列管式换热器
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再论小氮肥造气工序设备更新换代问题点击：1765 日期：[ 2014-04-26 22:21:09 ] |
| 再论小氮肥造气工序设备更新换代问题 李永恒 (湖南省湘江氮肥厂) 摘要:随着科学技术的进步与发展，造气设备的更新换代是企业求生存的必然趋势。近年来专用炉算问世，新型热管、套管废热锅炉开发成功，第二代吹风气潜热回收装置和第四代微机控制来统以及自动加焦机等设备均有重大的进展。这些新设备的出现，为小氮肥行业创造了较大的经济效益。 关键词:炉算 热管换热器 套管锅炉 燃烧炉 自动加焦机 微机控制未统 1997年，笔者曾在一些化肥专业刊物上论述过有关小氮肥造气工序设备的更新换代问题。近年来随着科学技术的进步与发展，小氮肥造气设备更新得非常快。因此，笔者就近年来所调查的一些情况介绍如下，供参考。 1 炉算的更新 30 余年来，炉算的研制工作经历了曲折、反复的艰难历程，许多专家为此付出了辛勤劳动。然而随着科学技术的进步，炉算研制工作需要不断地创新。 80 年代开发的螺旋锥型、均布型、LJF型和90年代研制的DL型系列等多种类型炉算的问世，为小氮肥节能降耗做出了贡献。但是，上述各类炉算均属通用型炉算，虽然都具有破排渣能力强的特点，然而都存在一些不足之处。 21 世纪的观点认为，各厂使用的原料优劣、粒径大小、气孔率多少等性质不同，通用型炉算不可能使每一个厂的煤气炉都达到均匀布风。因此，设计出适合使用不同的原料和不同的加煤方式的专用炉算，才是进一步实现节能降耗的有效措施。 所谓专用炉算，就是根据特定用户所使用的炉型和原料的性质、加煤的方式、炭层的高度及炉膛截面各部位的阻力等而专门设计的炉算。专用炉算的设计，最关键的问题就是布风设计。布风是否合理，是炉算功能能否充分发挥的重要环节，也是影响气化强度的关键所在因此，按照各厂具体情况设计出适合各厂使川的专用炉算，才能达到合理布风的目的。 山东省沂蒙化肥厂、东阿化肥厂、山西省霍州化肥厂等单位使用通用型炉算炉况一直不正常。后来由江苏省那州市化工研究所炉算专家为他们分别设计了专用炉算，使用后普遍反映效果很好。河南省洛阳氮肥厂四台必3000炉用了专用炉算后，吨氨入炉煤耗由1.5t 下降到1. 3t以下。因此，应用专用炉算是21世纪造气新技术的发展趋势。 2 余热锅炉的更新 小氮肥废热锅炉更新较快，80年代以前人都采用火管式废热锅炉，80年代开始有部分)‘改用水管式废热锅炉，90年代热管技术在小氮肥行业得到应用。由于热管具有传热效率高、使用寿命长等许多优点，因此很快被推广应用。 据悉，中国氮肥工业协会小氮肥技术开发部，于1998年9月组织专家对应用夭津华能集团能源设备厂的热管换热器的河南滑县、河北昌黎、江苏连水等化肥厂进行的调查表明，凡是应用了热管技术的厂，均取得了明显的效益。目前该厂已形成三大系列18种产品。从对售出的300余台热管换热器调查得知，无一台出现质量问题。 近年内又有一种DJ- M型套管换热器问世。该换热器具有结构新颖、阻力小、无热应力、传热效率高、节能效果好、使用寿命长、制造成本低等优点。其结构由汽包、外壳、传热元件(两根不同直径的钢管套焊在一起为一组束管)、升降液管等组成(见图1)，各部位尺寸根据煤气炉的炉型而定。该型号余热锅炉适用于中小型氮肥厂和煤气站各种炉型。 其工作原理:高温煤气(含吹风气)进入壳内，经内管内(细管)和外管外(粗管)自上而下流动，被管间(即束管夹套)的汽水混合物吸热后，由底部流出。汽包内软水沿6根下降管向下流动到底部，途中被煤气预热。然后经配液管流进各管间，并从多根上升管向上流动，逐渐汽化，最后形成汽液饱和物进入汽包，蒸汽经除液后外送。该套管废锅已在部分中小型化肥厂应用，普遍反映效果好。 3 自动加焦机的应用 加焦机在小氮肥行业长期来一直是空白。早在80年代初，湖南省化肥公司组织研制的加焦机在湘南氮肥厂2台炉上应用.并于1983年在该厂召开了鉴定会;后来，河南辉县化肥厂-于1983年12月也用了一台加焦机，都因结构复杂和故障率高而未能推广应用。 小氮肥行业使用加焦机的难处.除r上述原因之外，还存在先天性的问题，如厂房太低矮，原料运输路线不符合加焦机的要求.单炉没有煤仓，一般需要另建运煤系统.投资大、问题多(辉县化肥厂仅1台炉就耗资43万元)，因此一直未能推广开来。 近年来，一些小氮肥厂在市场经济严峻的形势下，克服了许多困难。不仅在烧块煤和焦炭的炉子上用了加焦机，而且在烧碳化煤球的炉子上也用上了加焦机。加焦机的应用在节能降耗方面取得了明显效果，有力地推动了小氮肥事业的发展。 前几年 ，山西省长治市化工研究所成功地研制出一种结构新颖的ZL型自动加焦机.1998年用于生产，经在200余台炉上应用表明，效果很显著。 ZL 型加焦机结构简单，既不要改动厂房.也不要另建运煤系统。该机的加料方法是根据煤气炉移动床气化机理中碳平衡要求而设计的，可依据炉内负荷高低和单位时间内炭消耗量的多少自动进行补充，燃料层可以连续稳定地下移。当选择好所需要的炭层高度后。可以保持恒定。 该型号加焦机结构为:上半部是双密封I)P'.料桶，底部与炉口法兰相接，顶部设有自动旋转桶盖。桶下部设有球形阀板，贮料桶加炭})寸阀板封闭，由桶外油压缸压紧，启闭后与捅盖联锁。加焦机下部悬挂有一定长度的布料器(在炉膛空层内)。布料器下端直接与炭层表面相接触，运行时让物料自然下移，使炭层表面自动形成一个锥面。炭层表面四周阻力均匀，气化剂分布均匀，不易发生偏流。 4 微机控制系统的更新 在造气工序诸多设备中，微机控制系统的更新是最快的。从1985年微机问世，到2000年，在短短的15年中，微机已发展到了第四代。第一代微机大都采用档次较低的单片机和可编程控制器。90年代初第二代专家寻优型微机开发成功。90年代中期第三代智能化管理型微机成功应用。进入21世纪由安徽三元工业自动化设备有限公司研制的第四代高智能化多功能管理型微机(ZF-4型控制系统)问世。微机的更新，对煤气炉节能降耗起到较大的作用。 ZL - 4型 微机控制系统具有测量气化层温度、气化层厚度、灰渣层厚度、炭层高度、空层温度、炭层阻力及监测结疤、风洞等异常情况的功能。此外，对煤气炉下列工艺参数可以进行闭环调优:吹风时间、吹风量、上下吹时间比、入炉蒸汽量、加煤量、排渣强度、氢氮比等。该微机控制系统还具有煤气炉所有工艺参数并且储存一年，随时都可以查阅。 使用该微机后经济效益明显。如:唐山帮力公司化肥厂年节煤200t;浙江省绍兴化肥厂煤耗下降5Y;河北省冀衡化工厂单炉产气量提高25%;安徽省凤台化肥厂年效益为172万元;重庆市梁平化肥厂年效益高达300余万元。 5 燃烧炉的更新 小氮肥吹风气潜热回收技术，1979年首先在山东省文登化肥厂得到应用，吹风气和合成工序中的三气在燃烧炉内集中燃烧，有效地回收了吹风气的潜热。80年代初这一技术很快在小氮肥厂得到了全面推广应用。当时推广的炉型是上海化工设计院设计的上燃式燃烧炉。 90年代后期山东省潍坊市能科热力化工研究所开发出第二代吹风气潜热回收装置。该装置为中燃式煤粉燃烧炉。该技术的关键是对燃烧炉本身进行技术改造。中燃式煤粉燃烧炉与上燃式蓄热型燃烧炉对比，有如下优点: 5.1 燃 烧炉扩径改造 主要是扩大炉径，增加燃烧空间。第一代燃烧炉是为Φ2260煤气炉设计的，选用10^-19系列风机。进}\, 90年代后，煤气炉炉膛逐渐扩大到Φ2400和Φ2600，风机都改用D400,D500, D600，然而燃烧炉直径仍未变动。仍在必3200与Φ3500之间，因此当吹风气流量与流速发生变化后，燃烧炉内就无法进行正常燃烧。 第二代燃烧炉为了适应不同企业的需要.将炉膛扩大成三种规格:Φ4200mm适合1一 ,f台煤气炉，Φ5100mm适合1一 5 台 煤气炉.Φ6200mm适合1^-8台煤气炉。 5.2 采用高温喷头，降低驰放气耗量 第一代燃烧炉均采用明火喷燃器。该种点火形式在吹风期间极易熄火，致使在送吹风气时炉温大幅度下降，每送一次吹风气，炉温卜降60^-100 C。为了维持炉温不得不采取停送吹风气，甚至另外用煤气来维持炉温。 第二代 燃烧炉采用电子打火的高温喷头该喷头原理类似防风打火机，有效地解决了灭火现象，防止了燃烧降温，有时还会升温。 5.3 取 消格子砖，采用分区燃烧 第一代燃烧炉炉温波动大的主要原因是酉门子蓄热格子砖占据了燃烧空间。使吹风气燃烧更加困难。另外，西门子格子砖易结焦堵塞空隙，使系统阻力升高。 第二代燃烧炉全部取消了西门子格子砖.采取分区燃烧，即分为混合燃烧区、高温燃烧区和煤粉燃烧区。位于燃烧炉下部的旋风式煤粉燃烧区，使吹风气中所夹带的煤粉、焦油、挥发分等90%以上可燃物参与燃烧，这样就产‘{几了“倒温差”现象，即炉出口温度高于上部温度。由于取消了格子砖，炉内阻力由4000^"6000Pa降至1000Pa以下。 5.4 采用高低压锅炉串联流程第一代吹风气回收采用热管锅炉和水管锅 炉两种方式。热管锅炉不耐高温，寿命短。水管锅炉烟气温度高，不利于热量回收。 由于第二代吹风气回收装置所产生的热量比较高，因此，采用高低压水管锅炉串联方案解决热量回收难题。主要方法是在烟气高温段设立1台l.25 MPa以上的水管锅炉，所产蒸汽与厂内1.25 MPa蒸汽并网。但较高压力的水管锅炉饱和水温度高，不利于降低烟气温度。因此，在水管锅炉后面，串联1台0.2M Pa的低 压锅炉，所产蒸汽直接供造气炉自用。低压锅炉水温与高压锅炉相比，大约低100'C，这样可以使引风机入口烟气温度低于150'C. 5.5 其 它方面改进 (1) 选用风压在2000Pa以上的引风机，风量根据炉型而定。 (2) 利用微机控制配风、驰放气、水位等，既可提高燃烧效率，也增加了安全性。 (3) 第一代燃烧炉保温材料是以粘土砖和钒土水泥为主，其缺点是易烧穿，运行周期短。由于炉径小、保温层薄，故外壳温度高。第二代燃烧炉保温层选用PA系列材料，保温层厚度在500mm以上，采用复合夹层保温方法施工。因此，外壳温度低，既减少了显热损失，又延长了使用寿命。 (4) 第二代嫩烧炉可用常温空气进行燃烧，可省去造价昂贵的不锈钢空气预热器，使蒸汽产量提高。 (5) 第二代燃烧炉系统，采用大直径烟道来降低烟气阻力，改进除尘装置，防止锅炉飞灰堵塞。 5.6 经济效益 第二代燃烧炉系统可增加蒸汽产量，降低驰放气消耗量，投资效益好，一般可在8个月内收回全部改造投资费用。 第二 代 燃 烧炉经山东“鲁西”、“诸城”、“平阴”、“胶南”、“微山”，湖北“宜化”、“稀水”等20余家厂应用表明，经济效益十分明显。如微山化工总厂改造后年效益在155. 6万元，平阴化肥厂改造后尿素蒸汽消耗下降了49.2%0 6 风机的更新 小氮肥煤气炉的炉型虽然很多.进入90年代后期已基本定型，主要是刃240。炉和必2600炉两种。大多数厂在改造炉型的同时，也选择了相配套的风机，但还是有一些厂仍然沿用着已经淘汰的10-19型系列风机，因此生产能力难以提高。 近年来许多企业为了提高煤气炉的气化强度，所选择的风机能力越来越大，主要目的是使煤气炉有一个比较高的吹风强度。如:必2400炉选用D500型风机，必2600炉选用D600型风机，风压都选择25-30kPa。因此、煤气炉的吹风强度由过去的3000m3/(m`" h )提高到4000^-5000m3/ (m'"h)，也就出现了必2400 0"日产合成氨高达55t的新水平。 笔者近期调查获知，许多厂选用湖北省风机厂的风机。该厂风机的特点是采用双叶轮、双轴承新结构，因此风机运行平稳、噪音小、使用寿命长。 7 除尘器的更新 原来煤气炉应用的除尘器大都是盲肠式冲击除尘器或C型旋风分离器。该两种除尘器的除尘效果都很低。煤气中的含尘量高，不但增加了后续系统设备的磨损和堵塞，而且增加了煤气炉系统的阻力，直接影响到煤气炉生产 近年由上海化工研究院开发的E-正型旋风分离器获得成功。该除尘器具有结构新颖、除尘效率高的优点。经在太仓化肥厂必2400炉上应用表明，该除尘器效率为99. 1肠.此外还具有系统阻力小、使用寿命长等优点。 8 洗涤塔的更新 过去用的洗涤塔为填料式、波纹孔板式、旋流板式，普遍存在传质和洗涤效率低、阻少J大等缺点。近年许多厂改为空塔喷淋，一般选用6^-7排喷头，在夏季可将入塔196℃的煤气降温到出塔时38`C。还有的厂在塔顶部选用管式孔板喷头(只有一排共72个喷头)。这两种方法传质、洗涤、冷却效果都较好。 9 结语 当前化肥形势依然严峻，小氮肥行业如何在市场经济激烈竞争中走出困境。笔者认为、必须狠抓造气工序中设备的技术改造和更新，这才是企业摆脱困境的有效措施。企业领导不仅要有决策的胆略和魄力，而且选择设备(功能)和生产厂家要准，技术改造方案要稳，项目落实要快，只有这样才能使企业迅速增加效益. |
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