第三代吹风气回收装置

1、第三代吹风气回收装置三废流化混燃炉的使用和推广山东临沂正大热能研究所 王子国一、三废流化混燃炉概述三废流化混燃炉（第三代造气吹风气回收装置），是将造气生产过程产生的吹风气、造气炉渣、造气除尘器细灰等，掺配入部分煤矸石、烟煤、无烟煤粉沫，在炉内流化燃烧，产生高温烟气集中热量回收的装置。第一代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃蓄热式，利用高热值合成气燃烧蓄热后，来燃烧低热值的造气吹风气，回收热量、副产蒸汽，保护环境。第二代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃改进式或中燃式，在第一代的基础上，增加了燃烧喷头，减少了炉内格子砖，或者采用折流式烟气拱型通道蓄热，使炉内的阻力大为减小，减小了造气炉送吹风

2、阶段的阻力，烟气燃烧更为完全，使造气系统蒸汽达到了自给。第三代造气吹风气回收装置，也就是造气三废流化混燃炉，其燃烧形式是混燃式，它和第二代相比又有了突破性的发展，设计更加合理，技术更为先进，使用更加可靠，2001年已授予国家专利，专利号为ZL 01215849.6。它的设计，运用了沸腾床的燃烧特性，借用循环流化床锅炉的返料回收技术，采用了吹风气余热锅炉的模式，对造气产生的废气、废渣、废灰能够达到同时混燃，故又可称做“双能源吹风气余热锅炉”，或第三代吹风气余热锅炉。三废流化混燃炉在烧吹风气时，该炉将成为一台吹风气余热锅炉，单独烧煤、煤矸石、煤渣等时将成为一台循环流化床锅炉，渣、气、煤混烧将成为气

3、、固流化混燃炉。造气三废流化混燃炉系统，其综合性能远大于第一、二代造气吹风气回收装置，是目前解决合成氨尿素甲醇生产系统，两煤变一煤、两炉变一炉的唯一方案。二、三废流化混燃炉燃烧流程、机理与设备构成 三废流化混燃系统的燃烧部分由两台设备组成，一台是三废流化混燃炉，另一台是组合式除尘器；热量回收部分由蒸汽过热器、余热锅炉、省煤器、空气预热器、炉内水冷件组成；烟气洗涤排放部分由水膜除尘器和烟囱组成。三废流化混燃炉采用钢制外壳，下部为沸腾流化床，混合渣、煤在床内混燃，结构上分风帽、布风板、风室、观火孔、加煤口、返料口、自动油气点火系统。中部为吹风气预混燃烧进口、合成放空气高温燃烧喷头等。除尘器采用顶进

4、底排气式高温旋风除尘器。旋风段中心筒采用耐高温不锈钢1Cr20Ni14Si2制作的旋流筒，或者采用耐高温耐磨浇注料浇注、耐高温不锈钢板1Cr25Ni20组成的水冷旋流筒，底部为沉降式水封。三废流化混燃炉可以根据不同的要求做成各种规格型号，在蒸汽吨位上分：10吨/时、25吨/时、35吨/时、50吨/时等；在压力上分：1.27 MPa、2.5 MPa、3.82 MPa、5.29 MPa等。三、三废流化混燃炉的特点三废流化混燃炉同第一、二代造气吹风气余热锅炉相比有如下特点：1. 运行安全性能高第一代或第二代吹风气燃烧炉均需要点火气源，低于650时吹风气就不能燃烧，送入吹风气就会发生爆炸，另外造气吹风

5、气座板阀开关频繁，关闭不严煤气进入燃烧炉在配风阀来不及调节时，发生爆炸的现象时有发生。如山东某化肥厂新建的一套30吨的吹风气燃烧炉，在点火烘炉时操作不当产生爆炸，整套系统除锅炉本体外全部损坏，重新投资近100万元花费二个多月的时间才修复，其它厂爆炸的情况也经常发生。三废流化混燃炉是以煤为点火源，始终是长明火，不会存在爆炸现象；另外三废流化混燃炉在煤的燃烧过程中，温度高且有氧气过剩，若有多余的煤气送入时只能继续燃烧，不会发生任何爆炸现象。河北正元冀中化工的第一台三废流化混燃炉运行2年多来，从未发生过爆燃现象，可见三废流化混燃炉是极其安全可靠的，完全解决了第一代、第二代吹风气燃烧炉的爆炸问题，彻底

6、改变了造气吹风气回收运行的不安全状态。2. 充分利用三废资源、环保效益好三废流化混燃炉，可回收任何合成氨尿素甲醇企业的任何煤种固定层造气炉产生的吹风气，可回收造气产生的炉渣、细灰、煤矸石，可回收脱碳废气、提氢废气等，既解决了环保问题又产出高位能的蒸汽，为企业创造最大的社会效益和环保效益。3. 一炉多用、减少投资 、便于管理一炉多用、一炉多能，可停掉能耗高的锅炉，只开一套三废流化混燃炉，可节约能源，提高效率，减掉部分操作人员，备品备件大量减少，减少了运行费用 。一台锅炉的投入，多台锅炉的收益，便于生产集中管理。一台三废流化混燃炉的功能可代替一台吹风气余热锅炉和一台流化床锅炉，可减少建设投资一半以

7、上。甲醇、尿素生产只用一台三废流化混燃炉，就可满足全厂用汽，和常规建设相比投资减少70%以上。小型尿素厂和综和煤化工厂，一台三废流化混燃炉就能达到全厂蒸汽自给，实现了企业生产的两炉变一炉和两煤变一煤的目标。4. 少用也可完全不用合成放空气三废流化混燃炉彻底摆脱了回收吹风气时对合成放空气等点火气的依赖，它也可完全不用合成气，也可配烧其它低热值回收的气体，如变压吸咐的逆放气等。避免了因合成气紧张，造成造气吹风气系统不稳，吹风气产汽量不稳又造成全厂生产系统波动的操作状况。5. 燃烧系统阻力低、不积灰、提高造气吹风效率第一代吹风气燃烧炉内部采用大量的西门子格子砖来贮热，西门子格子砖很易堵塞，致使造气吹

8、风效率下降被迫停炉清灰。第二代吹风气燃烧炉亦不能完全解决燃烧炉内积灰问题，由于燃烧温度低，所以不能燃烧随吹风气带入的白煤粉末，最后不得不在引风机后加污水洗涤去掉煤粉。有的在燃烧炉前设计旋风除尘器，虽能解决燃烧炉内积灰堵塞问题，但随之带来了极细的燃烧粉末紧密围结在锅炉换热管上，大大降低了锅炉的传热效率，使锅炉的产汽量大幅度降低，远远不能达到锅炉额定负荷。三废流化混燃炉完全取消炉内格子砖，不再使用耐火材料来贮热保证吹风气的点燃，故燃烧系统阻力低、不积灰。6. 热能回收合理、蒸汽量大、品位高、可配套发电 三废流化混燃炉不仅回收造气吹风气燃烧余热，还燃烧造气炉渣、造气除尘器细灰、煤矸石、烟煤、无烟煤粉

9、沫等，故蒸汽产量可设计的比较大，由于不设高温空气预热器，使热量回收更加合理。三废流化混燃炉回收蒸汽量平稳、热焓高，配备背压式汽轮发电机不仅满足全厂用汽，还可提高企业的自发电率，增加企业的盈利能力。7. 操作稳定性好三废流化混燃炉燃煤、燃气同时进行，具有热量互补作用。燃煤稳定的情况下，对于吹风气来讲是一个恒定的热源，无须考虑合成放空气量的多少影响炉温，避免了因合成放空气量的不稳定而导致吹风气运行不正常的现象。吹风气燃烧正常的情况下，即使燃煤稍有变化，吹风气的热量也能起补充作用。在加煤变化的情况下，炉温的稳定性远远大于循环流化床锅炉，因而操作的难度比循环流化床锅炉小的多。8. 使用寿命长三废流化混

10、燃炉，燃煤系统设备内衬均为硅酸铝纤维砖、硅酸铝纤维棉、二级高铝耐火砖、耐高温耐磨涂料组成的复合保温结构，并采用独特的防冲刷、防穿透、防膨胀防龟裂施工工艺进行砌筑。沸腾段采用耐高温耐磨高强浇注料及可塑料，混燃炉及组合式除尘器顶部采用球顶二级高铝砖砌成并加硅酸铝纤维砖棉复合保温。以确保燃烧炉和除尘器外壳温度最低，减少热损失，延长设备的使用寿命。第一第二代吹风气燃烧炉设备内衬，基本上均采用粘土耐火砖进行筑炉，强度低、保温效果差，烧坏燃烧炉壳体的情况时有发生，一次性投资虽然低，但使用寿命远远低于三废流化混燃炉。三废流化混燃炉燃煤部分设计烟气流速小于4m/s，烟气中的燃煤粉末对炉体的冲刷远远低于循环流化

11、床锅炉，故使用寿命亦远超出循环流化床锅炉数倍。四、三废流化混燃炉适用企业三废流化混燃炉比第一、第二代吹风气回收系统适用企业更加广泛1. 更适合需要提高产量降低消耗的甲醇生产企业、特别是单醇企业甲醇生产与合成氨不同。合成氨生产过程中，合成放空气中CH4含量15%左右，合成放空气、驰放气经除氨提氢（氢回收率85%）后，CH4含量一般能达到30%左右，低位发热值3500 kcal/Nm3左右，属高热值气体，点燃低热值的造气吹风气是完全可行的。而甲醇生产合成放空气中CH4含量只有5-7%，合成放空气、驰放气经除氨提氢（氢回收率85%）后，CH4含量一般能达到12%左右，低位发热值300 kcal/Nm

12、3左右，属于低热值气体，无法点燃更低热值的造气吹风气。例如湖北某甲醇厂，为了把原有的第二代造气吹风气燃烧炉开好，将合成放空气大约一半的气量不经提氢，直接送到吹风气燃烧炉内烧掉，未经提氢烧掉的氢气量，折算成甲醇，每天少产多达10吨以上。又如河南某甲醇厂，不愿把氢气送入造气燃烧炉烧掉（确实太可惜），只有用水煤气当做造气吹风气的点火气来维持正常生产，经计算每天少产甲醇近18吨。另外甲醇精馏需要消耗大量蒸汽，总体平衡吨醇还需1.31.5吨蒸汽，若采用第一第二代吹风气回收系统，还必须再投资建设一台锅炉，满足生产需要，造成了投资和管理难度的增加。三废流化混燃炉是以燃煤燃渣为点火源的，可少用或不用合成点火气

13、，不消耗H2和水煤气，加之阻力低使造气吹风效率提高，因而甲醇产量将提高20%以上。它彻底摆脱了回收吹风气时对合成放空气等点火气的依赖，采用三废流化混燃炉与采用第二代吹风气燃烧炉加循环流化床锅炉总投资相比，其投入减少70%，且甲醇产量将提高20%，是配套甲醇企业回收造气吹风气的必选设备。2. 更适合合成氨尿素甲醇全厂余热回收蒸汽不能自给、蒸汽有缺口需新上锅炉的企业一般合成氨企业，在装置比较配套、触媒活性比较好的情况下，吹风气回收生产的蒸汽可满足造气使用且有点过剩，合成废锅副产的蒸汽供变换还有剩余，全厂可比较容易实现蒸汽平衡。但一些装置不配套、触媒活性不很好的合成氨企业，蒸汽消耗量就比较大，很难达

14、到蒸汽平衡。另外尿素甲醇企业即使完全回收吹风气全厂还有很大的蒸汽缺口，必须通过燃煤燃渣锅炉来解决。很多合成氨尿素企业，都是通过逐渐改造扩产来的，锅炉都有多台，运行效率低、操作人员多、管理烦杂、蒸汽产量不足，严重阻碍了企业扩产的需要。一些市区周围地区的合成氨企业，按城市环保要求，城区进行集中供热规划，凡热网所及范围内必须使用热网的汽源，不允许新建分散燃煤锅炉。使用集中供热的蒸汽不仅价格高，而且有时不稳定，严重影响着企业生产系统的稳定。随着燃煤价格的提高，全厂系统蒸汽平衡对企业的整体效益占到越来越大的比重。以上类型的企业，采用三废流化混燃炉就是最好的选择，它充分利用造气的三废资源，既符合城市环保发

15、展要求又产出高位能的蒸汽，为企业创造最大的效益提供了有力保障。3. 更适合放空气、驰放气外供城市煤气，半水煤气甲烷含量低等导致回收吹风气时点火气不足的合成氨企业有的合成氨尿素企业，合成放空气驰放气外供城市煤气，用第一、第二代吹风气回收时就不得不开半水煤气进行维持燃烧炉炉温，白白烧掉了合成氨尿素产量。采用三废流化混燃炉可不烧或少烧合成气，故合成氨产量可提高5-10%。采用山西煤为造气原料的大部分企业，使用第二代吹风气燃烧炉回收吹风气时，合成气中的甲烷可以满足要求。而采用其它省份的煤就有明显的不足，如我国的西南地区采用贵州煤，在制气过程中的甲烷值偏低或较少，仅靠合成气无法维持燃烧炉炉温，需多烧合成

16、氢气或配烧煤气，造成合成氨产量低。有的6台造气炉生产，只能回收3台炉的造气吹风气，不仅造成能源的白白浪费，还污染了环境。五、三废流化混燃炉的工业应用目前已开车和在建的三废流化混燃炉有10余套：两套是50吨的装置、五套是35吨装置、三套是25吨的装置、两套15吨的装置，其中九套是3.82MPa、450的中温中压蒸汽配套发电装置的系统。进入咨询考察论证洽谈三废流化混燃炉的企业有近30家，大有全国普及之势。1、河北正元集团冀中化工是一个综合煤化工企业，化工产品较多，合成氨联产甲醇，蒸汽用量大，四台锅炉全开只能满足生产要求，消耗高，效益差。为改变这一现状，该厂决定采用三废流化混燃炉，自2002年5月开

17、工建设，9月底投入使用。该装置设计产蒸汽参数为：Q=25吨/时、P=3.82MPa、T=450，经背压发电（二期工程目前正在安装）后的低压蒸汽供全厂使用。四台造气炉吹风气全部送入混燃炉燃烧，配烧30%的造气炉渣、30%的煤矸石、30%的高硫无烟煤沫和10%造气细灰，燃渣、燃煤按18吨/时进行设计，开车运行正常后，蒸发量2728吨/时，最高时达到29吨/时，经背压发电后的低压蒸汽其6吨/时供造气使用，19吨/时供全厂化工产品用汽。原冬季开四台锅炉，2台10吨/时和2台6吨/时，春、夏、秋开3台锅炉现在可全部停掉,仅节煤一项全年增效1300万元以上，收到了非常好的效果。2、山东久泰化工科技股份有限

18、公司，是一个科技型企业，主产品是甲醇、二甲醚。一期工程是5万吨甲醇3万吨二甲醚，该工程的锅炉部分，采用了一台35吨/时、3.82MPa、450的三废流化混燃炉，已投产一年。共有6台造气炉，正常生产开4-5台炉，燃渣、燃煤部分按25吨设计，产出的蒸汽为3.82MPa、450的，经蒸汽汽轮机拖动往复式压缩机（省掉电动机）满足甲醇生产，其背压后的蒸汽供造气、甲醇精馏、二甲醚精馏使用。该厂5万吨的生产装置，实际生产能力7.5-8万吨，比设计产量提高了50%，甲醇原料煤消耗1150-1220 kg/t粗醇，折精醇消耗1300-1350kg，比全国的平均水平节约半吨原料煤，取得了非常好的经济效益。三废流化混燃炉（第三代吹风气燃烧炉）以它独特的设计，优异的性能，最佳的经济