煤基本知识海川化工论坛

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12台造气炉(dn2800)40t/h三废余热回收设计方案
一、概述
化工循环经济的典型产品：循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征装置。

造气三废流化混燃炉，是将12台造气炉生产过程产生的吹风气、造气炉渣、除尘器细灰，掺入部分粉煤和煤矸石在三废流化混燃炉进行流化燃烧，达到制取高位热能蒸汽的装置。

产出的40t/h中温中压蒸汽经背式汽轮发电机组发电后，背压后的低压蒸汽供造气和精馏，达到一炉多用，一炉多能，实现合成氨甲醇生产企业“两煤变一煤”和“两炉变一炉”的目标。

同时将用于造气的原料达到吃干榨净的目的。

造气三废流化混燃炉（也称第三代造气吹风气余热锅炉），其优越的性能远大于第二代吹风气余热锅炉。

如安全性，克服了第二代造气吹风气燃烧炉开车点火时送合成气的爆炸条件，避免了吹风气回收过程中的爆炸因素，使造气吹风气回收过程达到安全化。

固定层造气炉生产合成氨，采用三废流化混燃炉，是以造气炉渣或粉煤为点火源，燃烧造气吹风气，可少用或不用合成点火气，节约氢气或水煤气，一般企业可使合成氨产量增加3-5%，如一套10万吨的合成氨企业，采用三废流化混燃炉，在不增加各项消耗的前提下，每天可多产合成氨10-15吨，每天可增加2-3万元的纯利。

如我国的西南部，生产合成氨是以贵州煤为原料，其半水煤气中的CH4含量偏低，生成的合成放空气比用山西煤少一半，因而无法点燃造气吹风气，需要多烧水煤气或氢气，采用三废流化混燃炉可使合成氨产量增加3-5%。

第一代造气吹风气余热锅炉，其燃烧形式是上燃蓄热式，利用高热值合成气燃烧蓄热后，来燃烧低热值的造气吹风气，回收热量、副产蒸汽，保护环境。

第二代造气吹风气余热锅炉（现在普遍使用的一种），在第一代的基础上，增加了燃烧喷头，减少了炉内格子砖，使炉内的阻力大为减小，减小了造气炉吹风阶段的阻力，增大了造气炉的负荷，同时烟气燃烧更为完全，使造气蒸汽达到了自给。

第三代造气吹风气余热回收装置，也就是造气三废流化混燃炉，它和第二代相比又有了突破性的发展，并申请了国家专利，专利号为ZL 01215849.6。

第一台造气三废流化混燃炉在河北中冀正元使用已四年时间，该厂三台造气炉的吹风气，配烧70%的造气炉渣、20%的高硫无烟煤沫和10%造气细灰，产出25吨/时、3.84Mpa、450℃的中温中压蒸汽，经背压发电后的低压蒸汽5吨/时供造气使用，19吨/时供全厂化工产品用用汽(原冬季开四台锅炉，2台10吨/时和2台6吨/时，春、夏、秋开3台锅炉现在可全部停掉)。

目前运行的35、50吨的三废炉，燃渣、燃煤部分的燃料为混合料，其发热值为2800-3200千卡，一般情况下造气炉渣占70%，造气细灰10%，烟煤或白煤沫占20%，整个三废流化混燃炉运行正常稳定。

三废流化混然炉业绩表：
序号企业名称产品造气
台数燃烧炉
外形尺寸除尘器
外形尺寸蒸发量蒸汽压力蒸汽温度配置发电
1 正元无极一期合成氨 4 Ø6.22*18 Ø5.2*17.8 25 3.8
2 450 1500
2 正元灵寿化肥尿素 1
3 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 4000
3 正元无极二期合成氨
4 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35
3.82 450 3000
4 宜宾天科煤化工甲
3.82 450 2000
5 久泰能源甲醇 4 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
6 河北金源化工合成氨 8 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
7 河北双环化肥合成氨 8 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
8 云南神农汇丰合成氨 10 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
9 四川宇源化工甲醇 3 Ø5.02*16 Ø3.52*16 12 1.27 230
10 罗山金鼎化工合成氨 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 4000
11 山东诸城良丰一期尿素 4 Ø5.22*17 Ø4.5*16.8 12 1.27 300
12 山东诸城良丰二期尿素 4 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 58 3.82 450 6000
13 山东诸城良丰三期尿素 4 Ø7.82*20 Ø6.52*19.8 45 3.82 450 6000
14 山东莱西化肥合成
3.82 450 3000
15 山东章丘一化合成氨 4 Ø6.02*18 Ø5.2*17.8 25 3.82 450 2000
16 石家庄联碱厂合成氨 10 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 4000
17 河北冀州化肥尿素 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 3000
18 山东济宁恒立尿素 8 Ø7.02*19 Ø6.0*18.8 40 3.82 450 3000
19 河北景化化工尿素 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 3000
20 河南骏马一期尿素 16 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 3000
21 河南骏马二期尿素 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
22 河南骏马三期尿素 16 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
23 河南骏马四期硝酸 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
24 河南骏马五期硝
3.82 450 6000
25 河南骏马六期尿素 8 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
26 江苏扬州高华合成氨 3 Ø5.02*16 Ø3.52*16 15 1.28 194
27 江苏禾友化工合成氨 4 Ø6.02*18 Ø5.2*17.8 20 3.82 450 1500
28 湖北三宁化工尿素 8 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
29 山东红日化工甲醇 8 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
30 山东瀚海化工肥料合成氨 4 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
31 湖北祥云化工合成氨 6 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 2.5 300
32 河北深州化肥厂氨、醇 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 7000
33 河北河间化肥厂氨、醇 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 40 3.82 450 3000
34 河北文安化肥厂氨、
3.82 450 7000
35 陕西榆林煤化科技甲醇 10 Ø6.52*18 Ø5.5*17.8 35 3.82 450 3000
36 河南安阳化肥厂一期尿素 8 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
37 河南安阳化肥厂二期甲醇 12 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
38 山西大川煤化公司甲醇 10 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 6000
39 吉林通化化工尿素 8 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 3000
40 兰花集团晋城化肥尿素 6 Ø6.52*18 Ø6.5*17.8 25 2.5 300
41 江苏三木集团甲醇 8 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 50 3.82 450 5000
42 江苏恒盛集团甲醇 10 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 4000
43 山西霍州化肥厂尿素 10 Ø8.52*20 Ø6.5*19.8 55 3.82 450 4000
44 湖北潜江华润化肥尿
3.82 450 6000
合成氨造气三废流化混燃炉和第二代造气吹风气余热锅炉相比有如下优点：
1、安全：克服了第二代造气吹风气燃烧炉开车点火时送合成气的爆炸条件，避免了吹风气回收过程中的爆炸因素，使造气吹风气回收过程达到安全化。

2、增产：三废流化混燃炉回收造气吹风气过程中，是以煤为点火源，可少用或不用合成点火气，即造气吹风气回收不受合成因素的影响，节约氢气或半水煤气，可使合成氨产量提高3-5%。

3、两煤变一煤：中小型尿素厂一台三废流化混燃炉就能达到全厂蒸汽自给，实现了尿素生产的两炉变一炉和两煤变一煤的目标。

4、环保：解决了造气生产过程中废气、废渣、废灰综合治理的难题，保护了环境，治理了现场。

5、一炉多用、一炉多能：停掉能耗高的锅炉，节约能源，提高效率，同时可减掉部分操作人员。

6、投资省：一台三废炉的投入，两台锅炉的收益，使新建和扩建的企业节约投资达50%。

7、效率高：炉内水冷件吸收燃渣燃煤部分辐射热后与锅筒自然循环，其热效率与循环流化床锅炉相当。

二、燃烧机理与设备构成
三废流化混燃炉运用了沸腾床的燃烧特性，借用循环流化床锅炉的返料回收技术，采用了吹风气余热锅炉的模式。

对造气产生的废气、废渣、废灰能够达到同时混燃，在单烧吹风气时该炉将成为一台吹风气余热锅炉，单独烧煤（或高硫煤）、矸石、煤渣等将成为一台循环流化床锅炉，渣、气、煤混烧将成为气、固流化混燃炉。

因其热量回收形式上同吹风气余热锅炉相似，所以可以称做“第三代吹风气余热锅炉或双热源吹风气余热锅炉”。

造气三废流化混燃炉是目前解决合成氨—尿素生产系统两煤变一煤、两炉变一炉的唯一方案，也必将成
为吹风气余热锅炉换代产品。

三废流化混燃炉可以根据不同的要求作成各种规格型号，在吨位上分有10吨/时、25吨/时、35吨/时、55吨/时，在压力上有1.3 MPa、2.5 MPa、3.84 MPa、5.29 MPa等。

三废流化混燃炉的燃烧部分有二台设备组成，一台是流化混燃炉，另一台是组合式除尘器；热量回收部分有水冷屏、蒸汽过热器、锅炉、省煤器（锅炉厂配套）、空气预热器（不需要高温空气预热器）组成，尾部为水膜除尘器和烟囱。

其混燃炉采用钢制外壳制成，下部为沸腾床，渣、煤下部混燃，有风室、采压点、观火孔、加煤口、返料口。

中部有吹风气进口、合成驰放气喷头等。

内衬采用二级高铝砖砌筑，沸腾段采用耐高温耐磨高强浇注料，顶部采用球顶砖砌成，并采用550mm厚的砖棉作保温；组合式除尘器上半部除尘器，中心筒采耐高温不锈钢板1Cr25Ni20Si2制成。

除尘器采用顶进底排气式高温旋风除尘器。

旋风段采用耐高温耐磨二级高铝砖砌成，并用550mm厚的砖棉作保温，底部为沉降式水封。

三、操作稳定性
三废流化混燃炉燃煤、燃气同时进行，具有热量互补作用。

燃煤稳定的情况下，对于吹风气来讲是一个恒定的热源，无须考虑合成放空气量的多少影响炉温，避免了因合成放空气量的不稳定而导致吹风气运行不正常的现象，也可不用合成气，可配烧低热值的其它气体，如变压吸附的逆放气等。

吹风气燃烧正常的情况下，即使燃煤稍有变化，吹风气的热量也能起补充作用。

隔离燃煤集中热量回收是三废流化混燃炉的特点，炉膛内无受热面、无热量的移走，在加煤变化的情况下，炉温的稳定性远远大于循环流化床锅炉，因而操作的难度比循环流化床锅炉小的多
四、流化混燃炉连续运行周期
三废流化混燃炉将成为循环流化床锅炉的一种发展方向。

循环流化床锅炉不论在国外还是在国内已经得到了广泛的应用，它的节能和高效率得到了广泛的认可，但是循环流化床锅炉的使用周期短、检修
难度大、一次投资大等问题将在某种程度上制约着其发展。

流化床锅炉使用周期短的原因：①炉膛内的高磨损使对流排管布置困难，尽管设计人员采用了各种防磨手段也不能彻底解决磨损问题。

②冷热应力是循环流化床锅炉使用周期短的另一原因。

炉膛高温燃烧，产生大量热量，炉膛温度较高，其浇注料和耐火砖温度也较高，而对流排管是凉的，冷热不均使炉膛内的应力增大，浇注料和耐火砖在应力作用下产生裂纹，加速磨损和脱落，被迫停车检修。

三废流化混燃炉是隔离燃烧，集中分离，集中热量回收，根本不存在锅炉排管的磨损和冷热不均产生应力而导致设备的损坏，因而三废流化混燃炉运行周期将是循环流化床锅炉的数倍。

隔离燃烧集中回收必将成为循环流化床锅炉的一个发展趋势。

五、安全性
第一代或第二代吹风气燃烧炉均需要点火气源，低于650℃时吹风气就不能燃烧，送入的吹风气就会发生爆炸，（如山东某化肥厂新建的一套30吨的吹风气燃烧炉，在点火烘炉时操作不当产生爆炸，整套系统除锅炉本体外全部损坏，重新投资近100万元二个月的时间才修复，其它厂爆炸的可能性也经常发生）；（又如在05年7月初山东某企业一套45吨的第二代吹风气燃烧炉在点火开车时发生爆炸，造成三人重伤，两人轻伤，整个燃烧炉爆塌了，余热锅炉部分损失不详）。

第二个方面，造气吹风气座板阀开关频繁，关闭不严煤气进入燃烧炉在配风阀来不及调节时，发生爆炸的现象时有发生。

三废流化混燃炉是以煤为点火源，始终是长明火，不会存在爆炸现象；另外三废流化混燃炉在煤的燃烧过程中，温度高且有氧气过剩，若有多余的煤气送入时只能继续燃烧，不会发生任何爆炸现象。

如河北无极化肥厂的第一台三废流化混燃炉运行三年多，从未发生过爆燃现象。

因而三废流化混燃炉是极其安全可靠的。

六、主要配置参数
1、燃烧物料：
三废流化混燃炉燃料为造气生产过程产生的三废即造气吹风气、造气炉渣、造气细灰,同时也可配烧高硫煤、煤矸石、湿法脱碳闪蒸汽、
铜洗再生气、合成气（也可不用）、变压吸附的逆放气等。

2、燃气部分：12台造气炉送吹风气，每小时可产20-24吨中温中压蒸汽；
3、燃渣、燃煤加煤矸石部分：分双床，每个床蒸汽产量为10t/h 的中温中压蒸汽；在送12
台造气炉的吹风气时，双床都开可产40 t/h的中温中压蒸汽(最大可产44吨蒸汽)；在回收12台造气炉的吹风气时，甲醇精馏不开的情况下，三废混燃炉可开单床即可产30吨中温中压蒸汽，也可满足全厂蒸汽平衡。

混合料的配比：造气炉渣3.5吨/时、无烟煤沫1.0吨/时、造气除尘器细灰0.5吨/时(需混合料热值2800-3200大卡/公斤)。

4、三废混燃炉Φ7824×19000
5、组合式除尘器Φ6220×18800
6、遂道窑式余热锅炉一套
Q=40吨/时P=3.82Mpa T=450℃（包括：水冷屏、蒸汽过热器、对流排管、省煤器、空
气予热器等整套系统、布风板、风帽、炉内冷却件、中心筒等）
7、主要气体参数
燃烧温度950-1050℃、排烟温度≤150℃，
混燃炉内截面流速≤4米/秒
系统阻力≤2500Pa
炉膛负压-10～-50Pa
8、蒸汽调节：
①该炉正常运行开单床，配烧8台造气炉的吹风气蒸汽产量可达25吨/时；②在配烧4台炉的吹风气时，开启双床可产25-28吨/时的蒸汽；③在不烧造气吹风气时该炉也可产20吨/时的中温中压蒸汽。

9、蒸汽汽轮发电机组一套
汽轮机：B3-3.43/0.49 额定功率3000kw•h，
进汽量32吨/时；进汽温度435 10-15℃ ；
进汽压力3. 43 0.196-0.294 MPa；排汽压力0.49 0.294-0.1.96MPa；
汽耗 10.7kg/ kw•h；
发电机型号：QF-3-2 实际发电量3000kw•h
七、投资（预算价）的范围和划分
三废流化混燃炉系统整套设计方案，由临沂正大热能研究所技术总负责，整套设备的制造、施工、安装、配管和调试运行由四方完成，甲方（业主方）、乙方（正大热能研究所）、丙方（锅炉制造厂）和其它设备配套方协作完成。

1、三废流化混燃炉外壳
①、外壳Ф7824×12×19000 Q235 w=49t 29.4万元
②、二级高铝异型砖Al2O3≥65% 含抗磨料
硅酸铝纤维棉、板(湿法)
耐高温耐磨浇注料价格同组合式除尘一起计
③、螺旋给煤机2台 3万元
无焰高温喷头 ZDR100 3台 2万元
④、布风板Ф2800×30 w=1.5t 0.9万元
风帽 1500个 12元/个 1.8万元
⑤、长方炉门1个、检查炉门3个、重力式防
爆孔1个 0.5万元
⑥、风室 2.9吨按0.6万元/吨 1.7万元
不锈钢放渣管Ф159×4.5 9.6米 0.5万元
⑦、预混器 1.5吨按0.6万元/吨 0.9万元
⑧、上下二次风 1.8吨 1万元
⑨、混燃炉水冷件Ф51×5 5吨 5万元
2、组合式除尘器
①、外壳Ф6220×10×18800 Q235 W=30T 18万元
②、二级高铝异型砖Al2O3≥65% 含抗磨料 (此项为乙方费用)
509.4t×1100元/t= 56.03万元
硅酸铝纤维棉、板(湿法)
280.32m3÷5m3/t×4000元/t= 22.43万元
耐高温高强钢纤维耐磨浇注料
30.63m3×3t/m3×5500元/t = 50.54万元
轻质瓦块砖53.45m3×1t/m3×1200元/t =6.4万元
高温耐火胶泥40t×1800元/t = 7.2万元
床下点火可塑料 3万元
模具、架子费 4万元
专利、设计费 20万元
施工费 12万元
耐热不锈钢筋1Gr18Ni9Ti Φ6 0.8万元
运费 (200元/吨) 697.35t×200元/t =13.95万元
利税 (按15%计算) 196.35×15% =29.45万元
③、爬梯、护栏 0.6吨 0.36万元
④、除尘器旋风筒 4.5吨 15万元
⑤、除尘器进出口烟道
4吨按0.6万元/吨 2.4万元
3、风机 25万元
4、锅炉 260万元
（包括：蒸汽过热器、锅炉、省煤器、空气予热器及运输、炉内冷却件、排污膨胀器、
加药装置、取样器、保温防腐、管路部分自给水自调阀前成对法兰起到蒸汽过热器出口
电动阀配对法兰止全部材料和仪表等内容）
5、水磨除尘器 30万元
6、锅炉给水泵 2台 10万元
DC50-80×7A
7、斗式提升机 5万元
8、土建 50万元
9、仪表 20万元
10、烟囱 20万元
11、其它不可预见费用 30万元
合计: 758.26万元
分项汇总预算：
一、甲方自行制作、定货部分 219.26万元
1、金属外壳、配管材料及加工费用 76.26万元
2、水磨除尘器 30万元
3、风机 25万元
4、锅炉给水泵 10万元
5、螺旋给煤机 3万元
6、斗式提升机 5万元
7、土建 50万元
8、仪表 20万元
二、乙方整体设计、内衬材料及施工部分 225.8万元
三、锅炉厂制作、加工及安装部分 283.2万元
包括：蒸汽过热器、锅炉、省煤器、空气予热器及运输、燃烧炉水冷件、除尘器旋风筒、炉门、排污膨胀器、加药装置、取样器、保温防腐、管路部分自给水自调阀前成对法兰起到蒸汽过热器出口电动阀配对法兰止全部材料和仪表等内容。

四、不可预见费用 30万元
八、效益
1、产汽量40吨/时 100元/吨 3168万元/年
2、增产合成氨（不用点火气，造气炉吹风时间可缩短2-3秒，年多产合成氨
3-5%）10吨/天（按2000元/吨计） 660万元/年
3、发电量3000KW.h 0.30元/kw.h 712.8万元/年
4、运行费用 (24.78元/吨蒸汽) -785万元/年
①、炉渣 3.5吨/时(40元/吨) 3.5元/吨蒸汽
②、废灰 0.5吨/时(100元/吨) 1.25元/吨蒸汽
③、煤沫 1吨/时(500元/吨) 12. 5元/吨蒸汽
④、电 500kwh/时(0.35元/kwh) 4.375元/吨蒸汽
⑤、发电锅炉用水 42吨/时(3元/吨) 3.15元/吨蒸汽
5、管理费、人员工资 -100万元/年
6、设备拆旧 -75万元/年
7、年效益 3580.8万元
3-4个月可全部收回投资
注：1、锅炉、风机等设备，由乙方提供招标条件，甲方进行公开招标；
2、设备壳体由乙方进行图纸设计，甲方现场制做。