前言

以煤為原料的氨肥企業(yè)，進(jìn)行弛放氣、吹風(fēng)氣余熱回收可以實現(xiàn)蒸汽自給，降低成本，并且用不同的方式進(jìn)行余熱回收所需的投資和所產(chǎn)生的效果也是不一樣的。

目前，氮肥行業(yè)一般采用的吹風(fēng)氣余熱回收方法是：將弛放氣和吹風(fēng)氣在同一燃燒爐中燃燒后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙道式余熱鍋爐機(jī)組產(chǎn)生燕汽供造氣或發(fā)電，余熱鍋爐尾部配置引風(fēng)機(jī)將煙氣引至煙囪排出。其中的余熱鍋爐機(jī)組由高溫空氣預(yù)熱器或中溫空氣預(yù)熱器、永冷壁、蒸汽過熱器、燕發(fā)器、軟水加熱器以及低溫空氣預(yù)熱器組成，設(shè)備繁多，投資較大。

因弛放氣中H2、CH4等熱值高的可燃組分較多，燃燒時會產(chǎn)生高溫，當(dāng)燃燒空氣過剩系數(shù)為1.1時，爐膛溫度在1805℃左右，當(dāng)過剩系數(shù)為1.0時燃燒產(chǎn)生1900℃以上的高溫。而吹風(fēng)氣中的飛灰熔點(diǎn)(變形溫度)在1170℃到1180℃之間。所以弛放氣、歡風(fēng)氣同時在燃燒中燃燒，很容易將吹風(fēng)氣中的飛灰燒至熔融狀態(tài)，這些飛灰熔融和燒結(jié)在爐內(nèi)格子磚孔道上，逐漸形成了堵塞，增大了燃燒爐的阻力，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行。

1 弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒余熱回收新技術(shù)

弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒流程示意簡圖如下：

如圖所示：在燃燒爐的一側(cè)設(shè)置一個相對獨(dú)立的弛放氣燃燒室，配置一個或兩個燃燒器單獨(dú)燃燒弛放氣，在這個燃燒室里根據(jù)所燃燒的弛放氣量配置適當(dāng)?shù)乃浔谳椛涫軣崦?。水冷壁的上下集箱分別用汽水引出管和下降管與汽包相連構(gòu)成水循環(huán)。弛放氣燃燒室經(jīng)水冷壁吸熱后產(chǎn)生950℃～1000℃的煙氣通過煙窗進(jìn)入燃燒爐，加熱燃燒爐內(nèi)的蓄熱格子磚，為吹風(fēng)氣在燃燒爐內(nèi)安全著火燃燒提供合適的爐膛溫度。

吹風(fēng)氣采用非預(yù)混方式在燃燒爐中燃燒。弛放氣，吹風(fēng)氣在各自的燃燒室(爐)中燃燒后產(chǎn)生的煙氣最后匯入煙道式余熱鍋爐機(jī)組中，煙道式余熱鍋爐機(jī)組由蒸汽過熱器、蒸發(fā)器、軟水加熱器和低媼空氣預(yù)熱器組成。

弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒余熱回收系統(tǒng)設(shè)計需注意以下要點(diǎn)：

(1)根據(jù)弛放氣量選擇相應(yīng)數(shù)量和直徑的燃燒器，以保證燃燒效果。

(2)根據(jù)弛放氣量以及燃燒器的數(shù)量和直徑，設(shè)計合適的爐膛。

(3)設(shè)計合適的汽水引出管和下降管，以保證水循環(huán)的安全。

(4)設(shè)計獨(dú)特的煙窗，相對隔斷弛放氣和吹風(fēng)氣兩者的燃燒室，以保證各自燃燒室的爐膛溫度。

(5)蒸汽過熱器設(shè)計合適的受熱面與弛放氣燃燒室水冷壁和蒸發(fā)器相匹配，以保證水冷壁和蒸發(fā)器產(chǎn)生的飽和蒸汽過熱到額定蒸汽溫度。

2 弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒的優(yōu)點(diǎn)

2.1因弛放氣單獨(dú)分室燃燒，不會將吹風(fēng)氣中的飛灰熔融，堵塞在燃燒爐內(nèi)的格子磚孔道上。避免了弛放氣、吹風(fēng)氣同室燃燒飛灰熔融、堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力大，甚至無法正常運(yùn)行的狀況。

2.2弛放氣分室燃燒，利用水冷壁直接吸收與溫度4次方成正比的輻射熱，實現(xiàn)了余熱資源的梯級利用，提高了余熱利用效率。

與傳統(tǒng)弛放氣、吹風(fēng)氣同室燃燒余熱回收系統(tǒng)單純依靠對流傳熱相比，回收同等余熱資源，金屬耗量顯著降低。且輻射傳熱比對流傳熱煙氣阻力顯著減少。

2.3因弛放氣單獨(dú)燃燒產(chǎn)生的950℃～1000℃的高溫?zé)煔饧訜崛紵隣t內(nèi)的格子磚，可有效維持吹風(fēng)氣安全著火燃燒溫度，得以實現(xiàn)吹風(fēng)氣配常溫二次風(fēng)的非預(yù)混燃燒方式。

2.3.1非預(yù)混燃燒不會發(fā)生因預(yù)混而生產(chǎn)爆炸性氣體的安全隱患。

2.3.2非預(yù)混燃燒工況，既沒有二次風(fēng)全預(yù)混時施加給吹風(fēng)氣的局部阻力，也沒有預(yù)混器本身為獲得預(yù)混效果而必須付出的局部阻力損失，使系統(tǒng)煙氣側(cè)阻力大大降低。

2.3.3非預(yù)混燃燒時沒有全預(yù)混時施加給二次風(fēng)的局部阻力，空氣側(cè)的系統(tǒng)總阻力也大大降低。

2.4同樣由于弛放氣單獨(dú)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，加熱格子磚，維持吹風(fēng)氣的安全著火溫度的原因，系統(tǒng)就不用設(shè)置耐高溫不銹鋼制作的高溫空氣預(yù)熱器，這一方面可節(jié)約投資，另一方面，使煙氣側(cè)和空氣側(cè)都因高溫空氣預(yù)熱器的取消而阻力大大降低。

2.5因采用分室燃燒，上述各項煙氣阻力的減小，而可以不再設(shè)置引風(fēng)機(jī)，采用微正壓燃燒。

2.5.1可以節(jié)約引風(fēng)機(jī)自身的設(shè)備投資和引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗。

2.5.2避免了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，由于負(fù)壓滲入冷空氣在引風(fēng)機(jī)前方發(fā)生爆燃或爆炸的不安全因素。

2.5.3因造氣過程中空氣吹風(fēng)時的CO生成反應(yīng)：2C+O₂=2CO和CO₂+C=2CO都是增體積反應(yīng)。不用引風(fēng)機(jī)，增加吹風(fēng)系統(tǒng)壓力，有利于減少CO的生成。

2.5.4避免引風(fēng)機(jī)造成吹風(fēng)壓力不必要的降低和導(dǎo)致高壓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)時吹翻料層的可能。

2.5.5避免了一旦引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，鍋爐爐膛超壓，爐墻損壞的故障發(fā)生。

2.6因采用分室燃燒空氣側(cè)阻力的減少，鼓風(fēng)機(jī)的壓頭可以減少一半，電耗減少，運(yùn)行成本大大降低。

3 效益核算

目前，利用弛放氣，吹風(fēng)氣分室燃燒余熱回收這項技術(shù)，已在福建永安某氮肥廠等幾家氮肥企業(yè)成功運(yùn)行，以回收12臺2650mm造氣爐的吹風(fēng)氣余熱回收系統(tǒng)為例，2000Nm³／h的弛放氣，燃燒爐直徑6200mm，煙氣量約為12萬Nm³／h，配置40t／h的余熱鍋爐機(jī)組，利用弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒技術(shù)，余熱鍋爐機(jī)組不用設(shè)置高溫空氣預(yù)熱器和引風(fēng)機(jī)以及輻射受熱面代替部分對流受熱面，金屬耗量降低，這幾項可節(jié)省設(shè)備投資約80萬元。

因系統(tǒng)阻力降低不設(shè)置引風(fēng)機(jī)(通常為200kw左右)以及鼓風(fēng)機(jī)壓頭的降低，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約105萬元／年。

另外，利用分室燃燒技術(shù)提高系統(tǒng)運(yùn)行的長期穩(wěn)定性，還可以節(jié)約大量檢修維護(hù)費(fèi)用。

由此可見，氨肥企業(yè)采用這項弛放氣、吹風(fēng)氣分室燃燒余熱回收新技術(shù)，對于節(jié)省投資和余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，安全性、長期穩(wěn)定性有多方面的益處。