双段式余热回收器使用分析

双段式余热回收器使用分析

陈伯溪

茂名市环星新材料股份有限公司 广东茂名 525000

摘要：炭黑行业是一个耗能大户，我们期望通过投入余热回收装置，充分利用生产过程中产生的高温烟气的热能，节能降耗，降低生产

成本，增强企业的竞争力，获得更好的经济效益和社会效益。

关键词：余热回收，高温烟气，节能降耗

1前言

随着我国经济的发展，整个社会对炭黑行业的要求越来越高，尤其是环保方面；同时原料油价不断上升，使得炭黑生产成本大幅上涨，公司为了适应生存发展的需要，必须向内挖潜，充分利用生产过程中产生的余热，节能降耗。我厂4万吨/年硬质炭黑生产线于2019年10月建成投产，相比于其它的生产线进行了很多技术改造，使用了950℃空气预热器，提高了产品的收率，随着空气预热器使用温度的提高，烟气从空气预热器到袋滤器整个输送过程热量的回收显得非常重要。二级余热回收器就是这个过程中能量回收的主要设备之一，它位于空气预热器之后，回收800–450℃区间的热量，占总量的15%。

本文主要结合本厂最新建的4万吨/年炭黑生产线二级余热回收装置在节能降耗方面的工作进行一些探讨，这是全国第一个试行二级余热回收装置的炭黑生产线。

2品种、规格

余热回收器属于压力容器范畴。按照《固定式压力容器安全技术监察规程》划分压力容器类别，该余热回收器为第Ⅱ类压力容器。该设备的设计、安装、使用、制造和检验执行压力容器规定。低压容器 0.1 MPa≤P＜1.6 MPa，中压容器 1.6MPa≤P＜10 MPa。

根据炭黑生产能力和入口烟气的情况，设计合适的烟气流速和换热面积，降低炭黑在管内沉积，提高换热效率，同时保证最大的能量回收。

3型号的组成

YG-2.8-(176+286)Q(L2)-5/10/76；

YG-余热回收器代号；

2.8-设计压力为2.8MPa；

(176+286）-换热段Ⅰ和换热段Ⅱ的换热面积分别为176m²和286m²；

Q-带汽包；

L2-立式2段；

5/10/76-换热段I和换热段II换热管的长度分别为5m和10m，换热管直径为76mm；

4主要受压组件材质

换热管：20 符合GB/T 9948-2013《石油裂化用无缝钢管》

壳体/管板：Q345R 符合GB/T 713-2014《锅炉和压力容器用钢板》

法兰锻件：16MnII 符合NB/T 47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》

5尺寸、重量

换热段Ⅰ尺寸长(L)X宽(W)X高(H)：7280*2416*2416mm，重15397kg；

换热段Ⅱ尺寸长(L)X宽(W)X高(H)：14996*2121*2042mm，重24258kg；

汽包本体尺寸长(L)X宽(W)X高(H)：5236*1889*1736mm,重4528kg。

6构特征

该设备属固定管板结构，主要由进、出口烟箱和列管式换热段组成，烟气走管程，水走壳程。进、出口烟箱设有人孔和清污口，便于现场检修和清理烟箱，防止换热管堵塞。

对于有汽包的余热回收器，在汽包上设置有压力表、温度计、安全阀、安全附件接管、液面计等液位装置和控制仪器，以及供水、蒸汽出口、排污口、手孔等与系统连接的接管。汽包与换热器本体之间是以进入汽包的软化水通过下降管进入换热器本体进行交换，经过换热器本体进行热交换后的汽水混合物再通过上升管进入汽包后进行气液分离。分离后的气体通过蒸汽出口进入系统，而液体则再通过下降管进入换热器本体进行热交换。

7作方式

（1）该设备属自然循环式余热回收器：换热器本体中换热管外（即壳体中）的水吸收热量后形成的汽水混合物沿上升管而进入汽包，在汽包中气和水经过分离后，水则沿下降管重新进入换热器本体壳体内，形成循环。这种循环是靠汽水混合物与水的重度差而实现的。

（2）气、水流经管内或管外

目前我们公司的余热回收器是采用火管余热回收器。即高温工艺气流经管内，给水流经管外而沸腾气化。

（3）设计主要参数

表1 余热回收器设计参数

8运行情况

以最经常生产的N330品种为例，风量(FICS-4103)为19.5km3/h,原料油流量(FIC-4101)为9200kg/h，一次急冷温度(TICS-4104)设定为950℃，一次急冷水枪定位25#位，一次急冷水流量(FI-4104)大约为5800kg/h。余热回收器的入口烟气温度(TIC-4106D)（即空气预热器出口烟温）一般控制在640±10℃（通过加水枪控制温度），经过过热器和换热段I，其中过热器(E4207)出口蒸汽温度（TIC-4606B）控制在350±30℃，过热器中的减温水回到汽包，流量(FI-4606B)大概1000kg/h，过热器出口的烟气温度（TI-4106E）为490℃。

烟气经过过热器就来到换热段I（E4204A），换热段I出口的烟气温度(TIS-4106F)大约440℃，烟气出来经过原料油预热器(E4203)即油预热器出口烟气温度（TI-4107）降到大约420℃，最后经过换热段II(E4204B)等换热元件，出口烟气温度（TI-4108）大约下降到350℃左右。二次急冷温度(TICS-4105)设定为250℃，二次急冷水流量(FI-4105)大约为2000kg/h。

直接流入到汽包中的水大约4500kg/h，汽包的最高水位为0.44米，设定水位为0.22米，产生的蒸汽压力控制在大约 1.7MPa，蒸汽温度在200℃，产生的蒸汽流量大约6500kg/h，整个余热回收器设备每小时大约消耗5500kg/h的工艺水。以这样的情况同另一条只有一个换热段的3万吨/年硬质生产线比较，入口烟气温度也是差不多640℃，最终出口烟气温度大约下降到430℃左右，蒸汽压力控制在0.9 MPa，产生的蒸汽流量大约2000kg/h，整个设备每小时大约消耗2500kg/h的工艺水，而且因为进入袋滤前的烟气温度有430℃，而二冷温度设定为260℃，要把430℃压到260℃二次急冷水的用量就会需要很多，大约流量为3500kg/h，很明显耗费大量的水资源。急冷水的增多会加大收集主袋的负荷，尾气水份大热值变低调，对其它的设备也有腐蚀的影响。

从两条生产线相比较，二级余热回收装置的设计有优点，其提供了大量线内蒸汽，它所产生的蒸汽，除了满足本身生产的需要，还有剩余供给其它生产线和油罐区脱水使用。它减少了二次急冷水的用量，降低了袋滤负荷，提高了主袋的处理能力，减少了设备腐蚀，改善尾气品质等方面的效益是非常显著的。也有两个主要的缺点：一、二级余热回收装置换热段中存在大量的水，特别是换热段II长达约15米的长度，里面贮有大量的水，导致4万吨生产线每次投产前需要长达18小时的烘炉时间，而3万吨只要5小时，没有余热回收装置的只要3.5个小时；损耗了大量的燃料油、水和时间等，如果频繁停产之类就会较大的经济利益损失。二、设备多了，出现问题的机会也多，增大了工作量，例如某个检测点故障，例如减温器穿孔等，有时还会造成停产处理之类的后果。因为是全国第一个这样设计，有些地方设计还不够合理，在某些位置的温度或者压力的设定还在摸索中。

9 结论

双段式余热回收器两年来的运行实践表明，其产生的蒸汽效益显著，有效降低袋滤负荷，提高尾气热值等，虽然还存在一些问题，但经过我们的共同努力，这些问题也解决了大部分，这样的设计值得继续优化探索。

参考文献

1. 王金旺. 锅炉排烟余热回收利用的技术方案选择探讨，《能源与节能》2020-09-25

2、李硕.董志永.蒋大明.贺兴健.余热回收再利用系统，《设备管理与维修》2020-08-25

3、王章利.周胜利.烟气余热利用系统的研究与应用[J];矿山机械;2009年02期.