吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)的改造及效果

姜桂明，房 一，楊洪生

(魯西化工集團(tuán)股份有限公司 山東聊城 252211)

固定層間歇式氣化技術(shù)制備原料氣，在我國中小型合成氨裝置中應(yīng)用比較廣泛，吹風(fēng)氣鍋爐作為與固定層間歇式氣化技術(shù)配套設(shè)備，既回收了造氣過程中的吹風(fēng)氣，又可將產(chǎn)生的蒸汽用于合成氨生產(chǎn)，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。目前，國家有關(guān)部門已將固定層間歇式氣化技術(shù)列入限制類技術(shù)，越來越多的企業(yè)采用更加先進(jìn)的氣化技術(shù)替代傳統(tǒng)的固定層間歇式氣化技術(shù)[1-3]。隨著固定層間歇式氣化裝置的停運(yùn)，吹風(fēng)氣鍋爐面臨燃料短缺問題，將含有碳?xì)浠衔锏膹U氣及有機(jī)廢液作為燃料送至吹風(fēng)氣鍋爐中的燃燒爐內(nèi)燃燒，成為一種解決上述問題的重要方法[4-5]。本文將具有燃燒價值的尾氣及有機(jī)廢液作為燃料送至吹風(fēng)氣鍋爐中的燃燒爐，并對吹風(fēng)氣鍋爐的噴槍系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，確保吹風(fēng)氣鍋爐可以同時處理兩相流體。通過改造，既充分利用了現(xiàn)有設(shè)備，又處理了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢液，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

1 吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造前工藝概述

吹風(fēng)氣鍋爐除了回收固定層間歇式造氣爐吹風(fēng)階段的吹風(fēng)氣，還回收合成系統(tǒng)放空氣經(jīng)變壓吸附(PSA)裝置提氫后的解析氣，這些可燃?xì)怏w經(jīng)過止逆水封及水分離設(shè)備后，配入一定量的高溫空氣，經(jīng)吹風(fēng)氣鍋爐氣體分布器分別進(jìn)入燃燒爐、燃燼爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過余熱鍋爐(過熱器、蒸發(fā)器)、中溫空氣預(yù)熱器、省煤器、水加熱器、低溫空氣預(yù)熱器、布袋除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)煙囪排入大氣中。吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造前工藝流程見圖1。

2 吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造方案的分析與討論

因粉煤加壓氣化技術(shù)與固定層間歇式氣化技術(shù)的不同，原固定層間歇式氣化技術(shù)后續(xù)的脫硫工段、變換工段及變脫工段已不適用現(xiàn)有的工藝條件及流程，目前采用寬溫耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗等先進(jìn)技術(shù)制備產(chǎn)品氣和精煉氣。隨著固定層間歇式氣化裝置及后續(xù)脫碳工段停運(yùn)，無法提供造氣爐吹風(fēng)階段的吹風(fēng)氣，吹風(fēng)氣鍋爐因燃料短缺面臨停運(yùn)問題，因此僅分析討論吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)的改造。

2.1 燃料來源

2.1.1 氣體燃料來源

近年來，魯西化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱魯西化工公司)通過大力調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，已實(shí)現(xiàn)企業(yè)從化肥向化工、從基礎(chǔ)化工向化工新材料的轉(zhuǎn)型，并形成了煤化工、鹽化工、氟硅化工及化工新材料的產(chǎn)業(yè)鏈條。通過對魯西化工公司生產(chǎn)裝置尾氣成分的分析，結(jié)合魯西化工公司的實(shí)際情況，提出了將具有回收燃燒價值的甲酸、甲酸鈉、液氮洗和多元醇裝置的尾氣，通過設(shè)計的復(fù)合式噴槍送至吹風(fēng)氣鍋爐的燃燒爐內(nèi)燃燒的方案，相關(guān)尾氣中的主要成分見表1，具體適用的工藝流程見圖2中虛線部分。

表1 尾氣主要成分及含量

2.1.2 液體燃料來源

魯西化工公司多元醇裝置中的預(yù)精餾塔塔頂排出的輕組分主要包括丁醛、辛烯醛、戊烯醛、己醛等，精餾塔塔底排出的主要是丁醇、辛醇和大量重組分，塔頂輕組分和塔底重組分被送入廢液灌后形成了含有醛、醇及其聚合物的有機(jī)廢液。根據(jù)魯西化工公司實(shí)際生產(chǎn)情況，暫時將有機(jī)廢液通過復(fù)合式噴槍送至吹風(fēng)氣鍋爐的燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，相關(guān)廢液的主要成分見表2，適用工藝流程見圖3中虛線部分。

表2 多元醇裝置混合有機(jī)廢液主要成分及含量

2.2 燃料系統(tǒng)噴槍設(shè)計

傳統(tǒng)用于處理液體和氣體的燃燒爐噴槍具有較大的局限性，僅限于處理某一相流體，對于兩相流體只能通過增加噴槍數(shù)量來解決，且液體噴槍噴出的流體物料分散效果差、處理能力有限，影響噴槍的噴射效果及處理效率。

為解決上述問題，魯西化工公司設(shè)計了一種適用于兩相流體的復(fù)合式噴槍，其具有噴射效果好、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合式噴槍包括第1管道、第2管道和第3管道，且各管道的直徑依次增大，第2管道套設(shè)在第1管道的外面，第3管道套設(shè)于第2管道的外面。

第1管道的端部設(shè)置有第1管道噴頭，并在第1管道噴頭上設(shè)有若干第1軸向通孔；每個第1軸向通孔的外側(cè)端部設(shè)計成喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)，喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)的側(cè)壁為弧形。

第2管道的端部設(shè)置有第2管道噴頭，且第2管道噴頭包括頭部和本體部。本體部設(shè)于第2管道與所述頭部之間，頭部與第1管道的外壁之間密封設(shè)置，且頭部上均布有若干個第2軸向通孔，每個第2軸向通孔的外側(cè)端部設(shè)計成喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)，喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)的側(cè)壁為弧形；本體部為中空結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁上均布有若干個徑向通孔，每個徑向通孔的外側(cè)端部設(shè)計成喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)，喇叭狀擴(kuò)徑結(jié)構(gòu)的側(cè)壁為弧形。

第3管道的端部設(shè)置有第3管道噴頭，第3管道噴頭上設(shè)有至少兩圈環(huán)形布置的通孔，其中一圈通孔軸向設(shè)置，另一圈通孔相對于第3管道的軸線向同一側(cè)傾斜。

第1管道、第3管道與尾氣燃料連接；第2管道與有機(jī)廢液液體燃料連接。

采用同一噴槍實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢液和廢氣的均勻混合，并實(shí)現(xiàn)了兩相流體的輸送，有效提高了廢液的霧化效果。另外，復(fù)合式噴槍通過螺紋連接方式與燃燒爐設(shè)備本體相連，便于更換清理噴槍，復(fù)合式噴槍結(jié)構(gòu)示意見圖4～圖10。

2.3 吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后工藝流程概述

吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后的燃料分為氣體燃料和液體燃料，氣體燃料通過復(fù)合式噴槍的第1管道、第3管道輸送，液體燃料通過復(fù)合式噴槍的第2管道輸送。復(fù)合式噴槍位于燃燒爐中、下部位置[6]，分別設(shè)置2臺和1臺復(fù)合式噴槍。

液氮洗裝置尾氣、甲酸裝置尾氣、甲酸鈉裝置尾氣分別通過安裝有止回閥的管道進(jìn)入與燃燒爐中部本體相連接的復(fù)合式噴槍中，且上述兩種尾氣的復(fù)合式噴槍水平對置排布；多元醇裝置尾氣、PSA提氫后的解析氣經(jīng)過止逆水封及水分離器后，進(jìn)入與燃燒爐下部本體相連接的復(fù)合式噴槍中；有機(jī)廢液在氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力下經(jīng)過濾器、止回閥后進(jìn)入復(fù)合式噴槍的第2管道，再經(jīng)第2管道噴頭的分散、霧化，并在第1管道、第3管道噴頭尾氣的沖擊、碰撞和旋流作用下形成細(xì)小液滴，分散于廢氣中。通過噴槍系統(tǒng)輸入燃料的同時，配入一定量高溫空氣進(jìn)入燃燒爐中。吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后的工藝流程見圖11。

3 吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后運(yùn)行效果

吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造投資少、工期短，從燃料系統(tǒng)改造后的運(yùn)行情況來看，達(dá)到了預(yù)期效果，主要體現(xiàn)在以下兩方面。

3.1 吹風(fēng)氣鍋爐蒸汽產(chǎn)量

吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造前，吹風(fēng)氣鍋爐回收吹風(fēng)氣和PSA提氫后的解析氣，單臺鍋爐回收上述氣體氣量分別約為38 000、470 m3/h(標(biāo)態(tài))，每小時可產(chǎn)2.54 MPa、360 ℃的過熱蒸汽量為19.4 t；吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后，吹風(fēng)氣鍋爐回收PSA提氫后的解析氣、甲酸和甲酸鈉裝置尾氣、液氮洗裝置尾氣、多元醇裝置尾氣和多元醇裝置有機(jī)混合廢液，單臺鍋爐回收上述燃料量分別約為470、860、600、400 m3/h(標(biāo)態(tài))及1 200 kg/h，每小時可產(chǎn)2.54 MPa、360 ℃的過熱蒸汽量為17.8 t。

3.2 系統(tǒng)工藝運(yùn)行指標(biāo)

吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后主要指標(biāo)實(shí)測值見表3。

表3 吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)改造后主要指標(biāo)實(shí)測值

4 結(jié)語

通過對吹風(fēng)氣鍋爐燃料系統(tǒng)的改造，尤其是對吹風(fēng)氣鍋爐噴槍的改造，不僅回收了園區(qū)部分裝置產(chǎn)生的具有燃燒價值的尾氣和有機(jī)廢液，而且最大限度地利用了現(xiàn)有工藝流程和設(shè)備，既減輕了環(huán)保壓力，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。此次燃料系統(tǒng)的成功改造，有利于企業(yè)在市場競爭中處于優(yōu)勢地位，同時為國內(nèi)化工企業(yè)進(jìn)行同類型的技術(shù)改造提供了經(jīng)驗(yàn)。