气炉中的氧化层、干馏层、干燥层则对应的是燃烧层、蒸汽过热器、对流管的蒸发器，锅炉产生的是低温高压蒸汽，而造气产生的是低压高温过热蒸汽，温度达1000以上。这正是造气炉内特定的环境需求，所达到的高温蒸汽状态是锅炉望尘莫及的。在三个冷源中，空气和冷煤热焓变化不大，所以内部热量回收的重点是调节蒸汽的温度和用量。蒸汽在制气过程中有多重性格，应分别予以认识： 1）热源。它本身带有热焓，温度越高，从外部带入炉内的热量就越多。目前，一般仅能提供300以下的蒸汽。 2）冷源。300的过热蒸汽已经很高了，但与反应条件1000以上，还相差甚远，它必须要在炉内吸热，达到与气化层同温。所以要吸收大量的热，相对高温蓄热层它是冷源。对于间歇法制气。这个冷源是维持热量整体平衡所必须的。 3）反应原料。它在优先吸收了大量高位高能热后，分解成CO+H2，吸收反应热在制气过程热交换中是最主要的，是目的，是最大的冷源项目，约占总量的60%以上，其它的热交换都是为本项服务，没存此项，其它则成了无效做功。 3造气炉内热交换的途径对于蒸汽的三重性格，不同的目的就会有不同的侧重、不同的操作方法和不同的结果。3.1目的在于高产 尽量提高单炉的生产效率，侧重其热源性格。 1 )尽量提高外供蒸汽的温度，使炉内多获得热源。2 )在管道、阀门、炉篦能允许的温度下，尽量提高上下行温度，使入炉蒸汽在低温段多吸收热量，节省向高温段吸取的热量，以多提供反应热。 3 )尽量提高气化层的温度和高温段的宽度，以提供尽可能多的反应热所需的高温高位热能。 4 )加大排灰速度，防止结大疤而破坏炉况稳定。5 )加大蒸汽用量，用低分解率高流量来达到高产。 这样在得到高产的同时，增加了显热带出，废气废渣也增多，增加了炉外废热回收的负担，外部回收得到的蒸汽能，仍源于白煤，成本较高，但只要能控制好气化层温度，总能耗亦不算高。 3.2目的侧重于节能和降成本 就要侧重蒸汽的冷源特性，在维持合理产量的前提下， 寻求较低的能耗成本， 即在经 济负荷下运行。 1）在保持气化层合理高温蓄热的前提下，尽量降低上下行最高温度，以减少显热带出炉外。2）在原热平衡状态的基础上，不加大蒸汽用量，而要降低上下行温度，就要使用低温饱和蒸汽，因为不加吹风只加蒸汽只会使气化层温度整体下降。 3）低温蒸汽首先影响的是上下表面温度， 而对气化层温度影响很少，仅增加了中心到表层温度曲线的斜率。4 )它作为冷源，降低了上下表面温度，使上下表面的煤和渣具有更强的致冷能力、较大的温差、较大的热交换量，使炉内的低成本高效热交换得到加强。 5 )获取低温饱和蒸汽的成本比高温过热蒸汽低很多，而在炉内得到同样高的过热蒸汽成本，比在炉外获得低的更多这是一个良性循环，低成本热循环。6 ) 实践证明，只要蒸汽总量控制好，气化层温度控制好， 产量并无明显降低，能耗有明显降低。这类似于“孙膑教田忌赛马”，炉外热交换获得的过热蒸汽是高成本的，不如用动力煤用高效锅炉获得，尽量降低炉外热交换的份额在成本上是合理的，在能量回收上是平等的。7 )上行温度最低控制极限值影响因素为蒸汽温度K1、煤温K2 、含水量K3，K1 下行蒸汽流量 时间，K 2 =室温入炉量，K 3=含水率Q。上行温度下极限经验值为 ( 入炉蒸汽温度+5 0 ) 下行温度下极限值影响因素为吹风时间空温流量+蒸汽温度流量上吹时间，经验值蒸汽温度。热电偶测量点位置不同，数值和波动值有较大差异。 3.3目的在于提高蒸汽分解率 则尽量提高气化层温度使之处于灰熔点的软化温度极限，主要手段是在综合控制炉况的原则下尽量减少蒸汽的用量。 笔者原追求高发气量。热衷于提高上下行温度，控制值在3504 00，但在某一化肥厂受到极大的启发，该厂由于蒸汽供应紧张。造气为维持生产仅有105的蒸汽源，上下行温度都控制的较低200左右，但产气量并不低，煤耗也不高，而且炉外热回收装置为单炉配置管式废锅，仅回收上行显热，却达到近年平均较好水平，2400单炉供45 机，吨氨入炉煤耗1400k g 以下，证明工艺节能成本低于设备节能。 今年化肥价格降至最低点，先进厂家首先把降低成本作为出路。于是有了经济运行负荷的研究，单炉供4 一5机，上下行温度控制在2 5 0 以下，一般在经济运行负荷圈里，负荷过低或过高都会使成本升高。在风机能力允许的前提下，尽量提高炭层高度可有效降低上层表面温度，它是通过加大蓄热介质数量和热交换表面积、时间来增大入炉内热交换量的，炉内多存1t 煤块，相当于管式换热器增加了若干平方米换热面积，增加管式换热器是固定设备投资，而增加煤的存储量是工艺交更、不用多花钱。由于炉内蓄热增多，可给入炉蒸汽多提供热源，有利于气化反应的进行。 4应用价值工程观念，综合评价工艺指标改进后的合理性。 在价值工程中，价值=功能/成本。最佳者为功能提高、成本降低；最差者为功能降低、成本提高。在造气余热回收过程中，功能为：所回收余热的比例热值数量和热能的能位高低；成本为：与原工艺比较，多回收的热能所投入的动力和能量、多回收热量所投入的设备成本、 技术信息成本、变动成本及人力成本。可分列为价值A=多回收的热能多投入的能量：价值B=多回收的能量价值多投入的成本。A大于1是价值提高。B 达到大于1的周期长短和一次投入的成本大小为评价标准。由此评价，内部热量回收价值优于外部热量回收。但这两种余热回收是互补的，相辅相成的。外部余热回收是连续的同收低位热能，获取低温低压蒸汽。内部余热回收是间断的回收高位能，获取高温常压蒸汽。在同等运行负荷下应优先内部回收，而后再用外部回收补充，不能为提高外部回收效率而减少内部回收量，如增加显热排出，增加返焦量等，那是适得其反，本末倒置。内部回收热量指标比例的配合是一个综合工程，人们对此有一个认识过程。1 )在白煤价格比较低时，人们不在乎多耗煤，只要能满足后工序产量、质量要求即可。2 )蒸汽供应不足时，强调提高显热带出多产蒸汽。 3 ) 供气紧张时， 强调提高单炉发气量，用较少的炉子产较多的气，提倡上下行温度都较高，在350400。4 )在化肥价格一降再降的压迫下，人们逐步开始强调经济负荷运行，用最低的成本、最少的原料产出较多的合格原料气。5 )现在人们逐步认识到，综合能耗和成本降低是个系统工程，提倡少烧煤、烧次煤、少花钱、多产气；少耗气，多产氨，少耗氨，多产肥。这样才能把吨氨煤耗降下来，才能把吨肥成本降下来。 5如何实现少烧煤、烧次煤、少花钱、多产气1 )进入经济运行负荷区间 2 )尽量提高蒸汽分解率和蒸汽的转化量 3 )通过蒸汽量控制合理的出渣形态，减少返焦。 4 )强风短吹，选择合理的吹风强度和时间，减少不完全燃烧，造成的吹风气CO含量升高。 5 )控制合理的