年产8万吨合成氨厂废热锅炉设计毕设论文
年产8万吨合成氨脱碳及再生工艺设计 - 副本
本科生毕业论文（设计）年产8万吨合成氨脱碳及再生工艺设计姓名：栗兰冬指导教师：詹益民院系：化学化工学院专业：化学工程与工艺提交日期：2012年5月5日目录中文摘要 (3)外文摘要 (4)1.总述 (5)1.1 设计目的及意义 (5)1.2 合成氨生产工艺流程概述 (5)1.2.1合成氨工艺流程 (5)1.2.2合成氨工艺流程图 (7)1.3 合成氨脱碳及再生方法 (7)2. NHD法技术简介 (8)2.1 原料简介 (8)2.2 NHD法脱碳及再生原理 (9)2.3 NHD法参数的选定 (10)2.4 NHD法脱碳及再生工艺流程图 (12)2.5 NHD法脱碳及再生工艺流程详述 (12)2.6 设计任务书 (12)3. NHD法脱碳及再生工艺物料衡算及能量衡算 (14)3.1 物料衡算 (14)3.1.1 吸收塔的物料衡算 (14)3.1.2 闪蒸过程的物料衡算 (16)3.1.3 汽提塔的物料衡算 (18)3.1.4 整个系统二氧化碳的总物料衡算 (18)3.2 热量衡算 (19)3.2.1 热量衡算数据 (19)3.2.2 吸收塔的热量衡算 (19)3.2.3 闪蒸过程的热量衡算 (20)3.2.4 汽提塔的热量衡算 (20)4. 主要设备的计算与选型 (21)4.1 已知条件 (21)4.2 吸收塔的操作线方程式 (21)4.3 塔径的计算 (21)4.4 填料层有效高度的计算 (22)4.4.1 传质单元数的计算 (22)4.4.2 传质单元高度的计算 (23)5. 生产安全及二氧化碳回收再利用 (24)5.1 生产安全 (24)5.1.1 点火源的控制 (24)5.1.2 防爆电气设备的选用 (24)5.1.3 有火灾爆炸危险物质的处理 (24)5.2 二氧化碳回收再利用 (24)5.3腐蚀及材料的选择 (25)6. 合成氨脱碳及再生工艺评析与总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附图 (28)年产8万吨合成氨脱碳及再生工艺设计栗兰冬指导老师：詹益民（黄山学院化学化工学院，黄山，安徽，245041）摘要：合成氨中脱碳的方法有很多种，有物理吸收法、化学吸收法、物理-化学吸收法和变压吸附法（PSA）。
年产8万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计
2008届化学与材料工程系《化工工艺设计任务书》变换工艺设计说明书设计题目年产8万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计课题来源年产8万吨小型合成氨厂变换工段变换工段化学工艺设计标准变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
要求：1. 绘制带控制点的工艺流程图2. 系统物料、能量衡算3. 系统主要设备能力及触媒装填量核算4. 该工段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算。
变换工段化学工艺设计主要技术资料1.变换技术方案CO2变换反应是放热反应，从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反应向生成CO2和H2的方向移动，提高平衡变换率。
但是水蒸气增加到一定值后，变换率增加幅度会变小。
温度对变换反应的速度影响较大，而且对正逆反应速度的影响不一样。
温度升高，放热反应即上述反应速度增加得慢，逆反应（吸热反应）速度增加得快。
因此，当变化反应开始时，反应物浓度大，提高温度，可加快变换反应，在反应的后一阶段，二氧化碳和氢的浓度增加，逆反应速度加快，因此，需降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可得到较高的变化率。
但降温必须与反应速度和催化剂的性能一并考虑，反应温度必须在催化剂的使用范围内选择。
在本设计中我们选择三段中温变化工艺流程。
2. 工艺流程含32.5% CO、温度为40℃的半水煤气，加压到2.0Mpa，经热水洗涤塔除去气体中的油污、杂质，进入饱和塔下部与上部喷淋下来的120～140℃的热水逆流接触，气体被加热而又同时增湿。
然后在混合器中与一定比例的300～350℃过热蒸汽混合，25%～30%的气体不经热交换器，作为冷激气体。
其他则经热交换器进一步预热到320℃进入变换炉。
进第一段催化反应后温度升高到460～500℃，冷激后依次通过二、三段，气体离开变换炉的温度为400～410℃，CO变换率达90%，残余CO含量为3%左右。
万吨年合成氨合成工段工艺设计毕业设计
万吨年合成氨合成工段工艺设计毕业设计四川理工学院毕业设计 9万吨/年合成氨合成工段工艺设计四川理工学院材料与化学工程学院摘要氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位。
氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础。
氨的合成主要有脱硫、转化、净化、合成几个工段。
合成氨合成工段的设计，原料采用氮气和氢气，以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下制得液氨，工艺条件为：A201为催化剂，480℃，31Mpa。
本设计进行了物料衡算，热量衡算，设备选型计算。
关键词：合成工艺参数衡算设备计算-Ⅰ-ABSTRAmmonia is one of the most important basic chemical products in the world，Its output of various kinds of chemicals rank first in the world. Ammonia mainly used in agriculture and synthetic ammonia is the basis of nitrogen fertilizer industry. Ammonia synthesis is mainly from the four sections of desulphurization, conversion, decontamination, and synthesis. With using nitrogen and hydrogen as materials and synthesis converter as main equipment, under the action of the auxiliary equipments of ammonia air conditioning, water-cooling device, gas to gas exchanger, circulator, separator, and condenser and so on, in the end, the design of the ammonia synthesis section makes ammoniacalliquor, The process conditions are determined as following:A201 as catalyst, 480℃，31Mpa .The design is be designed to material balance, heat balance and calculation of Devices type.KEY WORDS:synthesis process parameter balance calculation of Devices-Ⅱ-目录第一部分绪论 (1)1.1氨的性质及其在化工生产中的地位 (1)1.2合成氨的发展历程 (1)1.3技术规格 (2)1.3.1原材料技术规格 (2)1.3.2产品技术规格 (2)1.3.3危险性物料主要物性表 (3)1.4合成原理 (3)1.5工艺条件 (4)1.6工艺流程 (4)1.6.1工艺流程图 (4)1.6.2流程简述 (5)1.6.3工艺特点 (5)第二部分工艺设计计算 (7)2.1计算依据 (7)2.2物料衡算 (7)2.2.1合成塔进入塔气气量计算 (7)2.2.2氨分离器气液平衡计算 (8)2.2.3冷交换器气液平衡计算 (10)2.2.4液氨储槽气液平衡计算 (11)2.2.5液氨贮槽物料计算 (13)2.2.6合成系统物料计算 (14)2.2.7合成塔内物料计算 (16)2.2.8水冷器物料计算 (16)2.2.9氨分离器物料计算 (17)2.2.10冷交换器物料计算 (17)2.2.11氨冷器物料计算 (18)2.2.12冷分离器物料计算 (20)2.2.13液氨储槽物料计算 (21)2.2.14物料衡算结果汇总 (23)2.3热量衡算 (26)2.3.1冷交换器热量计算 (26)2.3.2氨冷器热量计算 (28)2.3.3循环机热量计算 (30)2.3.4合成塔热量计算 (31)2.3.5废热锅炉热量计算 (33)2.3.6热交换器热量计算 (34)2.3.7水冷器热量计算 (35)2.3.8氨分离器热量计算 (36)- Ⅲ -2.3.9中置锅炉产生蒸汽量的计算. 372.3.10合成系统温度计算示意图.. 38 第三部分设备设计及选型校核 (39)3.1 主要设备选型计算 (39)3.1.1 废热锅炉设备工艺计算 (39)3.2.1冷交换器设备工艺设计及校核424.1 主要设备选型汇总表 (55)设计综述 (56)参考文献 (57)- Ⅳ -第一部分绪论1.1氨的性质及其在化工生产中的地位合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。
合成氨中变炉及废热锅炉设计--
辽宁科技学院（2015届）本科毕业设计题目：合成氨中变炉及废热锅炉设计专题：主换热器的计算专业：应用化学班级：应化BG112 姓名：李双学号：6414111210指导教师：吕萍设计共64 页，其中：专题 2 页，译文10 页摘要本文是关于以天然气为原料年产量5万吨合成氨中废热锅炉和变炉的初步设计。
对于合成氨生产，一氧化碳变换反应是极其重要的一步反应。
一氧化碳不能作为合成氨反应原料，而且在特定条件下可以与合成氨的铁系催化剂发生反应，导致催化剂失去活性，必须经变换反应除掉。
变换反应是将没有用的一氧化碳转化为非常有用的氢，并得到副产物二氧化碳可以作为化工产品的原料。
本次设计的主要有工艺路线的确定；中温变换炉、低温变换炉、关于废热锅炉的物料衡算及其能量衡算；催化剂用量的有关计算；中温变换炉工艺的计算和相关设备选型；换热器的物料衡算及能量衡算和设备选型等。
通过以上内容的设计及计算，完成对合成氨设备变换工段的起始设计并绘制其工艺流程图。
本设计主要的任务是关于年产量5万吨合成氨的变换工段设备的设计,要求出中变炉的变换气的干组分中CO%小于2%，其结果：变换炉催化剂的使用量为12.66M3，催化剂的堆重量为12403.6Nm3/h，空速为979.7Nm3干气/（h*m3触媒），及确定固定管板式换热器，公称的直径为：600mm，公称的面积为：120m2，管子的总数为：254，管长为：6m，管程数为：2，壳的程数为：1，管子为：Φ25×2.5 管子的适宜排列方式：三角形。
关键词：能量衡算；中温变换炉；一氧化碳变换；物料衡算AbstractThis paper is the preliminary design of the natural gas as the raw material into the furnace and waste heat boiler with an annual output of 50000 tons of synthetic ammonia. In the production of synthetic ammonia, carbon monoxide conversion reaction is an important reaction. Carbon monoxide can not become the ammonia synthesis reaction of raw materials; and the iron catalyst and under certain conditions and the ammonia synthesis reaction, lead to the deactivation of the catalyst, must be through the transformation reaction to remove. Shift reaction will be useless for carbon monoxide into useful hydrogen, and carbon dioxide as a by-product of other chemical products as raw materials.The design mainly includes the process route; Material balance transform furnace, low temperature waste heat boiler furnace, change in the balance and energy balance; Calculation of the amount of catalyst; Medium temperature transformation furnace process calculation and equipment selection; the heat exchanger of the material balance and energy balance, equipment selection. By designing and calculating the above content, the completion of the preliminary design of small synthetic ammonia equipment transformation process and drawing process flow diagram.The design task is to design an annual output of 50000 tons of synthetic ammonia conversion section of the equipment ,Required to change gas furnace in the dry component of CO% is less than 2%.Results: transformation furnace 12.66M3 of catalyst, catalyst bulk weight is 12403.6Nm3/h, space velocity of 979.7Nm3 dry gas / (h*m3 catalyst) ,The choice of fixed tube plate heat exchanger, nominal diameter: 600mm, nominal area: 120m2, the total: 254, length: 6m, tube number: 2, shell number: 1, pipe: Φ 25 × 2.5 tube arrangement: triangle.Keyword: carbon monoxide conversion; Medium temperature transformation furnace; material balance; energy balance.目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1.绪论 (1)2.物料与热量衡算 (3)2.1 水气比的确定 (3)2.2 中变炉CO的实际变换率的求取 (4)2.3 中变炉催化平衡曲线 (4)2.4 最佳温度曲线计算 (5)2.5 中变炉一段催化床层物料衡算 (6)2.6 对出中变炉一段催化床层的变换气温度进行估算 (8)2.7 中变炉一段催化床层的热量衡算 (8)2.8 中变一段催化剂操作线的计算 (11)2.9 中间冷凝过程的物料和热量计算 (12)2.10 中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13)2.10.1 中变炉二段催化床层的物料衡算 (14)2.10.2 中变炉二段催化床层的热量衡算 (15)2.11 中变二段催化剂操作线计算 (16)2.12 低变炉的物料与热量衡算 (18)2.12.1 低变炉的物料衡算 (19)2.12.2 低变炉的热量衡算 (20)2.13 低变催化剂操作线计算 (22)2.14 低变炉催化剂平衡曲线 (23)2.15 最佳温度曲线计算 (24)2.16 废热锅炉的热量衡算 (25)2.17 水蒸气的加入 (28)2.18 主换热器的热量衡算 (28)2.19 调温水加热器的物料与热量衡算 (30)3.自动化控制 (32)3.1自动化原则 (32)3.1.1.关于工艺过程条件 (32)3.1.2.关于操作重要性 (32)3.1.3.关于经济性及统一性 (32)3.1．4关于仪表的使用和供应情况 (32)3.2 关于仪表选用 (33)3.2.1温度变送器选择 (33)3.2.2关于流量变送器的选择 (33)3.2.3关于执行器(调节阀)的选择 (33)3.2.4关于调节器的选择 (34)3.3关于泵的控制 (34)3.3.1对于流程当中离心泵控制 (34)3.4关于换热器控制 (35)3.4.1对于换热器的控制方案 (35)3.4.2对于换热器的温度控制系统的结构 (35)4.中变炉的计算 (37)4.1.触媒用量的计算公式 (37)4.1.1 第一床层触媒用量 (37)4.1.2第二段床层触媒用量 (38)4.1.3 触媒直径的计算 (39)4.2 中变炉第一段催化床层的阻力降 (40)4.3 中变炉第二段催化床层阻力降 (41)4.4 中变炉进口直径的计算 (41)4.5 中变炉出口直径的计算 (42)4.6 中间冷凝水进口直径 (42)专题主换热器的计算 (43)1 传热面积的计算 (43)2 设备直径与管板的确定 (43)3 传热系数的验算 (43)4 壳侧对流传热系数计算 (44)5 总传热系数核算 (45)6 传热面积核算 (45)结论 (46)致谢 (47)参考文献 (52)附录 (54)外文文献 (55)1. 绪论氨是非常重要的基础化工产品之一, 其产量居各种化工产品的第一位; 并且也是能源消耗的主要对象, 世界上大概有10%的能源被用于生产合成氨。
(完整版)年产8万吨合成氨合成工段设计_1毕业设计论文
优秀论文审核通过未经允许切勿外传年产8万吨合成氨合成工段设计设计说明书1 总论氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。
氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。
世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。
根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发[1]。
(1) 大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。
以Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和Kellogg 公司的“基于钌基催化剂KAAP 工艺”,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。
氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率(提高氨净值) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活性合成催化剂, 实现“等压合成”。
(2) 以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工”为核心的产品结构调整,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。
实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。
生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。
合成氨毕业设计论文
合成氨毕业设计论文【篇一：毕业论文合成氨】目录前言 (2)第一章总论 (3)1.1生产方法论述 (4)1.2氨合成催化剂的使用 (5)第二章氨合成工艺 (5)2.1氨合成工艺流程叙述 (5)2.2主要设备特点 (6)2.2.1氨合成塔(r1801) (7)第三章冷冻工艺流程说明 (8)3.1冷冻工艺流程叙述及简图 (9)第四章自动控制 (10)4.1控制原则 (10)4.2 仪表选型 (10)第五章安全技术与节能 (11)5.1 生产性质及消防措施 (11)5.1.1生产性质 (11)5.1.2消防措施 (11)5.2节能措施 (12)参考文献 (13)致谢 (14)前言在常温常压下，氨是有强烈刺激臭味的无色气体，氨有毒，且易燃易爆，空气中含氨0.5％，在很短时间内即能使人窒息而死，含氨0.2％，在几秒钟内灼烧皮肤起泡，含氨0.07％，即会损伤眼睛。
氨的燃点150℃，在空气中的爆炸范围为16％～25％（体积）。
在标准状态下氨的密度0.771克/升，沸点－33.35℃，熔点（三相点）－77.75℃，气态氨加热到132.4℃以上时，在任何压力下都不会变成液态，此温度称为氨的临界温度。
氨极易溶于水，在常温常压下1升水约可溶解700升氨，氨溶于水时放出大量的热氨易与许多物质发生反应，例如：在催化剂的作用下能与氧反应生成no与co2反应生成氨基甲酸铵，然后脱水生成尿素。
4nh3?5o2?4no?6h2o2nh3?co2?nh4coonh2 （氨基甲酸铵）nh4coonh2?co(nh2)2?h2o氨还可与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸）反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。
除了化肥工业以外，氨在工业上主要用来制造炸药和化学纤维及塑料。
氨还可以用作制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药工业中用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。
氨是在1754年由普利斯特里（priestly）加热氯化铵与石灰而制得。
年产8万吨合成氨厂废热锅炉设计毕设论文
1 引言废热锅炉系指那些利用工业过程中的余热以产生蒸气的锅炉，其主要设备包括锅炉本体和气包，辅助设备有给水预热器、过热器等。
在过去，工业过程中的很多余热都未加以利用即行浪费掉了。
随着工业的发展和能源供求的紧缺，工程技术人员对这些过去废弃不用的能源加以重视，利用它进行供热、供电和动力的辅助能源以提高能源的总利用效率，降低燃料消耗指标，降低电耗以获取经济效益。
在我国除了20世纪70年代引进的以及自己设计的30万吨/年合成氨厂有高压动力废热锅炉外，其余10t/a、5000t/a以及5万吨/年等中、小型合成氨厂一般在煤造气、或天然气的蒸气转化段设置有废热锅炉，而且这类锅炉产生的一般是中、低压蒸气，并且多用作原料蒸气，因此这些老厂虽然或多或少的节约了产生原料蒸气所需的热量和燃料，但对于合成氨厂耗能巨大的压缩机并没有减少外供电力消耗，所以这类工厂电耗标准仍然较高，以致产品成本昂贵。
有的中型合成氨厂在氨合成塔设计中安装了前置式废热锅炉，所谓前置式废热锅炉就是把触媒筐反应后的热气体在热交换器冷却之前通过废热锅炉以利用余热产生中压蒸汽。
该锅炉的压力为2.5MPa，以后准备发展到4MPa，由热量衡算及试生产结果，产气量为0.8吨蒸汽/吨氨，按此计算，产氨1万吨/年的合成氨厂每年可以回收8000吨蒸汽，能节约1000吨原煤。
在废热锅炉中进行的是热量的传递过程，因此废热锅炉的基本结构也是在一个具有一定换热表面的化热设备。
但由于化工生产中，各种工艺条件合要求差别较大，因此化工用废热锅炉结构类型也是多种多样的。
按照炉管是水平还是垂直放置，废热锅炉可以分为卧室和立式两大类；按照锅炉操作压力的大小，废热锅炉可以分为低压、中压和高压三大类；按照炉管的结构形式不同，废热锅炉可以分为：列管式、U形管式、此道管式、螺旋盘管以及双套管式等；按照其生产工艺和使用场合的不同废热锅炉可以分为：重油气化废热锅炉、合成氨前置式、中置式或后置式废热锅炉等。
合成氨毕业设计doc
合成氨毕业设计doc合成氨毕业设计篇一：合成氨本科毕业设计摘要合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。
本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，第一步是造气，即制备含有氢、氮的原料气；第二步是净化，不论选择什么原料，用什么方法造气，都必须对原料气进行净化处理，以除去氢、氮以外的杂质；第三步是压缩和合成，将纯净的氢、氮混合压缩到高压，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。
目前氨合成的方法，由于采用的压力、温度和催化剂种类的不同，一般可分为低压法、中压法和高压法三种。
本设计主要是对合成塔工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温高压条件下来制得氨气。
本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。
在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等，在合成效率方面也有进一步研究。
关键词:氮气；氢气；四氧化三铁催化剂；氨合成塔AbstractAmmonia production design determines the size of the production of synthetic ammonia, equipment requirements, as well as the status process. The design of the method used was semi-water gas synthesis, the main raw material is coal and nitrogen, the use of coal to generate hydrogen, while the design is a synthesis of the main section of the tower design, it is the direct use of raw materials used in nitrogen and hydrogen, itssynthesis tower as the main equipment, in the ammonia cooler, water coolers, gas - gas exchange, recycling machines, separators, auxiliary equipment, such as condensation of the tower under the four iron oxide catalyst, in the high-temperature conditions of 485-500 ℃ obtained from ammonia. The first step is to build gas,Preparation that contains hydrogen, nitrogen gas; second step is purification, regardless of what materials, what methods of gas must be carried out on the feed gas purification to remove hydrogen and。
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1 引言废热锅炉系指那些利用工业过程中的余热以产生蒸气的锅炉，其主要设备包括锅炉本体和气包，辅助设备有给水预热器、过热器等。
在过去，工业过程中的很多余热都未加以利用即行浪费掉了。
随着工业的发展和能源供求的紧缺，工程技术人员对这些过去废弃不用的能源加以重视，利用它进行供热、供电和动力的辅助能源以提高能源的总利用效率，降低燃料消耗指标，降低电耗以获取经济效益。
在我国除了20世纪70年代引进的以及自己设计的30万吨/年合成氨厂有高压动力废热锅炉外，其余10t/a、5000t/a以及5万吨/年等中、小型合成氨厂一般在煤造气、或天然气的蒸气转化段设置有废热锅炉，而且这类锅炉产生的一般是中、低压蒸气，并且多用作原料蒸气，因此这些老厂虽然或多或少的节约了产生原料蒸气所需的热量和燃料，但对于合成氨厂耗能巨大的压缩机并没有减少外供电力消耗，所以这类工厂电耗标准仍然较高，以致产品成本昂贵。
有的中型合成氨厂在氨合成塔设计中安装了前置式废热锅炉，所谓前置式废热锅炉就是把触媒筐反应后的热气体在热交换器冷却之前通过废热锅炉以利用余热产生中压蒸汽。
该锅炉的压力为2.5MPa，以后准备发展到4MPa，由热量衡算及试生产结果，产气量为0.8吨蒸汽/吨氨，按此计算，产氨1万吨/年的合成氨厂每年可以回收8000吨蒸汽，能节约1000吨原煤。
在废热锅炉中进行的是热量的传递过程，因此废热锅炉的基本结构也是在一个具有一定换热表面的化热设备。
但由于化工生产中，各种工艺条件合要求差别较大，因此化工用废热锅炉结构类型也是多种多样的。
按照炉管是水平还是垂直放置，废热锅炉可以分为卧室和立式两大类；按照锅炉操作压力的大小，废热锅炉可以分为低压、中压和高压三大类；按照炉管的结构形式不同，废热锅炉可以分为：列管式、U形管式、此道管式、螺旋盘管以及双套管式等；按照其生产工艺和使用场合的不同废热锅炉可以分为：重油气化废热锅炉、合成氨前置式、中置式或后置式废热锅炉等。
不同形式的废热锅炉具有不同的生产能力和经济性，我国目前大多采用的是保守的设计方法，其经济性比较差，需要研究人员和设计人员进行更深层次的发掘其潜力。
现有合成氨厂的废热回收仍未达到最大值，如果把蒸气平衡。
热平衡设计的最佳，并适当的提高蒸气参数以提高蒸气循环的热功效率，则大型合成氨厂的动力和电力可能全部自给，甚至有余。
2 废热锅炉选型及结构设计2.1废热锅炉的选型在石油、化工、冶金及其他工业部门中，废热锅炉已被广泛应用。
废热锅炉必须满足工艺生产的需求；能够最大限度的回收热能；产生蒸气的压力和质量满足使用对象的要求；对废热锅炉系统则要求操作稳定、调节方便、结构简单、材料易得、造价便宜、加工制造容易、安装检修方便、使用寿命长、运转安全可靠等。
本设计的工作条件：合成气入口温度300℃，出口温度190℃，工作压力30.4MPa，流量151000Nm3/h，水入口温度70℃，蒸汽压力1MPa。
由温度可知，本装置为低温工艺气，对装置金属材料的热膨胀量小，材料耐热性能要求也不是很高，可选用管壳式换热器、U形管式换热器；由压力可知，工艺气侧压力较高，水气侧压力不高，可使工艺气流经管内，水流经管外；由流量和流速，工艺气流量不大而且流速不高可选用烟道式，U形管式和插入式。
综上所述，本设计选卧式U形管式废热锅炉。
2.2 废热锅炉结构设计U形管式结构特点是受热后管子可以自由伸长，因为U形管两端都固定在管板上，与壳体无固定连接，当管子与壳体之间存在温差时，管子可以在壳体内自由伸缩。
U形管式结构比较简单，管束可以抽出清洗，但管内的清洗比较困难。
对于高温工艺气流经管内的U型管废热锅炉，由于进口端和出口端的温差较大，如果把换热管的两端固定在一个管板上，将会造成管板本身温差较大，热应力也较大。
因此需要采取一定的措施来减小热应力。
本设计采用把进口端和出口端引出管板，分别做成进、出口联箱形式。
卧式U形管式废热锅炉的管子系水平放置，水循环不好，水管式易出故障，因此不宜采用水管式废热锅炉，而采用高压工艺气体流经管内的气管式废热锅炉。
主要零部件的结构设计：（1）管板：管板采用标准椭圆封头。
（2）管板与管子的连接：采用焊接。
（3）管板封头与壳体的连接：采用法兰连接。
（4）高温管箱及接管的热防护结构：由于本设备的温度不是很高，无需做热防护。
（5）高温高压法兰连接、密封与结构：在废热锅炉设计中，应尽量减小开口数量，必要的开口也应尽量减小开口尺寸，尽量采用结构简单，运行可靠的焊接连接。
（6）U形膨胀节：由于本设计为U形管式，其结构可以大大减小筒体与换热管之间的热应力，所以本设计中不用设计膨胀节。
3 废热锅炉热力计算3.1 设计条件合成气入口温度：300℃合成气出口温度：190℃合成气工作压力：30.4MPa 合成气流量：151000Nm3/h水入口温度：70℃蒸汽压力：1MPa管程设计压力：31.92 MPa 壳程设计压力：1.05 MPa表1 合成气组分组分H2N2NH3CH4A r% 43.8 16.5 14.0 19.0 6.73.2计算流程设计的具体流程参考文献[1] 中的计算步骤：3.2.1 热流量Q1MPa的蒸气温度为180℃工艺气的相对分子量：g/mol6.13067.04019.01614.017165.028438.02=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑i i M yM其中，iy—气体的体积分数；iM—单一组分的相对分子量。
合成气质量流量：kg/h 91678.622.4.613151000=⨯=合W由文献[2]附录查的所需参数如下表：表 2 合成气物性数据组分 H 2 N 2 NH 3 CH 4 A r 大气分压∕大气压 131.4 49.5 42 57 20.1 300℃∕kcal/公斤分子*℃ 7.035 7.30 11.45 12.4 5.02 190℃∕kcal/公斤分子*℃7.035 7.22 11.6 11.2 5.05 300℃∕KJ/kg*℃ 2.167 2.248 3.527 3.819 1.546 300℃∕KJ/kg*℃2.1672.2243.5733.451.555300℃和190℃下工艺气体的定压比热容：KkJ/kg 43.62067.0546.119.0819.314.0527.3165.048.22438.0167.2|C 3000p ⋅=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=KkJ/kg 576.2067.0555.119.045.314.0527.3165.024.22438.0167.2|C 1900p ⋅=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=()kW 7728kJ/h 27820788190567.2300643.26.91678==⨯+⨯⨯=Q3.2.2 冷却水流量由文献[3]附录，可查得水在70℃和180℃下的比热容以及水在沸腾温度下的汽化潜热为2019.3KJ/kg 。
每千克水沸腾吸收的热量：()kJ 7.62522.320197067.4418017.44q =+⨯+⨯=则冷却水流量：kg/h 110287.6252227820788W ===q Q 水 3.2.3 流体的定性温度用流体的算术平均温度来表示由于换热过程中壳程以水的沸腾过程为主，则水的定性温度180=m t ℃ 管程流体定性温度24521903002T 21m =+=+=T T ℃ 其中，T 1 — 热流体进口温度 ，℃； T 2 — 热流体出口温度 ，℃。
3.2.4 定性温度下的物性参数180℃水的物性参数查参考文献[3]附录可得： 粘度s Pa 1053.14⋅⨯=-μ 密度3m /kg 9.886=ρ 导热系数K W/m 674.0⋅=λ 定压比热容K kJ/kg 417.4⋅=p C245℃工艺气的物性参数由文献[2]附录可得：表 3 合成气临界参数组分H 2 N 2 NH 3 CH 4 A r c P ∕MPa 1.299 3.35 11.13 4.544 4.878 c T ∕K33.26 126.16 405.49 190.54 150.75 c ρ∕k g/m 3 31.6 313 235 162 533 c μ∕10-6Pa/s3.47 18 30.7 16.2 26.4 λ27℃∕10-2W/m ·K18.32.592.473,4211.77① 混合气体的临界粘度：sPa 10236.171040067.01619.01414.028165.02438.0404.26067.01616219.0247.3438.066011⋅⨯=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯++⨯⨯++⨯⨯==--==∑∑ i ii ni iii m M y M y μμ其中，i y — 气体的体积分数；i M — 单一组分的相对分子量，mol /g ；i μ — 流体的粘度，Pa·s 。
假临界温度、压力：K45.13875.150067.054.19019.09.40514.016.126165.026.33438.01=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=ni ci i T y T 假MPa87.387.4067.0544.419.013.1114.035.3165.0299.1438.01=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=ni ci i P y P 假其中，i y — 气体的体积分数；ci T — 单一组分临界温度，K ；i c P — 单一组分临界压力，MPa 。
74.345.13815.273245=+==假T T Tr 85.787.34.30===假P P P r 查文献[4]图3-2可得：则实际混合气体粘度s Pa 105854.210236.175.156⋅⨯=⨯⨯=--μ ② 混合气体密度：33m /kg 98518134.86.13104.30=⨯⨯⨯==RT PM ρ其中，P — 工艺气压力，kPa ；M — 工艺气的相对分子量，mol /g ； T — 工艺气有效平均温度，K ； R — 气体常数。
③ 混合气体导热系数： 低气压下气体的导热系数m λ：KW/m 10756.61040067.028165.02438.04077.1067.02859.2165.023.18438.022313131313131131131300K ⋅⨯=⨯⨯++⨯+⨯⨯⨯++⨯⨯+⨯⨯==----∑∑ ni i ni ii My My λλ 其中，i y — 气体的体积分数；i M — 单一组分的相对分子量，mol /g ；i λ — 气体的导热系数，K m /W ⋅。
温度对混合气体导热系数的影响：nTTT T ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1212λλ 可得K m /W 1793.010756.63005182768.1518⋅=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=-Kλ压力对混合气体导热系数的影响： 查文献[2]附录1-7-9可得2.1=λλ实际则2152.01793.02.1=⨯=实际λK m /W ⋅ ④ 混合气体定压比热容：表 4 混合气体在245℃下的比热容组分 H 2 N 2 NH 3 CH 4 A r 大气分压∕大气压 131.4 49.5 42 57 20.1 245℃∕kcal/公斤分子*℃7.035 7.24 11.4 11.8 5.04 245℃∕k J/kg*℃2.1672.233.5113.6341.552KkJ/kg 605.2067.0552.119.0634.314.0511.3165.023.2438.0167.2|2450⋅=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=p C3.2.5 有效平均温差先按逆流计算3.4410120ln 10120ln2121,=-=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃ 进行校核:170180190300R 1221=--=--=t t T T 48.070300701801112=--=--=t T t t P 其中，1T — 热流体进口温度，℃；2T — 热流体出口温度，℃； 1t — 冷流体进口温度，℃； 2t —冷流体出口温度，℃。