合成氨工業(yè)余熱回收
2020/8/15 15:11:10點(diǎn)擊：
合成氨工業(yè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)，在化學(xué)工業(yè)中占有很重要的地位。合成氨生產(chǎn)從造氣開始直到氨的合成都伴隨著熱的過(guò)程。合理地利用和控制合成氨生產(chǎn)過(guò)程中放出的熱量，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)中的能源消耗，降低生產(chǎn)成本，而且可以提高CO變換率及氨的合成率，前者屬于余熱利用，而后者屬于化學(xué)反應(yīng)的熱控制。
根據(jù)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的特殊情況，我國(guó)的合成氨工業(yè)從生產(chǎn)規(guī)模上可分為小合成氨、中合所氨和大合成氨生產(chǎn)。生產(chǎn)的原料路線有煤、油及天然氣。由于原料路線不同，因而生產(chǎn)工藝路線及采用的設(shè)備也不盡相同。針對(duì)不同工藝路線設(shè)備的特點(diǎn)，熱管技術(shù)在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中有以下幾種應(yīng)用類型。
◇回收低溫余熱預(yù)熱助燃空氣，或生產(chǎn)低壓蒸汽作為生產(chǎn)原料；
◇回收高溫余熱產(chǎn)生中壓蒸汽作為原料蒸汽的補(bǔ)充，或生產(chǎn)高壓蒸汽作為生產(chǎn)的動(dòng)力源；
◇控制固定床催化反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)溫度，使其向最佳反應(yīng)溫度曲線無(wú)限逼近，從而提高CO變換反應(yīng)器的CO變換率及合成氨塔內(nèi)氨的合成率。
以上三種應(yīng)用類型，在不同的生產(chǎn)規(guī)模及不同的原料工藝路線中應(yīng)用的方式及設(shè)計(jì)思路均不同，針對(duì)不同的實(shí)際條件采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能取得良好的效果合成氨工業(yè)余熱回收。
上、下行煤氣余熱回收：
上、下行煤氣是指以煤或煤球?yàn)樵系纳a(chǎn)路線中煤造氣爐所產(chǎn)生的上吹半水煤氣及下吹半水煤氣。由于生產(chǎn)原料不同，上、下行煤氣中所含塵粒及溫度也不相同。
※小合成氨上、下行煤氣余熱回收
小合成氨生產(chǎn)大都使用煤球?yàn)樵显鞖�。其特點(diǎn)是出煤造氣爐的上、下行煤氣的溫度較低，氣體成分復(fù)雜含有大量粉塵及水蒸汽。
我公司生產(chǎn)的熱管換熱器具有如下特點(diǎn)：
① 氣體流動(dòng)方向?yàn)閺纳系较�，減少灰塵附著于管壁的可能性；
② 熱管的蒸發(fā)段全部采用直翅片。一方面可以擴(kuò)展傳熱表面，另一方面可消除熱管背部的渦流區(qū)，從而不使灰塵在此停聚。同時(shí)也減少了流動(dòng)阻力損耗。
③ 從煤氣出來(lái)的上行煤氣先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器，然后從蒸汽發(fā)生器的上部向下流過(guò)熱管管束，溫度從進(jìn)口的360℃左右降到出口的140℃左右進(jìn)入下一工段的洗氣塔，然后去煤氣柜。下行煤氣從煤氣爐的底部出來(lái)經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器仍然從蒸汽發(fā)生器的頂部進(jìn)入，溫度從300℃以上降至140℃進(jìn)入洗氣塔，然后去煤氣柜。
※中合成氨上行、下行煤氣余熱回收
中合成氨與小合成氨生產(chǎn)除在產(chǎn)量規(guī)模不同外，主要的區(qū)別在于中型合成氨廠的煤造氣是以塊煤為原料。因此其上行煤氣出煤造氣的溫度遠(yuǎn)較小化肥高，大約在600℃左右。與小合成氨不同之處在于煤造氣爐后有一吹風(fēng)氣燃燒室。上行煤氣經(jīng)過(guò)燃燒室后再進(jìn)入列管式廢熱鍋爐。上行煤氣與吹風(fēng)燃燒氣合用一個(gè)廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽（0.4～0.8MPa）或中壓蒸汽（1.9～2.5 MPa）供工藝使用。由于中合成氨煤造氣爐的下行煤氣溫度較低（200℃左右），因而一般不經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐而直接去冼氣塔。
中型合成氨吹風(fēng)氣燃燒熱的利用：
中小合成氨不同之處在于所有中型合成氨廠以煤造氣的工段，吹風(fēng)氣都經(jīng)過(guò)燃燒室燃燒后再進(jìn)入廢熱鍋爐回收余熱。原有的列管式廢熱鍋爐都是按瞬時(shí)最大吹風(fēng)氣流量設(shè)計(jì)的，而吹風(fēng)氣在一個(gè)循環(huán)中只占25%～28%的時(shí)間，所以設(shè)備的利用率不高。即使上行煤氣也通過(guò)廢熱鍋爐，也只有50%～60%的利用率，何況上行煤氣的流量?jī)H是吹風(fēng)氣瞬時(shí)流量的1/3。所以合理的辦法就是將三臺(tái)煤氣爐的吹風(fēng)氣通過(guò)一個(gè)燃燒室燃燒，燃燒后的煙氣再進(jìn)入一個(gè)廢熱鍋爐，這就大大提高了設(shè)備的利用率。雖然利用原有的列管式廢熱鍋爐也可做到這一點(diǎn)，但原有的廢熱鍋爐設(shè)計(jì)的氣體流速均相當(dāng)高，鍋爐進(jìn)口處的流速高達(dá)20m/s以上。因此，高速磨損經(jīng)常是管壁破壞的原因之一。根據(jù)中型合成氨生產(chǎn)的具體特點(diǎn)，吹風(fēng)氣燃燒氣余熱回收的熱管蒸汽發(fā)生器具有如下優(yōu)勢(shì)：
①具有很高的可靠性及比較長(zhǎng)的使用壽命；
②體積比較緊湊；
③金屬耗量少；
④保持合理的風(fēng)速，能有效的防止快速磨損。
一段轉(zhuǎn)化爐空氣預(yù)熱器
一段轉(zhuǎn)化爐是30萬(wàn)噸/年大型合成氨廠的關(guān)鍵設(shè)備。一段轉(zhuǎn)化爐的任務(wù)是在外部供熱的情況下使烴類與水蒸汽的混合物在爐管內(nèi)轉(zhuǎn)化為CH4、H2、CO、CO2等氣體混合物。其中CH4、H2是合成氨的原料。一段轉(zhuǎn)化爐有多種結(jié)構(gòu)型式，目前國(guó)內(nèi)主要有頂部燒嘴和側(cè)壁燒嘴二種形式。燒嘴噴出的燃料在空氣助燃下加熱爐內(nèi)的轉(zhuǎn)化爐管。熱量大部分為轉(zhuǎn)化爐管吸收。轉(zhuǎn)化爐管所在區(qū)域稱為輻射段。為了充分合理地利用熱量必須使煙道氣通過(guò)對(duì)流段，在對(duì)流段內(nèi)布置有各種吸收煙道氣余熱的管道。回收這部分熱量最合理的用途的是加熱助燃空氣。由于一段爐使用的燃料一般為輕柴油或天然氣，節(jié)約這部分燃料也就更有價(jià)值。
變換工段氣-氣換熱器
在中、小型合成氨廠的變換工段，來(lái)自熱水飽和塔的半水煤氣要與來(lái)自變換爐變換氣進(jìn)行熱交換。通過(guò)換熱，水煤氣的溫度升高，而變換氣的溫度降低。半水煤氣和變換氣的組分都是有毒、易爆、易燃物質(zhì)（CO、H2）。所有的變換工段的變換熱交換器（第一熱交換器、第二熱交換器）都是采用列管式的，存在易腐蝕、匯露、串氣等問題。特別是第一熱交換器，由于溫度較低，極易腐蝕，維修工作量大。腐蝕還會(huì)引起列管管口堵塞，增加系統(tǒng)阻力，致使變換系統(tǒng)壓差增大，影響生產(chǎn)的安全正常運(yùn)行。
在變換系統(tǒng)中應(yīng)用熱管換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
◇可以調(diào)整熱管管壁溫度，控制低溫腐蝕的產(chǎn)生；
◇個(gè)別熱管損壞不會(huì)發(fā)生二種氣體的串混；
◇設(shè)備緊湊，壓力降小，對(duì)變換生產(chǎn)有利；
◇使用壽命長(zhǎng)，投資少。
變換工段的半水煤氣和變換氣都具有一定的壓力，因此熱管換熱器的殼體都是按壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。
根據(jù)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的特殊情況，我國(guó)的合成氨工業(yè)從生產(chǎn)規(guī)模上可分為小合成氨、中合所氨和大合成氨生產(chǎn)。生產(chǎn)的原料路線有煤、油及天然氣。由于原料路線不同，因而生產(chǎn)工藝路線及采用的設(shè)備也不盡相同。針對(duì)不同工藝路線設(shè)備的特點(diǎn)，熱管技術(shù)在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中有以下幾種應(yīng)用類型。
◇回收低溫余熱預(yù)熱助燃空氣，或生產(chǎn)低壓蒸汽作為生產(chǎn)原料；
◇回收高溫余熱產(chǎn)生中壓蒸汽作為原料蒸汽的補(bǔ)充，或生產(chǎn)高壓蒸汽作為生產(chǎn)的動(dòng)力源；
◇控制固定床催化反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)溫度，使其向最佳反應(yīng)溫度曲線無(wú)限逼近，從而提高CO變換反應(yīng)器的CO變換率及合成氨塔內(nèi)氨的合成率。
以上三種應(yīng)用類型，在不同的生產(chǎn)規(guī)模及不同的原料工藝路線中應(yīng)用的方式及設(shè)計(jì)思路均不同，針對(duì)不同的實(shí)際條件采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能取得良好的效果合成氨工業(yè)余熱回收。
上、下行煤氣余熱回收：
上、下行煤氣是指以煤或煤球?yàn)樵系纳a(chǎn)路線中煤造氣爐所產(chǎn)生的上吹半水煤氣及下吹半水煤氣。由于生產(chǎn)原料不同，上、下行煤氣中所含塵粒及溫度也不相同。
※小合成氨上、下行煤氣余熱回收
小合成氨生產(chǎn)大都使用煤球?yàn)樵显鞖�。其特點(diǎn)是出煤造氣爐的上、下行煤氣的溫度較低，氣體成分復(fù)雜含有大量粉塵及水蒸汽。
我公司生產(chǎn)的熱管換熱器具有如下特點(diǎn)：
① 氣體流動(dòng)方向?yàn)閺纳系较�，減少灰塵附著于管壁的可能性；
② 熱管的蒸發(fā)段全部采用直翅片。一方面可以擴(kuò)展傳熱表面，另一方面可消除熱管背部的渦流區(qū)，從而不使灰塵在此停聚。同時(shí)也減少了流動(dòng)阻力損耗。
③ 從煤氣出來(lái)的上行煤氣先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器，然后從蒸汽發(fā)生器的上部向下流過(guò)熱管管束，溫度從進(jìn)口的360℃左右降到出口的140℃左右進(jìn)入下一工段的洗氣塔，然后去煤氣柜。下行煤氣從煤氣爐的底部出來(lái)經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器仍然從蒸汽發(fā)生器的頂部進(jìn)入，溫度從300℃以上降至140℃進(jìn)入洗氣塔，然后去煤氣柜。
※中合成氨上行、下行煤氣余熱回收
中合成氨與小合成氨生產(chǎn)除在產(chǎn)量規(guī)模不同外，主要的區(qū)別在于中型合成氨廠的煤造氣是以塊煤為原料。因此其上行煤氣出煤造氣的溫度遠(yuǎn)較小化肥高，大約在600℃左右。與小合成氨不同之處在于煤造氣爐后有一吹風(fēng)氣燃燒室。上行煤氣經(jīng)過(guò)燃燒室后再進(jìn)入列管式廢熱鍋爐。上行煤氣與吹風(fēng)燃燒氣合用一個(gè)廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽（0.4～0.8MPa）或中壓蒸汽（1.9～2.5 MPa）供工藝使用。由于中合成氨煤造氣爐的下行煤氣溫度較低（200℃左右），因而一般不經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐而直接去冼氣塔。
中型合成氨吹風(fēng)氣燃燒熱的利用：
中小合成氨不同之處在于所有中型合成氨廠以煤造氣的工段，吹風(fēng)氣都經(jīng)過(guò)燃燒室燃燒后再進(jìn)入廢熱鍋爐回收余熱。原有的列管式廢熱鍋爐都是按瞬時(shí)最大吹風(fēng)氣流量設(shè)計(jì)的，而吹風(fēng)氣在一個(gè)循環(huán)中只占25%～28%的時(shí)間，所以設(shè)備的利用率不高。即使上行煤氣也通過(guò)廢熱鍋爐，也只有50%～60%的利用率，何況上行煤氣的流量?jī)H是吹風(fēng)氣瞬時(shí)流量的1/3。所以合理的辦法就是將三臺(tái)煤氣爐的吹風(fēng)氣通過(guò)一個(gè)燃燒室燃燒，燃燒后的煙氣再進(jìn)入一個(gè)廢熱鍋爐，這就大大提高了設(shè)備的利用率。雖然利用原有的列管式廢熱鍋爐也可做到這一點(diǎn)，但原有的廢熱鍋爐設(shè)計(jì)的氣體流速均相當(dāng)高，鍋爐進(jìn)口處的流速高達(dá)20m/s以上。因此，高速磨損經(jīng)常是管壁破壞的原因之一。根據(jù)中型合成氨生產(chǎn)的具體特點(diǎn)，吹風(fēng)氣燃燒氣余熱回收的熱管蒸汽發(fā)生器具有如下優(yōu)勢(shì)：
①具有很高的可靠性及比較長(zhǎng)的使用壽命；
②體積比較緊湊；
③金屬耗量少；
④保持合理的風(fēng)速，能有效的防止快速磨損。
一段轉(zhuǎn)化爐空氣預(yù)熱器
一段轉(zhuǎn)化爐是30萬(wàn)噸/年大型合成氨廠的關(guān)鍵設(shè)備。一段轉(zhuǎn)化爐的任務(wù)是在外部供熱的情況下使烴類與水蒸汽的混合物在爐管內(nèi)轉(zhuǎn)化為CH4、H2、CO、CO2等氣體混合物。其中CH4、H2是合成氨的原料。一段轉(zhuǎn)化爐有多種結(jié)構(gòu)型式，目前國(guó)內(nèi)主要有頂部燒嘴和側(cè)壁燒嘴二種形式。燒嘴噴出的燃料在空氣助燃下加熱爐內(nèi)的轉(zhuǎn)化爐管。熱量大部分為轉(zhuǎn)化爐管吸收。轉(zhuǎn)化爐管所在區(qū)域稱為輻射段。為了充分合理地利用熱量必須使煙道氣通過(guò)對(duì)流段，在對(duì)流段內(nèi)布置有各種吸收煙道氣余熱的管道。回收這部分熱量最合理的用途的是加熱助燃空氣。由于一段爐使用的燃料一般為輕柴油或天然氣，節(jié)約這部分燃料也就更有價(jià)值。
變換工段氣-氣換熱器
在中、小型合成氨廠的變換工段，來(lái)自熱水飽和塔的半水煤氣要與來(lái)自變換爐變換氣進(jìn)行熱交換。通過(guò)換熱，水煤氣的溫度升高，而變換氣的溫度降低。半水煤氣和變換氣的組分都是有毒、易爆、易燃物質(zhì)（CO、H2）。所有的變換工段的變換熱交換器（第一熱交換器、第二熱交換器）都是采用列管式的，存在易腐蝕、匯露、串氣等問題。特別是第一熱交換器，由于溫度較低，極易腐蝕，維修工作量大。腐蝕還會(huì)引起列管管口堵塞，增加系統(tǒng)阻力，致使變換系統(tǒng)壓差增大，影響生產(chǎn)的安全正常運(yùn)行。
在變換系統(tǒng)中應(yīng)用熱管換熱器具有如下優(yōu)點(diǎn)：
◇可以調(diào)整熱管管壁溫度，控制低溫腐蝕的產(chǎn)生；
◇個(gè)別熱管損壞不會(huì)發(fā)生二種氣體的串混；
◇設(shè)備緊湊，壓力降小，對(duì)變換生產(chǎn)有利；
◇使用壽命長(zhǎng)，投資少。
變換工段的半水煤氣和變換氣都具有一定的壓力，因此熱管換熱器的殼體都是按壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。
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