饱和热水塔的工作状态分析-中华塔器网

在以煤为原料的合成氨厂中，变换工段的主要能量回收设备是饱和热水塔。它用于回收变换气中热量，预热半水煤气，并使半水煤气增湿，以减少外供蒸汽量，其工作状态直接关系到变换系统的能耗，而循环于变换系统内的热水量又直接影响饱和热水塔的能量回收。本文讨论循环水量对饱和热水塔操作状态及其它有关因素的影响。
图1为变换系统的简单流程图。热水自热水塔底部流出，经过几个换热器升温至乃后由饱和塔上部进入，与半水煤气逆流接触使半水煤气升温至死，水温降至Tc进入热水塔，与变换气逆流接触回收其热量。

    饱和热水塔作为能量回收设备，其效果发挥好坏的标志是在一定条件下变换系统外供蒸汽量的多少。当变换炉进口汽气比控制在一定水平时，系统外供蒸汽量的多少与饱和塔出口半水煤气的温度及饱和度有关。饱和塔出口半水煤气的温度及饱和度高时，外供蒸汽量就少，饱和热水塔的效果就发挥得好，反之就差。
    以往设计时，往往强调饱和塔出口气及进口水温差要小(一般要求<3℃)，认为只有这样才能最大限度提高饱和塔的传质和传热效率。实际上这要求选择较大的热水循环量，原始设计一般为吨氨20～30 t。笔者认为这样并不合理，循环水量过大会使饱和塔进口水温降低，不利于提高出口半水煤气温度。
    现以中低低工艺流程为例，运用PRO-1／模拟计算软件对饱和热水塔的工作状态进行模拟计算，计算的条件如下：半水煤气温度为35℃ ，压力为0．8 MPa，吨氨气量3 340 ITI (标态)，其于基组成为CO 29．66％、H2 37．88％、CO2 8．28％、N221．75％、CH4 1．78％、Ar 0．26％、02 0．39％；外补蒸汽1 MPa(饱和态)；中变炉汽气比为0．4；中变炉人口温度330℃，出口400℃；低变炉人口温度200℃ ，出口240℃ ；段间全部采用间接换热；变换气于基组成中CO含量为1．2％。模拟计算结果见表1。

由表1可以发现以下规律：
(1)系统的外补蒸汽量并不能无限制减少。在给定的条件下，当热水循环量吨氨达到10 t时，饱和塔出口气温最高，系统添加的蒸汽量最小。因此对于一般中低低流程的变换工艺，将热水循环量设计为吨氨10～12 t是比较合适的。
(2)系统蒸汽添加量最少的点不是在饱和塔出口气液温差最小的时候。由表1可知，当热水循环量为吨氨18 t、理论板数Nt饱 =8、Nt热=6时，其饱和塔出口气体与进口水的温差可以达到1．95 ，但其吨氨外加蒸汽量却比热水循环量在吨氨10 t时(此时两者温差达16．46℃)高8O．78kg。因此必须认识到，确定饱和热水塔最佳操作条件的指标不应该是饱和塔出口气与进口液的温差尽可能小，而应该是变换系统蒸汽添加量最少，即饱和塔出口气温度最高。
(3)当饱和塔和热水塔取的理论板数改变时，蒸汽添加量也随之改变。在前述条件下，将饱和塔的理论板数改为8，热水塔的理论板数改为
6，模拟计算结果见表2。以表l中吨氨循环水量10 t为例，饱和塔出口气温提高1．56℃ ，吨氨蒸汽添加量减少49．5 kg，而相应热水塔出口气温也在降低，系统的热损失更小了。因此在对饱和热水塔进行改造时，可适当增加饱和塔和热水塔的理论板数。根据经验和计算，增加到Nt饱 =8、Nt热=6就可满足要求。

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