以煤为原料的合成氨生产总能耗的58％左右消耗在造气工段，而目前造气工段的有效能利用率一般在64％左右，上了吹风

气潜热回收项目后，有效能利用率约在70％。造气工段的原料煤耗占两煤耗的80％，蒸汽消耗占全厂蒸汽用量70％以上。随着变换工段采用全低变技术，合成工段副产蒸汽及精炼工段蒸汽消耗的减少，使台成氨生产可达到蒸汽自给，这样合成氨生产中原料煤耗的高低，直接牵涉到合成氨的生产成本。一般造气用煤占总成本的5o％以上，甚至高达65％，因此降低造气的能耗，提高造气炉的发气量和有效能利用率是降低台成氨生产总能耗的有效途径。要降低造气的能耗，除

了选择最优化的操作(微机控制、油压控制阀门动作、2rain循环等)和先进的设备外，主要靠开发利用造气炉制气过程中的工艺余热和对制气过程中产生的可燃物的二次利用，以及加强保温措施、减少热辐射损失等手段为此，笔者在1988年研制开发了单炉匹配的YR一Ⅱ型三级余热利用的工艺和设备。自制的这3套装置共使用了8年，其中的3台除尘过热器至今还在使用。由于早已超过了设计使用寿命，必须进行更新但如果仍采用单炉匹配的4套YR一Ⅱ型装置，则投资费用较大。为了节约资金，改善造气工段的环境，减少占地面积及简化流程，决定自行设计研制上下行煤气集中余热回收项目的工艺和设备。这样造气工段的炉外设备分为两大系统：一是吹风气余热(潜热)回收系统；二是上下行煤气余热集中回收系统从根本上改变了造气工段的面貌。

上下行煤气余热集中回收器目前有烟道式和热管式两种。经仔细分析，烟道式余热集中回收器具有阻力低的优点。但阻力

低，煤气流速必然小，因而雷诺数也必然小，造成总传热系数K值也小。K值的减小，使换热面积增大。以造气炉3开1备为例，集中余热回收器的换热面积要270m以上，这样势必造成设备庞大，造价和占地面积也就

大．同时必须解决好上下行煤气进烟道式集中余热回收器之前的除尘和排尘问题。而目前的烟道式集中余热回收器的排灰管是插^水池中的湿式下灰仓，在用劣质煤特别是碳化煤球为原料时易造成排灰管堵塞。热管式集中余热回收器具有在低温下换热效果好的优点，特别适用于热源在200℃以下的工况，部分热管损坏后也能继续运行。由于在上下行煤气中有大量粒径小于100m的灰尘，易在环形翅片上积聚而大辐度降低换热效果如采用条形翅片热管或光杆热管，则换热效果有所下降，因而不得不增大换热面积。采用环形翅片热管集中余热回收器在3炉运行工况下，至少要有240m的换热面积，而煤气出口温度也在170℃左右，效果并不理想，同时阻力损失也不小，其造价与烟道式集中余热回收器差不多，约为∞万元。

根据以上分析，本厂仍以余热分级回收、按质利用的原则，开发三级余热回收式上下行煤气糸热集中回收装置的全套工艺

和设备。

2三级余热回收式上下行煤气余热集中回收的设计

从设计要求来看，主要根据造气炉的工艺要求，提高有效能利用率。同时考虑需投资省、占地面积小、除尘效果好、阻力小、发气量大、安全可靠等诸方面的因素。

2．1根据生产工艺要求，提高上下行煤气的有效能利用率。

造气过程中需要过热的饱和蒸汽作为气化剂，以提高蒸汽分解率，达到稳定炉温、提高发气量的目的。为了减少或不用外供蒸汽，应提高造气炉自产蒸汽的能力；为了得到更多的自产蒸汽，应提高自产蒸汽设备的进水温度，废锅后面增设水加热器就是为了达到这个目的，而且充分利用了造气炉出口气体的显热。

根据上述工艺生产要求，从有效能E的角度分析，能源有不同的等级。总量相同的"热量"，温度等级高，其可利用程度就大，即有效能高。E计算式为：E={H一14o}一Tois-So)=Qr1-7"0／

式中：H：焙；S：熵；T：流体温度。下脚标"o"的为环境温度为25"(2时的熔、熵和温度。

以仅利用上下行煤气显热分别过热饱和蒸汽或自产饱和蒸汽为倒，根据总有效能E=Q(1一／T)，以Q对(1一To／T)作图，详见图1(以吨氨为基准)。从图1可看出：EFGH区域为蒸汽过热器回收的有效能，ABC39区域为相应的热源总有效能；tJg_L区域为废热锅炉回收的有效能，ABtGD区域为相应的热源总有效能；从图1上可直观看出有大量的高温部分有效能未利用。但废锅回收的热量较蒸汽过热器的多，余热回收率分别为56％和5o％。

同样作上下行煤气显热以次过热饱和蒸汽、自产饱和蒸汽及加热软水作为锅炉、夹套、废锅(含吹风气回收的余热锅炉)的补充软水的有效能利用图见图2(以吨氨为基准)从图2可看出：ABCD为总有效能，EFGH为蒸汽过热器回收的有效能，0KL为废锅回收的有效能，MNYZ为软水加热器回收的有效能由于结合回收下行煤气的有效能，MNYZ与IJKL区有部分重叠，余热回收率为83％。

综上所述，配合造气工艺生产的要求，分三级集中回收上下行煤气的显热在理论和生产实际上均为最理想的方案。

2．2上下行煤气余热集中回收的工艺流程和特点

2．21工艺流程

本厂共有4台02400造气炉，3开1备。每台造气炉各设1台除尘过热器和停车水封。4台造气炉合用1台余热集中回收器和1

台公用洗气塔吹风气分别由除尘过热器尘和回收部分显热后去燃烧炉系统；上行煤气经除尘过热器除尘和回收部分余热后，进入余热集中回收器回收热量，然后经公用洗气塔冷却除尘后去气柜；下行煤气进集尘器并由余热集中回收器回收热量后，再去公用洗气塔，冷却除尘后去气柜。工艺流程示意图见图3。图3工艺流程示意图1造气炉2下行煤气集尘器3陈尘盘热器4安全水封5亲热集中回收器6．洗气塔

22．2本流程的优点

在以碳化煤球为原料时，特别是在大风量、高风压的工况下，气体带出物占入妒总量的l1．2％～l1．3％(块煤为5％左右)，因而吹风气中的固相悬浮物浓度已达到8oE／左右。如不经高效的旋风除尘，则造成吹风气总管磨损和燃烧炉的格子砖、余热锅炉炉膛内灰层堵塞。由于吹风气和上行煤气合用一台除尘过热器，除尘率达到81％以上，避免了上述情况的产生，同时节约了设备投资和占地面积，简化了流程。造气炉出口气体经三级余热回收，既符合造气生产对过饱和蒸汽、自产饱和蒸汽和软水提温的要求，又太辐度地提高有效能的利用，余热回收率达到83％以上。上下行煤气所用换热设备全部采用煤气走管间的配置，同时尽可能组装设备，因而流程较短。系统阻力小于2．5kPa，有利于提高造气炉的产汽量。每台炉与生产系统隔离采用停车水封的手段。当该台炉停车检修时，水封内注入水，再加盲板，可绝对保证安全。缺点是在运行时，阻力略太于双阀门隔绝，但减少了阗门维修工作量并降低了投资费用。

由于经过了旋风除尘，气相中残留的50-200gm的灰尘，其比重比水轻，因而浮在洗气塔进口管内，造成进气管堵塞而被迫停车清理。在每台炉配用一台洗气塔时，约20d左右停炉清理1次。因此这个问题不解决，以碳化煤球等劣质煤为原料时采用集中回收是不现实的，势必造成至少每个月全厂停车清理1次的后果。为此，在公用洗气塔进口管上加装I套搅拌装置，粉碎和分流浮尘，以利于冷却水将浮尘带出公用洗气塔，保证运行半年以上，在全厂停车时清理。

23上下行煤气余热集中回收设备的结构及特点

(I)除尘过热器采用旋风除尘器形式，其阻力降一般为0．4-20kPa，适用于分离0．5～1000ptm粒径的粉尘。该设备中心管内有蒸汽过热器，过热器为多波形管束式结构，这种结构适用于温度呈周期性变化的场合，有利于提高除尘效率和保证设备的使用寿命。为了防止粉尘对壳体的冲刷磨损，锥体以上(含锥体)加装铸铁块内村。

(2)集中余热回收器采用废锅与软水加热器组装成一体的形式，内件为多波形管束式结构。该种结构能延长设备使用寿命，还能增加煤气流道面积而降低阻力；也有利于提高传热系数K值而减少换热面积，因而降低设备造价。

(3)公用洗气塔采用组合型半空塔喷淋

结构。洗气塔和洗气箱也组合成一体。这种结构适用于煤气中粉尘量太、粒径小的场合。在通过3台02400造气炉的上下行煤气的流量、温度170℃的工况下，出塔温度为40℃，冬天时只有34℃，冷却效果较好湿式除尘器的除尘粒径范围在0．001100m之间，干法旋风除尘器除尘粒径范围在0．5～1000／lm之间，因而公用洗气塔与除尘过热器的除尘粒径范围在0．5～100btm之间重叠。由此可确定不必过分追求除尘器的高除尘效率。所以有了高教的公用洗气塔就可适当降低除尘器的除尘效率，因而有利于降低气体的流速。而设备的阻力与流速的平方成正比，降低流速就是降低设备阻力，也就提高了造气炉的发气量。

(4)除尘过热器和集中余热回收器的下灰系统采用油压控制机构。除尘过热器的下灰与造气炉的下渣联锁同步，这样可确保除尘过热器的下灰次数，以免灰仓容纳不下而造成二次夹带到后续系统中去。为保证粉尘的自动流出，灰仓内设一斜板，斜板的倾角根据粉尘的静止安息角为20o来确定，故斜板倾角应大于300。因粉尘数量为125～250k

h之间，因此灰仓容积以此为设计依据。

3上下行煤气余热集中回收装置的使用情况

31除尘过热器的除尘效果

传统的盲肠集尘器每天的集尘量为1260，除尘过热器每天的除尘量为4796，其除尘能力较前者提高4倍。除尘过热器与盲肠集尘器的除尘效果对照见下表1。

其次，从表中可看出两点：首先除尘过热器的除细灰能力较盲肠集尘器强．小于200／lm粒径的灰尘绝对量，分别为1290kg／d和183．96kg／d，绝对量增加7倍；其次，每天减少3500的灰尘进入后续设备，减轻了造气污水闭路循环的负荷。

至于表中反映出的粒径大于900btm的灰尘，在盲肠集尘器所除的灰中的重量分布比除尘过热器大的现象，则是由于以碳化煤球为原料所形成的灰屑的机械强度较低，在旋转过程中进一步粉化所造成的。除尘过热器的除尘效果为80．2％。

32余热回收效果

经化工部节能服务中心上海分站测定：蒸汽过热器每吨氨回收的热量为534，6kJ；集中余热回收器上部废锅每吨氨回收的

热量为516．6k1；集中余热回收器下部软水加热器每吨氨回收的热量为215．7k1；吨氨合计回收热量12670kI；以进公用洗气塔的上下行煤气温度为170℃计，则余热回收率为95％以进公用洗气塔上下行煤气温度为140℃计，则余热回

收率为85％。这说明集中余热回收的出口温度偏高3o℃，应适当增加集中余热回收器的换热面积。

3．3系统阻力降

经化工部节能服务中心上海分站测定：除尘过热器吹风时为Ap=0．78kPa；上吹时为Ap=023kPa。集中余热回收器上吹时Ap=0．7kPa。公用洗气塔上吹时Ap=0．9kPa。下吹阻力远小于上吹阻力，故忽略不计。整个系统上吹时阻力为1．83kPa。4上下行煤气余热集中回收的经济效益(1)节约标煤(以合成氨1．酷万c／a计)回收上下行煤气的显热量相当于节约标煤827．5c。提高蒸汽分解率5％，相当于节约标煤量187．96t减少每循环吹风时间3％，相当节约标煤量46084t。全年可节约标煤为1476t。以每吨标煤42,0元计，则全年节约62万元。

(2)洗气塔减少了2／3台。改为使用公用洗气塔后，节约冷却水量60t／h，相当于全年节约10．1万元。

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