【文章內(nèi)容簡介】 蒸汽供造氣，實現(xiàn)合成氨、尿素生產(chǎn)企業(yè)“兩煤變一煤”和“兩爐變一爐”的目標(biāo)。第一、第二代吹風(fēng)氣回收利用裝置的缺點，第三代吹風(fēng)氣回收利用裝置——三廢混燃爐的誕生。從上世紀(jì)八、九十年代起，合成氨、甲醇生產(chǎn)企業(yè)便開始了吹風(fēng)氣的回收利用，隨即產(chǎn)生了第一代和第二代吹風(fēng)氣燃燒爐。第一代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃蓄熱式，爐內(nèi)排列了大量的西門子格子磚，利用高熱值合成氣燃燒蓄熱后，來燃燒低熱值的造氣吹風(fēng)氣，回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，保護(hù)環(huán)境。第二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，其燃燒形式是上燃改進(jìn)式或中燃式，在第一代的基礎(chǔ)上，增加了燃燒噴頭，減少了爐內(nèi)格子磚，或者采用折流式煙氣拱型墻體蓄熱，使?fàn)t內(nèi)的阻力大為減小，減小了造氣爐送吹風(fēng)階段的阻力，煙氣燃燒更為完全，使造氣系統(tǒng)蒸汽達(dá)到了自給。第一、第二代造氣吹風(fēng)氣的回收是在高熱值點火氣（合成放空氣）足夠的前提下進(jìn)行，因而其回收率在95%左右。這對于吹風(fēng)氣的回收利用起到了很大的作用，也暴露出很多問題。無論是第一代和第二代吹風(fēng)氣燃燒爐均需要點火氣源（合成放空氣），爐溫低于650℃時吹風(fēng)氣就不能維持燃燒而滅火，送入的吹風(fēng)氣極易發(fā)生爆炸。同時造氣吹風(fēng)氣座板閥開關(guān)頻繁，關(guān)閉不嚴(yán)。點火氣進(jìn)入燃燒爐在配風(fēng)閥來不及調(diào)節(jié)時，發(fā)生爆炸的現(xiàn)象也時有發(fā)生。第三代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，也就是造氣三廢流化混燃爐，其燃燒形式是混燃式，它的最大特點是改變了已往以氣為點火源蓄熱后來燃燒回收造氣吹風(fēng)氣的方式，采用造氣爐渣或煤為點火源來點燃造氣吹風(fēng)氣，其回收過程更安全、更經(jīng)濟。和前兩代相比有了突破性的發(fā)展，設(shè)計更加合理，使用更加可靠安全。它的設(shè)計，運用了沸騰床的燃燒特性，借用循環(huán)流化床鍋爐的部分技術(shù)，采用了吹風(fēng)氣余熱鍋爐的模式，對造氣產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢灰能夠達(dá)到同時混燃，故又可稱做“雙能源吹風(fēng)氣余熱鍋爐”，或第三代吹風(fēng)氣余熱鍋爐。其造氣吹風(fēng)氣回收率可達(dá)100%。三廢混燃爐的基本原理、主要優(yōu)點。（1）基本原理三廢流化混燃爐運用沸騰床的燃燒特性，借用循環(huán)流化床鍋爐的部分技術(shù)，采用了吹風(fēng)氣余熱鍋爐熱量回收的模式，使造氣產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢灰能夠達(dá)到同時混燃，解決了低熱值氣體單獨燃燒需大量點火氣和易滅火、易爆炸等問題。三廢混燃爐下部為燃渣燃煤區(qū)，中部為造氣吹風(fēng)氣燃燒區(qū)，煙氣從混燃爐頂部進(jìn)入組合式除塵器，經(jīng)旋風(fēng)除塵后，煙氣自下部進(jìn)入遂道窯式余熱鍋爐，煙塵經(jīng)落灰管落入下部水封。遂道式余熱鍋爐自前向后的依次為：水冷屏、噴水式蒸汽過熱器、鍋爐對流排管、省煤器、空氣預(yù)熱器、電除塵器、脫硫裝置、引風(fēng)機、煙囪。三廢流化混燃爐主要由三廢混燃爐和組合除塵器構(gòu)成。均采用鋼制外殼，內(nèi)部用高鋁磚、硅酸鋁制品、黏土輕質(zhì)磚、高強耐磨澆注料等砌筑。爐體下部為沸騰燃燒室，配有風(fēng)室、布風(fēng)板、風(fēng)帽、二次風(fēng)管等。風(fēng)室除和來自空氣預(yù)熱器的風(fēng)管相連外，還裝有點火裝置。破碎摻合后的混合料（造氣爐渣：60%；造氣除塵器細(xì)灰10%；煙煤或無煙煤沫30%），由料倉進(jìn)入螺旋給煤機，再由螺旋給煤機將爐渣等混合料送混燃爐下部的燃燒室流化燃燒。三廢爐中上部為吹風(fēng)氣的燃燒空間。吹風(fēng)氣經(jīng)預(yù)混器與空氣充分混合后進(jìn)入爐內(nèi)，在高溫作用下充分燃燒。為達(dá)到三廢混燃爐的綜合利用，生產(chǎn)系統(tǒng)的各種廢氣均可送入三廢流化混燃爐內(nèi)回收處理。為有效控制爐膛溫度，在爐內(nèi)布置了一定的受熱面，與余熱鍋爐汽水系統(tǒng)相連，避免了爐壁結(jié)焦。燃燒后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入組合除塵器，旋風(fēng)筒是用1Cr25Ni20Si2耐熱鋼制作。在旋風(fēng)筒和中心筒作用下，進(jìn)行“煙”“塵”分離。（2）三廢混燃爐的主要優(yōu)點經(jīng)濟性：第一，三廢流化混燃爐回收造氣吹風(fēng)氣，在起始階段，是以煤為點火源，可少用或不用合成點火氣，即造氣吹風(fēng)氣回收不受合成放空氣量的影響，節(jié)約氫氣和半水煤氣，可使合成氨產(chǎn)量提高35%，甲醇提高產(chǎn)量1720%。第二，中小型尿素廠，噸合成氨（或噸甲醇）需外供蒸汽13t/h。一臺三廢流化混燃爐不僅能夠達(dá)到全廠蒸汽自給，實現(xiàn)“兩爐變一爐”和“兩煤變一煤”的目標(biāo)，而且一爐多用，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。發(fā)電后的乏汽，通過“抽”、“背 ”等方式，把送到生產(chǎn)崗位，由此停掉了能耗高的鍋爐，節(jié)約了能源，提高了效率，減少了操作人員。使新建和擴建的企業(yè)能夠節(jié)約投資約50%。安全性：吹風(fēng)氣是低熱值氣體，低于650℃時就不能燃燒，如爐溫不穩(wěn)定，就會發(fā)生爆炸。另外吹風(fēng)氣座板閥開關(guān)頻繁，關(guān)閉不嚴(yán)煤氣進(jìn)入燃燒爐在配風(fēng)閥來不及調(diào)節(jié)時，發(fā)生爆炸的現(xiàn)象也時有發(fā)生。如山東某企業(yè)一套45t/h的吹風(fēng)氣燃燒爐，在點火開車時發(fā)生爆炸，造成人員傷亡，爐體坍塌。蓄熱式吹風(fēng)氣回收，在點火時也容易發(fā)生爆炸事故。如山東某化肥廠一套30t/h的蓄熱式吹風(fēng)氣燃燒爐，在點火烘爐時操作不當(dāng)產(chǎn)生爆炸，整套系統(tǒng)除鍋爐本體外全部損壞，重新投資近100萬元，兩個月的時間才修復(fù)。三廢流化混燃爐以煤為點火源，始終是長明火，進(jìn)入的氣體及時燃燒，不存在可燃?xì)怏w在爐內(nèi)的積聚，不會發(fā)生爆炸。也不存在第二代造氣吹風(fēng)氣回收裝置，在開車點火時送合成氣的爆炸條件。另外三廢流化混燃爐在煤的燃燒過程中，溫度高且有氧氣過剩，若有多余的煤氣送入時只能繼續(xù)燃燒，也不會發(fā)生任何爆炸。設(shè)置重力式防爆門和薄膜式防爆裝置，也避免了吹風(fēng)氣回收過程中的爆炸事故，完全實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。環(huán)保性：化工企業(yè)歷來被視為污染大戶，噸氨產(chǎn)生吹風(fēng)氣40004500Nm t；噸甲醇產(chǎn)生吹風(fēng)氣3200Nm t；這些低熱值廢渣廢氣如不回收利用，既造成環(huán)境污染又浪費能源。 脫碳閃蒸氣提氫改造氫氣是一種用途廣泛的工業(yè)氣體，近20年來，工業(yè)界的耗氫量不斷增加。／d，但另一方面，又排放大量的含氫工業(yè)廢氣，沒有充分利用而作為低熱值燃料燒掉，回收這部分氫氣不但緩和氫氣短缺，還節(jié)約大量制氫用輕油，在經(jīng)濟上很有吸引力。大中型富氫混合氣體分離主要采取變壓吸附法，其單套制氫量從每小時幾百立方米到十萬立方米。目前國內(nèi)石化企業(yè)幾套大型PSA制氫裝置均從國外引進(jìn)，隨著國內(nèi)幾大石化基地改擴建，必然會消耗更多的氣體原料(包括氫氣)，而我國氫氣生產(chǎn)和使用一般都在同一企業(yè)，基本上是自給自足，很少外供，所以大型石化企業(yè)、合成氨廠、化工廠等這些制造含氫工業(yè)廢氣的耗氫大戶，對PSA有很大的要求。1 、變壓吸附制氫工藝原理變壓吸附制氫是基于氫氣在固體吸附劑上的物理吸附平衡，它是以吸附劑在不同壓力條件下對氣體混合物中不同組分平衡吸附量的差異為基礎(chǔ)，有選擇性地在高壓下對雜質(zhì)氣體進(jìn)行吸附，低壓下解吸雜質(zhì)氣體使吸附劑得到再生的循環(huán)過程。變壓吸附制氫工藝主要由三個步驟組成：高壓吸附、低壓解析、升壓，如圖1所示。首先，富氫混合氣體在高壓下自下而上進(jìn)入吸附床層，COCO、CH4等雜質(zhì)被床層內(nèi)被吸附劑吸附，而弱吸附組分氫氣作為產(chǎn)品脫離床體。然后根據(jù)吸附組分的性能，采用逆向泄壓，產(chǎn)品氫吹掃等方法使吸附劑獲得再生，吸附劑再生完成后，吸附床再次升壓至吸附壓力，至止吸附床就完成了一個吸附和再生的循環(huán)過程。通常采用2個或更多的吸附床，使得吸附床交錯處于吸附、再生周期循環(huán)過程之中，來維持一個連續(xù)的產(chǎn)品氫氣流。2 、變壓吸附制氫工藝的改進(jìn)(1) 增加均壓次數(shù)在最初的二床流程中，一個吸附床吸附，另一床再生，每隔一定時間互相交替。吸附結(jié)束后床內(nèi)死空間氣體隨降壓而損失了，吸附壓力越高損失就越大。為了回收和利用吸附結(jié)束時存留在吸附床內(nèi)死空間的有用組分，美國聯(lián)合碳化物公司率先引入均壓步驟，在變壓吸附工藝的吸附階段，吸附床中氣體雜質(zhì)濃度峰面遠(yuǎn)未到達(dá)吸附床的出口端時，停止吸附步驟，然后將該吸附床與一個已完成解吸并等待升壓的吸附床連通，此時需降壓解吸的吸附床壓力逐級下降，而需升壓的吸附床的壓力得到逐級升高，最終兩床壓力平衡(稱為均壓)，這樣既回收了吸附床死空間中的氫氣又利用了其中的能量。一般說來，增加均壓次數(shù)，可回收更多的氫氣，氫氣的收率也就提高。目前，工業(yè)上已開發(fā)出了4～16床等多種多床工藝 ，二次均壓時H2回收率為70～75％，三次均壓時，H2回收率為80～85％，四次均壓時，H2回收率為85～90％。但由我們也可以看出，隨著均壓次數(shù)的增加產(chǎn)品回收率提高的幅度越來越小，而且均壓次數(shù)提高必須增加吸附塔，設(shè)備投資增加，同時均壓次數(shù)受到循環(huán)步序周期時間的限制。楊皓等發(fā)明了一種利用空罐增加變壓吸附工藝流程中均壓次數(shù)的方法，他利用一個或多個空罐回收吸附塔降壓過程流出的氣體，分階段回收流出氣，并將空罐氣體用于吸附塔升壓或沖洗，由此協(xié)調(diào)吸附塔之間的配合。這些用作間接均壓的空罐，可以將變壓吸附每一個步序時間按照吸附劑特性需要獨立地加長或縮短，均壓次數(shù)的確定不再受到吸附塔數(shù)量的限制，其設(shè)計的四塔變壓吸附流程均壓次數(shù)可以達(dá)到7次，H2回收率達(dá)到98％。(2)真空解吸工藝通常在PSA工藝中吸附劑床層壓力即使降至常壓，被吸附的雜質(zhì)也不能完全解吸，這時可采用兩種方法使吸附劑完全再生：一種是用產(chǎn)品氣對床層進(jìn)行“沖洗”，將較難解吸的雜質(zhì)沖洗下來，其優(yōu)點是在常壓下即可完成，不再增加任何設(shè)備，但缺點是會損失產(chǎn)品氣體，降低產(chǎn)品氣的收率；另一種是利用抽真空的辦法進(jìn)行再生，使較難解吸的雜質(zhì)在負(fù)壓下強行解吸下來，這就是通常所說的真空變壓吸附。優(yōu)點是再生效果好，產(chǎn)品收率高。比傳統(tǒng)的順放沖洗工藝提高了5~6個百分點。但其缺點是需要增加真空泵，能耗較高，且增大維修成本。一般而言，當(dāng)原料氣壓力低、回收率要求高時才采用真空解吸工藝。(3)快速變壓吸附工藝快速變壓吸附工藝是