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吹风气余热回收一般知识
吹风气余热回收原理与操作
一、概述
通常所说的吹风气余热回收，就是固定层间隙气化技术常所称的吹风气潜热回收。
因为那是吹风气通过利用其温度大于550℃的全部显热来实现燃烧而达到的，所以虽称为吹风气潜热回收，其实吹风气显热回收已自然包括在。
所不同的是，现有合成氨厂的绝大部分吹风气，仅利用自身的显热不能实现燃烧。
因为在煤气炉正常炉况下，吹风气离炉时的温度远低于其可燃气体组分的自燃点，遇空气（俗称二次风或二次空气）不会自行发火燃烧。
这也是合成氨厂的吹风气余热回收长期停留在仅回收显热的根本原因。
二、吹风气回收的理论基础
（一）、吹风气的分类及着火
1、吹风气的分类
吹风气可按它是否从煤气发生炉里获得高于其着火温度的温度，进行分类。
凡从煤气发生炉里获得的温度，在经必要的除尘过程后，至遇空气时仍保持在能自行发火燃烧程度的属高温吹风气，否则，属低温吹风气。
生产实践证明，只有采用优质原料制气时，才有可能得到高温吹风气。
除此，正常炉况下得到的，只能是低温吹风气。
2、着火方法
吹风气的着火方法可归纳为自燃法和点燃法两大类。
自燃法，这是利用高温吹风气遇空气能自行发火燃烧的性能的一种方法。
在工程上，只要向其燃烧室（温度大于550℃）送入二次风，便可顺利着火。
回收吹风气潜热。
点燃法，这是组织低温吹风气着火的方法。
在工程上事先在其燃烧设备里，设置一个能对其不停地作用的高温点火源，使其与二次风混合入炉后，随即能引起着火。
这个点火源的高温，由燃烧其他外来可燃气来建立。
外来的其他可燃气体，通称为助燃气。
3、着火温度，可燃气体与空气的混合物发生着火燃烧的最低温度称为着火温度。
把握低温吹风气的着火温度或安全运行温度的尺度，是确定低温吹风气燃烧工艺、设计低温吹风气燃烧设备、进行低温吹风气燃烧操作的关键所在。
某些气体与空气混合物在大气压力和通常条件下的着火温度，不同文献有不同的数据。
下面列出某些气体的着火温度。
CO610-658℃H2530-590℃CH4645-800℃H2S290-437℃
低温吹风气的的实际着火温度，将随各自温度波动和成分变化等情况的不同而不同。
于是要摸索出自己的低温吹风气安全燃烧的温度尺度。
4、助燃气供给高于低温吹风气着火温度的温度。
供给低温吹风气实现正常燃烧所需外热的热量，是低温吹风气的助燃气。
低温吹风气的助燃气既有质的要求（可燃物含量大于50%），又有量的要求（弛放气量大于250Nm3/h）。
（二）、吹风气的燃烧特性
1、断续性。
吹风气燃烧时最突出的问题是燃烧过程必定要中断，尔后又需恢复，并按此周而复始地延续下去。
断续的具体情况，随各厂制气采用的循环时间和吹风实际所用的百分比，以及实际回收的吹风气炉数不同而有所区别。
2、极易脱火。
吹风气燃烧的另一个问题是极易脱火。
脱火是指火焰被吹离喷口，以致后面随之而流出的吹风气与空气的混合物，根本不能着火的现象。
这个特性是由吹风气含可燃气体特别少、温度又低，而工程上又不可能采用尺寸特别大的喷口所决定的。
3、有火焰但不能自行传播的情况下，燃气与空气并不是在任何混合比例下火焰在其中都能传播而保持正常燃烧的，只有混合物中的燃气浓度围方可。
这个浓度围称为着火浓度极限，其最低浓度称为着火浓度下限，最高浓度称为着火浓度上限。
浓度低于或高于这一围，都不能正常燃烧（火焰不能传播）。
在密闭空间的可燃气体当处于着火浓度极限围的时候，引入点火源，要燃混合物几乎是在瞬间（每秒可达数千米的可变传播速度，而不是正常燃烧时的每秒若干厘米至几米的传播速度）完成燃烧而形成爆炸。
因此，着火浓度极限也称为爆炸极限。
下面列出几种气体的着火浓度极限。
CO12.5-74.2%H24-74.2%CH45.3-15.0%H2S4.3-45.5%
需要指出，浓度极限的存在并不意味着当达不到这个界限时，气体就不会燃烧。
实际上，把浓度小于下限的可燃混合物加热（用外热）到高温后，将它们点着也能燃尽。
这就是说，着火浓度极限并不是燃气空气混合物能否燃烧和燃尽的界限，而是火焰是否会在其中自行传播的界限。
在浓度极限之和之外燃烧的根本区别，在于前者的火焰在其中能够自行传播，而后者不能。
4、低温吹风气燃烧过程的特性及其影响因素。
低温吹风气燃烧过程具有以下特性：
（1）、同样体积的吹风气可以在下同的燃烧反应时间烧完；
（2）、可以得到不同长度的火焰（从无焰燃烧一直到扩散燃烧）；
（3）、沿火焰长度上可以得到不同的温度分布；
燃烧过程的上述特性与下列因素有关：
（1）、燃烧前吹风气和空气的混合程度；
（2）、吹风气和空气的比例；
（3）、吹风气的发热值；
（4）、吹风气的温度和空气的预热程度；
（5）、吹风气和空气的流速和扩散速度；
（6）、完全燃烧所需的空气量和烟气生成量；
（7）、燃烧空间的形状和大小；
（8）燃烧器的负荷。
（三）、吹风气、弛放气、再生气的主要成分
1、吹风气的主要成分（%V）：
COCO2O2H2N2+ArCH4H2S
8.015.80.43.070.00.62.2
2、弛放气成份（%V）：
H2CH4N2+ArNH3
32.5019.2048.300.008
3、再生气的主要成分（%V）：
COCO2H2N2+ArCH4NH3H2O
65.048.577.291.920.1912.164.84
三、吹风气回收原理
合成吹除气、弛放气及造气吹风气中含有部分可燃气体，如甲烷、一氧化碳和氢气，这些可燃气体在炉膛燃烧发生下列放热反应：
CH4+2O2=CO2+2H2O+802.6kJ
2H2+O2=2H2O+483.6kJ
2CO+O2=2CO2+567kJ
以合成吹除气、弛放气为着火源，配以适量的空气，在上燃式蓄热型燃烧炉燃烧室燃烧，热量贮存于蓄热层中。
要求蓄热层温度≥700℃。
造气工序送来的低温吹风气配以适量空气，同时进入燃烧炉顶部，在弛放气明火作用下（或在蓄热层高温作用下受热自燃）燃烧，燃烧后的高温烟气经余热锅炉进行热量交换产生蒸汽。
四、工艺流程简述
吹风气分别由各炉的燃烧室出口引出，经吹风气回收阀、吹风气总管、旋风除尘器，然后进入燃烧炉，与第二空气预热器来的空气混合后燃烧，产生的高温烟气经燃烧炉下部、高温烟箱、第二空气预热器、余热锅炉、第一空气预热器、软水加热器、引风机、烟囱后放空。
来自锅炉除氧器的软水经入工段总阀、调节阀（或付线阀）、软水加热器、锅炉上汽包。
蒸汽由上汽包引出，经总出口阀至1.3Mpa蒸汽管网。
弛放气由合成储气罐引出，经总管、入工段总阀、止逆水封分离器、炉前阀、烧嘴、燃烧炉。
助燃空气由空气鼓风机送来，经一空（第一空气预热器，以下称一空）后分成二路：
一路经过弛放气配风系统的控制阀进入小烧嘴、燃烧炉。
一路经过吹风气配风系统的控制阀、配风阀进入二空（第二空气预热器，以下称二空）经大烧嘴进入燃烧炉。
工艺流程见附图。
该流程有如下特点：
1、吹风气经旋风除尘后入燃烧炉燃烧，使入炉吹风气粉尘含量降低，避免高温下粉尘在炉格子砖层融熔粘结及高温烟气对换热设备的冲刷磨损，延长装置的运行周期。
2、增加高温空气预热器，提高空气配风温度。
由于吹风气温度低、可燃成份含量低，气量极大，着火前吸热对炉温影响较大，高温空气预热器的存在，保证了吹风气的安全燃烧。
3、设置引风机，使整个系统在微负压下运行，降低了吹风系统阻力，提高了造气吹风强度，对提高单炉发气量具有明显作用。
4、吹风气配风阀采用微机集成油压控制，对稳定炉温起到了积极作用。
五、主要设备及其作用特点
（一）、主要设备（见设备一览表）
设备一览表
序号
名称
规格型号
1
燃烧炉
φ5100/φ4500×13560
2
锅炉（两套）
Q49/850-15-1.25A=1048m2
3
一空
3100×3930×2340A=79.6m2
4
二空
5100×1200×2800A=69m2
5
软水加热器
3300×3440×2340A=231.9m2
6
除尘器
φ3300×14525
7
水封分离器
φ1200×1500
8
烟囱
φ3000/φ1800×31000
9
引风机
Y4-73-11№14D电机功率55KW
10
鼓风机
9-19№11.2D电机功率75KW
（二）、设备作用及特点
1、燃烧炉
燃烧炉是回收造气吹风气和合成二气潜热的一种新型设备。
上燃式蓄热型燃烧炉的结构特点为：
（1）、燃烧炉排列足够数量的蓄热格子砖。
格子砖具有引燃、稳焰和烬燃的作用。
操作方便，运行安全可靠。
（2）、停车期间可利用热气自然上升的特性，借助于蓄热室积蓄的热量，使上层格子砖和燃烧道可较长时间维持住高温，在再度开车时，仍具有引燃功能。
（3）、不再存在火焰和夹带煤屑对承重托拱、拱脚及其周围炉壁的直接冲刷磨损，可延长其使用寿命。
（4）、采用上燃的方式，将燃烧道布置在燃烧炉的上部、蓄热格子砖体的上方。
这样不仅有利于可燃气体的燃烧，而且有利于吹风气中夹带的煤粉的燃烧。
（5）、采用了倒锥底和水封连续排灰，既能连续排灰，又是安全水封。
（6）、采用新型耐火保温材料，降低了热能损失，因而炉温差小，吹风气中可燃成份基本燃烧完全，从而提高了燃烧炉的使用寿命。
（7）、采用专用耐高温喷头混燃器，保证炉高温气流的存在，有效地解决了灭火现象，避免了引燃喷头熄火造成的安全隐患。
（8）、采取逐渐变径的拱形结构，将炉出口与高温空气预热器烟气进口整体设计，避免高温烟道坍塌，延长了装置的运行周期。
2、锅炉
利用燃烧炉燃烧产生的高温烟气释放的热量，通过换热面加热管束的水，产生饱和蒸汽。
水管余热锅炉的特点为：
（1）、烟气进出口及炉体设置挡烟墙，使烟气折流通过锅炉，增加了换热效果。
（2）、炉墙外装焊有外护板，密封性好。
（3）、由于双锅筒的水容量较大，因此具有较大的热容量，热滞后性也大，在进口烟气量按峰谷波动较大的情况下，保证蒸汽参数稳定，操作方便。
（4）、能耐高温，对流换热面积大，热效率高，产汽量大。
3、空气预热器
空气预热器是利用烟气余热来加热空气的一种换热设备。
它一方面吸收烟气余热，降低烟气温度；另一方面，使冷风变成热风，与可燃物一起送进炉燃烧，改善了燃烧条件，提高了燃烧效率。
二空为列管式换热器，管材为1Cr18Ni9Ti，管规格为φ57X3.5，L=3706；管程为空气，壳程为高温烟气。
一空列管式换热器，管规格为φ40X1.5，L=2253；管程为烟气，壳程为空气。
4、软水加热器
软水加热器是利用烟气余热来预热软水的换热设备，作用是提高给水温度，提高锅炉的热效率。
软水加热器为蛇管换热器，管规格为φ25X2.5，L=6600；管程为软水，壳程为烟气。
5、风机
风机作用是使空气进入燃烧炉与合成二气、吹风气混合燃烧，同时连续不断的将燃烧产生的烟气排出，以保证可燃气在炉稳定燃烧。
鼓风机型号为9-19No11.2DY280S-475kW，风量为15581-21714m3/h，全压7316-1500Pa，1450rpm。
引风机型号为Y4-73No14DY280M-655kW，风量为57326-72534m3/h，全压1752-1726Pa，960rpm。
6、旋风除尘器
旋风除尘器是将吹风气中夹带的粉尘分离出来的一种设备，其作用是净化吹风气，防止吹风气中夹带的粉尘在炉高温作用下堵塞格子砖。
7、烟囱
烟囱的作用是将烟气和飞灰排到高空中，减轻对周围的环境污染。
8、水封分离器
水封分离器的作用有以下几点：
（1）、防止气体泄漏，起密封作用。
（2）、防止气体倒流，起止逆作用。
（3）、当管路、设备压强过大时，起泄压作用，使防止设备损坏产生事故。
六、主要工艺指标
主要工艺指标（见下表）
吹风气回收系统工艺指标一览表
项目
指标
项目
指标
项目
指标
1、温度
℃
2、压力
kPa
3、流量
Nm3/h
燃烧炉1点
750-950
弛放气
5
吹风气
48000
燃烧炉出口
850
吹风气
3
软水
16
引风机进口
160
燃烧炉
微正压
蒸汽
15
4、气体成份
%
5、软水
6、锅炉水
吹风气（CO+H2）
5-7
总硬度
≤0.01mg/L
碱度
1.0-2.0
mmol/L
弛放气（CH4+H2）
50-52
PH值
8-10
PH值
9-11
烟气（CO+H2+CH4）
1
溶氧
≤30mg/L
七、吹风气回收正常操作要点
1、控制燃烧炉温度，保证合成放空气、吹风气燃烧完全。
根据生产负荷，吹风气成分，合成放空气的压力、成分、烟气成分，及时调节合成放空气入炉量，空气配比量、引风量，确保燃烧炉温度在700℃以上，950℃以下。
2、控制水管锅炉的水位在水位计的1/2-2/3外，严禁副产蒸汽超压，根据炉水成分定时排污。
3、做好燃烧炉高温烟气余热回收，排烟温度控制在170℃左右，提高吹风气回收装置副产蒸汽量。
4、定时测量炉系统各点压力，密切注意各点压力变化情况。
5、定时排灰，并观察各水封溢流情况。
6、按时巡检，认真准确地记录操作报表。
八、造气吹风气常见故障
1、蒸汽产量偏低，余热锅炉出力不足
此问题是个普遍性的问题，造气蒸汽产量偏低是由多种因素造成的，主要原因为：
（1）在设备方面，水管锅炉挡烟墙坍塌，烟气走近路；系统保温损坏，热损失增加；系统密封不严，冷空气进入系统，造成热损失；系统积灰过多，影响系统热效率。
（2）在操作方面，可燃气与助燃空气配比不当、过剩空气系数选择不好，空气量过小使燃料与空气混全不均，燃烧不完全；或空气量太大，大量冷空气降低了燃烧温度。
不论是空气是偏小或空气量过大，都影响到燃烧效率的充分发挥，不能发挥应有的生产能力。
最为明显的是配合成放空气空气量偏小，使合成放空气燃烧不完全，蓄热层温度低，导致吹风气不能全部投送，影响了设备能力的充分发挥。
（3）配吹风气液压阀不开或阀头脱落，使吹风气燃烧不好。
配风调整方法一般可以通过烟气分析或调整试验，取得经验数据。
2、合成放空气压力升高而燃烧炉温度下降。
作为着火源的合成二气中含有大量的氢和甲烷，这些成分都是热值很高的气体燃料。
在适当的配风条件下，一般是气体压力升高，燃烧温度也升高。
但在生产中也偶而出现合成压力升高而燃烧温度却下降的现象，为主要是因为合成放空气中含有大量的氨所致。
因为从2NH3+3O2=2N2+6H2O看出，氨与氧气反应后，生成了水，使燃烧炉温度下降。
九、吹风气回收系统的常见事故及其预防
在吹风气回收系统中，物理性爆炸和化学性爆炸都易于发生。
爆炸主要是由于设备故障、操作失误（如误送煤气，开炉时直接送风送气）、配风不当、违章点火、工艺指标控制不严等原因造成的。
因此，我们应当树立安全第一的思想，努力学习安全技术和业务知识，以确保生产安全。
1、锅炉爆炸事故
锅炉爆炸事故是指锅炉在使用过程中或试压时发生破裂，使压力瞬间降至外界大气压力的事故。
锅炉爆炸时，大量的汽水从爆破口急速冲出，由于具有很高的速度，与空气或地面接触后便产生了巨大的反作用力，使锅炉朝着反作用力的方向运行。
其一般属于物理性爆炸。
其爆炸原因，一是超压运行引起，当运行压力超过锅炉最高许可值，加上安全阀失灵，不能自动排汽卸压；二是过热引起钢板（管）的工作温度，超过极限值，不能承受额定压力而破裂，这主要是由于严重缺水或受热面水垢太厚造成的；三是腐蚀引起，钢板（管）外表面腐蚀或减薄，强度显著下降，不能承受额定压力而破裂。
为了防止锅炉发生爆炸事故，在操作中要做好以下工作。
（1）防止超压运行，确保锅炉工作负荷稳定。
在运行中经常检查压力表、温度计、安全阀，确保灵敏好用；
（2）防止过热和缺水。
每班冲洗水位计，检查所显示的水位是否正确，定期清理旋塞及连通管，防止堵塞。
维护好水位报警器和超温超压报警器，保持水位表、报警器灵敏可靠；
（3）按时分析炉水水质，根据分析情况定期排污，保持在工艺要求围，防止结垢和腐蚀。
2、燃烧炉、吹风气总管、烟道、烟囟等爆炸事故
此类爆炸一般属于化学性爆炸。
化学性爆炸只有在同时具备如下3个条件才能形成。
其3个条件为：
（1）具有可燃可爆物质；
（2）与氧或空气混全达到一定浓度围（即达到爆炸围）；（3）达到爆炸围的爆炸性混合物在一定的温度或明火的作用下发生爆炸。
只要排除其中之一，爆炸即可避免。
但从事造气吹风气与合成放空气回收工作，要排除爆炸性气体与氧（空气）混合以及明火，实际上是不可能的。
根据燃烧原理，维持燃烧必不可少的条件是供给足够的空气（或氧）与明火。
另外，我们回收可燃气体进行燃烧，产生一定压力和温度的蒸汽。
故可以说燃烧和爆炸的条件同时具备，那么如何使爆炸“三要素”同时存在而双不发生爆炸？
预防化学性爆炸的关键在于控制可燃可爆气体与氧混合的浓度和保持使气体燃料燃烧的最低温度（即着火温度）。
当配有助燃空气的可燃气体，进入高温燃烧室后，立即被连续燃烧的“长明火焰”点燃。
即使入炉燃气压力很低，甚至在合成气中断的情况下，可燃吹风气进入燃烧炉后，在高温燃烧室蓄热格子砖的高温作用下，立刻受热自燃。
燃烧后的高温烟气进入余热锅炉与炉水换热后，由烟囱排入大气。
但如果燃烧室温度低于可燃气体的燃点，在失去明火作用不能将可燃气点燃的情况下，当可燃气与氧混全达到爆炸浓度后，则必然会发生爆炸。
为了使气体燃料尽可能地完全燃烧，一般给定的空气量大于理论空气量，空气过剩系数一般选取1.05-1.15。
空气过剩系数过小，不利于燃料的混合，燃烧不完全。
空气过剩系数过大不仅会降低燃烧温度，不利于受热面的传热，还会增加排烟热损失。
另外，空气过剩系数选择过大，当造气出现设备故障送来大量煤气时，也易引起爆炸。
由于气体燃料与配风量调节不当，二次风供给不足、燃烧炉温度低等原因，使气体燃料在燃烧炉未能完全燃烧，被带入余热锅炉或烟道中，加上由于炉体各部可能漏风，在引风机作用下，一旦抽进空气，也有可能发生燃烧或爆炸。
十、吹风气回系统事故案例及原因分析
1、某厂造气吹风气回收系统开车时，余热锅炉本体发生爆炸，炉墙炸塌，各防爆膜全部炸开。
原因分析：
在燃烧炉点火烘炉至一定温度时，合成气源中断，自行熄火，当班操作人员却没有发现；待发现燃烧炉温度大幅下降时，未采取正确的处理办法，为图省事，用点燃的棉纱向炉投放，以点燃气源，在投放的瞬间即发生爆炸。
2、某厂空气预热器发生爆炸。
原因分析：
在停车处理时，没有按规程处理，使部分可燃可爆气体倒进入空气预热器中。
准备开车时又未对空气预热器进行吹除，待升温至一定温度后，开空气鼓机配风时造成空气预热器发生爆炸。
3、某厂造气吹风气回收总管发生爆炸。
原因分析：
该厂造气岗位采用人工加煤，在停炉加煤时，上行煤气没有吹净。
打开炉盖后又未引燃，即迅速将煤加上，立即盖上炉盖开炉。
开炉时未作上吹，即送风提高炉温，且没向烟囱放空，直接送回收系统，造成总管爆炸。
4、某厂吹风气回收系统尚未开车的余热锅炉本体爆炸。
事故发生前新建的吹风气回收系统安装工作已近尾声，准备开车，总管已与造气连接，并将各防爆膜安装齐备。
但余热锅炉外保温层未焊完，在焊接余热锅炉本体时发生爆炸，将防爆膜炸开，余热锅炉本体损坏，两端炉墙炸塌。
其原因是总管与造气系统连接后，仅靠回收阀与造气系统隔绝。
因阀门漏，制气时上行煤气漏入回收系统，并且燃烧炉、上下人孔全部封住，整个回收系统充满可爆炸性混合气体，在焊接动火时爆炸。
5、某厂吹风气回收开车时燃烧炉炉顶防爆口发生爆炸。
原因分析：
燃烧炉开车升温即将结束，准备试送吹风气，在拆卸回收阀盲板发生爆炸。
该厂安装时为防止回收阀泄漏，在各回收阀后都加盲板，同时为防止操作工失误，将各回收阀连接十字头都拆掉，以确保安装期间的安全。
但在拆盲板前，回收阀十字头未先安装好。
这样，在停炉拆盲板时还可以，拆完盲板后煤气炉转入正常生产，煤气将座板阀顶开，漏入回收总管与氧混全发生爆炸。
6、某厂各测温点温度骤增，防爆口等处喷火。
吹风气回收岗位正常运行时，操作人员发现防爆门等处喷火，系统温度猛升。
经查系造气岗位自动设备故障，操纵杆拖板支架损坏，虽然操纵杆方向不错，但水控水压缸位置不对。
大量煤气进入吹风气回收系统燃烧且压力骤增，使各密封点超压漏气而喷火。
7、某厂烟囱口发生爆炸。
原因分析：
因造气误操作送来大量煤气，但此时系统含氧量不在爆炸围而没发生爆炸。
由于燃烧不完全，烟气中含有大量可爆成分。
当高温烟气从烟囱口冲出时，由于烟囱口防雨帽遮挡，形成涡流与空气混合而发生爆炸。
8、某厂吹风气回收系统开车时余热锅炉爆炸。
该厂使用旧1000m3气柜贮存合成放空气和压缩机放空气。
吹风气回收系统开车时发现升温困难，且气源常常中断，经调查发现，气柜出口水封安装不合理，水封液位过高，形成气阻，决定停车改造。
停车时余热锅炉发生爆炸，炉墙炸坏。
事故原因分析：
停车时已升温至500℃以上,此时炉已灭火，操作工立即将合成气入炉阀关掉，然后开空气阀，对系统进行吹除。
在吹除时发生爆炸，燃烧炉炉顶防爆膜炸开，余热锅炉墙体炸开。
该流程采用全正压燃烧，不设引风机，开停车时必须用鼓风机吹除。
停炉时燃烧炉虽已灭火，但仍有部分合成放空气进入，且炉温度低，合成气入炉后不能燃烧。
升温时鼓风机虽开，但配风量很小。
当加大空气量进行吹除时，积存在燃烧炉可燃气体与氧混合，在炉具有一定温度条件下即发生爆炸。
9、某厂吹风气回收系统尾部发生爆炸，将引风机壳炸开。
事故分析：
因供气轻松，气柜跑水，使该厂4#炉停炉。
停炉后该炉操作工未打开炉盖点火，图省事，只停止制气。
再开炉时，烟囱未放空，直接送风送吹风气，在吹风气正常配风的情况下，所送气体燃烧不完全，在装置尾部抽进部分空气后达到爆炸极限，发生爆炸。
省煤器防爆门炸开，引风机壳炸开。
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