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高竖管改造为热管废热锅炉的节能实践

晨怡热管 中国铝业中州分公司 2007-4-21 21:32:53

  1 引言

  中国铝业中州分公司氧化铝厂煤气站现安装有24台TG3M—1型混合煤气发生炉,担负着为焙烧炉供应合格煤气的任务。每月投入15台炉生产,年产煤气约6.9亿m3,焙烧氧化铝150万t。煤气生产采用冷煤气工艺,从发生炉出来的高温煤气在双竖管中与循环水进行直接热交换,将煤气温度由350~550℃降为80~100℃,再经过洗涤塔、电收尘降温、除尘,煤气温度降至3512以下,经加压机输送至用户(流程如图1所示)。上述流程中高温煤气几乎将一半以上的显热传给竖管循环水,循环水经自然和强制冷却后,继续循环使用,其间造成大量的热能浪费。2006年该公司决定将18台炉子中9台炉的高竖管改造为废热锅炉,使热煤气的显热转化为蒸汽,供生产、生活使用,以达到节约能源、降低煤气制造成本目的。

  2 废热锅炉的选型和开发

  2.1 废热锅炉的选型

  废热锅炉的选型和开发是煤气余热回收产业化的关键,根据近年来废热锅炉发展特点及各煤气生产厂家使用情况,选用热管废热锅炉对煤气余热进行回收比较合适。热管废热锅炉近年来被大量应用于化工厂半水煤气余热的回收利用,在发生炉煤气生产中也有被成功应用的先例。

  2.2 热管废热锅炉的特点

  a.换热效率高;

  b.采用立式圆筒结构,具有较强承压能力;

  c.热管是单管作业,一根或多根损坏,两种介

质不互串;

  d.阻力低,耐冲刷;

  e.耐腐蚀性能好,热管可以避开露点腐蚀;

  f.热管单支点固定在内简体上,避免应力破

坏;

  g.设备使用寿命5a以上。

  2.3 设计简图(见图2)

 

  图2  热管废热锅炉设计简图

  2.4 设备技术性能要求

  余热锅炉煤气入口温度:700℃

  余热锅炉煤气出口温度:<200℃

  煤气最大流量:8000m3/h

  锅炉阻力降:<150Pa

  设备承受最大压力:1.5MPa

  所产蒸汽压力:0.4~0.8MPa

  设备选材保证使用寿命:>5a

  设备结构设计保证灰尘清理周期:>6个月

  3 改造方案

  由于高温煤气一半以上的热能经过双竖管浪费掉,因此工艺上计划将双竖管中的高竖管改为废热锅炉,同时保留水封和低竖管,实行竖管和废热锅炉共用(如图3、图4所示),既可以实现对煤气显热的回收,又可以对煤气进行二次冷却(降到120℃以下)和除尘,减小煤气工艺参数出现大的波动。同时由于保留了水封,可实现在不影响整个煤气生产的情况下,对9台炉子进行逐一改造。

                        

  图3  改造前双竖管简易装置图

  图4  改造后锅炉、低竖管简易装置图

  4 工艺流程及技术控制方案

  4.1 工艺流程

  在图5中软水通过泵由软水箱进入煤气炉水夹套,加热后部分变为饱和蒸汽进入煤气炉内进行反应,部分加热到80℃左右重新流回软水箱,经过泵输送到废热锅炉软水筒,同时高温煤气(350~550℃)进入烟道,经过热交换,煤气温度降为250℃左右,再经过单竖管除尘、降温至80~120℃,达到工艺要求后送往下道工序,废热锅炉中软水吸热后,生成压力0.4~0.8MPa、温度160℃的蒸汽进入集汽包,经汽、液分离后,蒸汽并入管网供煤气站生产及站外其他单位使用。

  图5  煤气余热回收流程图

  4.2 汽包液位实行自动控制

  锅炉集汽包在运行过程中,其水位应控制在一定的区间,假定其水位控制在a点和b点之间(如图5所示),a点和b点经过差压变送器有信号接到司炉主控室计算机上,当水位高于a点或低于b点时,计算机发出指令到气动调节阀的执行机构,控制阀门的开度,实现汽包内水位的自动调节。另外考虑到软水系统出现故障而不能运行,从工业水管接一条支管和集汽包连通,必要时补充工业水。

  4.3 所产蒸汽使用控制方案

  煤气站使用蒸汽量随季节波动较大,冬季约占全年蒸汽使用量的1/2。煤气生产过程中,煤气出口温度也有一定变化,为保证蒸汽管网的稳定运行,蒸汽管网宜有调峰汽源。废热锅炉产生的蒸汽进入汽包内,然后进入分汽缸,分汽缸通过薄膜调节阀和来自热电厂外来蒸汽总管Z6相连,当汽包内的蒸汽压力>0.8MPa时,薄膜调节阀自动打开,多余蒸汽进入外来蒸汽管网Z6管供氧化铝厂、运输部、水电厂、絮凝剂厂使用。

  5 可能出现的风险及防范措施

  (1)煤气中的含尘量增大,有可能加速对管道的堵塞。

  预防措施:a.废热锅炉在设计上可适当增加截面积,使煤气流速减慢,促使煤气中大灰尘颗粒沉降锅炉底部;b.热管在锅炉内部采用错位排列对煤气有阻挡作用,使得锅炉具备一定的除尘作用;c.将竖管顶部水喷淋头由3个增加为4个,加大低竖管的喷水量,提高除尘率。

  (2)煤气出口温度超过700℃,热管易发生爆管。

     预防措施:a.设备设计瞬时承温能力达到800℃,废热锅炉上端高温部分热管采用中温萘热管,材质为不锈钢,中段中温部分热管采用碳钢-水热管,材质为不锈钢,下段低温部分热管采用碳钢-水热管,材质为20G;b.采用电脑对煤气温度进行跟踪自动控制,当煤气出口温度达到650℃时,信号可以传到司炉主控室计算机上,计算机发出信号到加煤系统,启动煤锁进行加煤降温;c.司炉工通过电脑发现温度异常时可以提前进行处理;d.锅炉上部加装蒸汽吹扫点,当煤气温度出现异常需要时间处理时,可打开上部蒸汽吹扫阀,进行临时降温处理。

  (3)系统阻力增加,降低排送机机前压力,影响排送机正常运行。

  预防措施:a.热管在筒体内上设计成放射性布置(向下有一定的倾角),利于灰尘下落;b.增大废热锅炉的截面积以及热管与热管之间的距离,使得筒内流通面积大,煤气流速降低,阻力减小;c.将钟罩水封增高50mm,使炉出口压力达到3000Pa(现压力>2500Pa时钟罩会自动放散),通过提高煤气炉出口压力,消除系统阻力的增加对排送机的影响;d.用蒸汽对热管积灰进行吹扫清理;e.在废热锅炉底部增加冲渣阀,定期对底部积渣进行冲刚,防止堵塞。

  6 热管废热锅炉的应用

  热管废热锅炉已在混合发生炉煤气显热回收中得到成功运用。2004年河南洛阳某厂将10#炉高竖管改造为废热锅炉,经过近两年的运行,设备运行正常,各项指标达到要求(见表1),随后在2005年下半年对18台炉进行逐一改造,经济效益显著。

  表1  某厂热管废热锅炉运行参数表

  7 效益分析

  对9台炉高竖管进行改造后,煤气显热将得到有效的回收利用。具体经济效益分析如下:

  煤气显热回收热量计算:

  式中 v1、v2—煤气在500℃和250℃时的体积(取近似值v1=v2=3.6×105km3,9台

发生炉2005年实际产量);

    c1、c2—煤气在500℃和250℃时的比热,取近似值1.367kJ/m3·℃;

  t1、t2—煤气进入锅炉进行热交换前后的温度(取平均值t1=500℃、t2=250℃);

  η—废热锅炉热效率(η按70%计算)。

  则每年回收的热量为:

  折合成标准煤(29.27MJ/kg):8.612×107/29.27×103=2942t。

  每吨标准煤按500元计算,则每年可产生效益:2942×500=147万元,9台炉改造总投资额300万元,每年设备折旧费27万元。则每年产生直接经济效益120万元,投资回收期2.59,经济效益可观。

  8 结论

  (1)高竖管改造为热管废热锅炉,可以对煤气废热进行有效回收,在发生炉冷煤气生产企业具有推广价值。

  (2)热管锅炉所产蒸汽压力达到0.4~0.8MPa,可以满足生产需要。

  (3)改造后煤气阻力降<150Pa,和改造前相比对排送机无影响。

  (4)9台炉改造后,每年产生直接经济效益120万元,投资回收期2.5a。

  参考文献

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  [4]白戍苗,胡俊青.煤气发生炉废热利用技术探讨[J].有色冶金节能,2004,(5):28-30.

  作者简介:王平(1969-),学士学位,工程师,从事煤气生产技术工作。

责任编辑: banye 参与评论
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