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尿素裝置高壓調(diào)溫水熱能綜合利用總結(jié)

王金光衡墩梅

(江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司江蘇新沂221400)

江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱恒盛公司)具有年產(chǎn)800 kt合成氨、950 kt尿素、300 kt甲醇、100 kt硫酸鉀復(fù)合肥、200 kt磷酸一銨及200 kt高濃度磷復(fù)肥的生產(chǎn)能力。

1尿素生產(chǎn)工藝流程

恒盛公司有2套CO2汽提法尿素生產(chǎn)裝置，其流程如下：液氨通過(guò)泵加壓后經(jīng)高壓噴射器與來(lái)自高壓洗滌器甲銨液混合，然后進(jìn)入高壓甲銨冷凝器與來(lái)自汽提塔氣相混合后進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)生成的甲銨液進(jìn)入尿素合成塔，在尿素合成塔內(nèi)生成尿素。尿液進(jìn)入汽提塔與逆流來(lái)的CO2產(chǎn)生汽提，汽提氣又返回高壓甲銨冷凝器繼續(xù)反應(yīng)，尿液由減壓閥依次經(jīng)預(yù)分離器、精餾塔、閃蒸槽、一段蒸發(fā)器、二段蒸發(fā)器，然后進(jìn)入造粒塔。在尿素合成塔內(nèi)，未反應(yīng)完氣體由塔頂部進(jìn)入高壓洗滌器，被高壓甲銨泵送來(lái)的甲銨液吸收，生成更高濃度的甲銨液，生成熱由閉路循環(huán)的高壓調(diào)溫水帶走。高壓調(diào)溫水在循環(huán)水泵、循環(huán)水冷卻器及高壓洗滌器中閉路循環(huán)，其溫度由循環(huán)水冷卻器的高壓調(diào)溫水主、副線調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，出循環(huán)水冷卻器溫度在100 ℃左右，經(jīng)高壓洗滌器后溫度在126 ℃左右。

2高壓調(diào)溫水熱能綜合利用工藝流程

針對(duì)尿素裝置高壓調(diào)溫水的熱量較大(溫度126 ℃)，其流量為200 m3/h，需消耗較多循環(huán)水進(jìn)行冷卻，造成熱量浪費(fèi)，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)高壓調(diào)溫水的熱量進(jìn)行優(yōu)化利用(工藝流程見(jiàn)圖1)：①新增間接換熱器、熱水泵、熱水槽進(jìn)行換熱，熱水閉路循環(huán)，供冬季全公司辦公及崗位采暖；富余的熱水外賣，減少1.0 MPa蒸汽用量。②新增溴化鋰制冷機(jī)組、壓縮入口總管水冷器，可制冷水300 t/h，水溫8～12 ℃；夏季，用于冷卻壓縮入口總管半水煤氣，冷卻水閉路循環(huán)，增加了壓縮機(jī)的打氣量，以降低電耗。

圖1　高壓調(diào)溫水熱能綜合利用工藝流程

3節(jié)能量測(cè)量方案

(1) 冬季，原水回收高壓調(diào)溫水余熱，在換熱器前后新增2只流量計(jì)(所測(cè)流量分別為F1和F2)、2只溫度計(jì)(所測(cè)溫度分別為T1和T2)。計(jì)算回收用于采暖的高壓調(diào)溫水熱量，從而折算出節(jié)約1.0 MPa蒸汽用量。在尿素控制室DCS系統(tǒng)上增加1個(gè)熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)參數(shù)Q，計(jì)算公式為：

Q=F1×(T2-T1)×4.187×1 000/3 600

式中：Q——熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)參數(shù)，kW；

4.187——原水比熱容，kJ/(kg·℃)。

計(jì)量起始時(shí)間，DCS畫面Q值讀數(shù)Q1；計(jì)量結(jié)束時(shí)間，DCS畫面Q值讀數(shù)Q2。當(dāng)期取出熱量ΔQ=Q2-Q1，ΔQ折合蒸汽用量F=Q÷Q3(Q3為1 t 1.0 MPa蒸汽提供的熱量)。按蒸汽價(jià)格100元/t、熱水價(jià)格10元/t計(jì)，則當(dāng)期節(jié)能效益為100F、外賣熱水效益為10F2。

(2) 夏季，高壓調(diào)溫水余熱通過(guò)溴化鋰制冷機(jī)組制冷水，用于冷卻壓縮入口總管半水煤氣，計(jì)算其當(dāng)月噸氨電耗平均值W2和日產(chǎn)氨平均值G2。

噸氨節(jié)電量：W1-W2(其中W1為改造前同期噸氨電耗平均值)；

壓縮機(jī)打氣量增加率：(G2-G1)÷G1×100%(其中G1為改造前同期日產(chǎn)氨平均值)。

4新增設(shè)備與投資

(1) 溴化鋰制冷機(jī)組：300萬(wàn)元；

(2) 壓縮水冷卻器：100萬(wàn)元；

(3) 高壓調(diào)溫水換熱器1臺(tái)，利用原壓縮機(jī)舊水冷卻器改造，投資10萬(wàn)元；

(4) 熱水槽：20萬(wàn)元；

(5) 原水管線、高壓調(diào)溫水管線、管道附件、閘閥及截止閥等：12萬(wàn)元；

(6) 流量計(jì)、溫度計(jì)、調(diào)節(jié)閥、儀表電纜、儀表管線及橋架等：10萬(wàn)元；

(7) 管廊及鋼筋混凝土基礎(chǔ)等：6萬(wàn)元；

(8) 施工費(fèi)用：10萬(wàn)元。

本項(xiàng)目總投資共計(jì)468萬(wàn)元。

5運(yùn)行情況和效益分析

2014年5月大修后投入運(yùn)行，合成氨、尿素系統(tǒng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，單套合成氨產(chǎn)量超過(guò)300 kt/a，尿素產(chǎn)量超過(guò)400 kt/a。尿素裝置高壓調(diào)溫水的熱量得到了優(yōu)化利用：冬季，保證了全公司辦公及崗位采暖，折合1.0 MPa飽和蒸汽3 t/h，還可制熱水20 t/h外賣；夏季，通過(guò)溴化鋰制冷機(jī)組可制冷水300 t/h，水溫為8～12 ℃，供壓縮入口總管水冷器使用，冷卻半水煤氣。壓縮機(jī)進(jìn)口氣量參數(shù)：半水煤氣流量140 000 m3/h，原夏季(6月至9月)溫度35～45 ℃，經(jīng)冷卻后溫度降至17～30 ℃。改造前，平均日產(chǎn)氨990 t，噸氨電耗1 210 kW·h；改造后，平均日產(chǎn)氨1 040 t，噸氨電耗1 155 kW·h，達(dá)到預(yù)期效果。

(1) 冬季，供全公司辦公及崗位采暖，按蒸汽價(jià)格100元/t、取暖時(shí)間3個(gè)月計(jì)，可節(jié)約取暖費(fèi)用65萬(wàn)元；還可制熱水20 t/h，制熱水時(shí)間可達(dá)9個(gè)月(除7月至9月外)，按熱水10元/t計(jì)，則年可產(chǎn)生效益120萬(wàn)元。

(2) 夏季，用溴化鋰制冷機(jī)組供壓縮機(jī)入口總管水冷器使用，冷卻半水煤氣，則壓縮機(jī)打氣量增加了5.05%，噸氨電耗下降55 kW·h，按電價(jià)0.65元/(kW·h)計(jì)，則年節(jié)約電費(fèi)475萬(wàn)元。

由上可知，年節(jié)約費(fèi)用660萬(wàn)元左右，1年即可收回投資成本。

6設(shè)備操作規(guī)程

(1) 冬季，切斷夏季用閥門，打開冬季用閥門，停運(yùn)溴化鋰制冷機(jī)組、壓縮入口總管水冷器；投用新增換熱器、熱水泵、熱水槽、計(jì)量?jī)x表、全公司所有部門采暖設(shè)備，通過(guò)高壓調(diào)溫水主、副線調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，將進(jìn)、出高壓洗滌器高壓調(diào)溫水溫度分別控制在100 ℃和126 ℃左右，保證全公司辦公及崗位采暖，富余熱水外賣。

(2) 夏季，切斷冬季用閥門，打開夏季用閥門，停用新增換熱器、熱水泵、熱水槽、計(jì)量?jī)x表、全公司所有部門采暖設(shè)備；投運(yùn)溴化鋰制冷機(jī)組、壓縮入口總管水冷器，將進(jìn)、出高壓洗滌器高壓調(diào)溫水溫度分別控制在100 ℃和126 ℃左右。

7結(jié)語(yǔ)

化肥企業(yè)屬高能耗企業(yè)，做好企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造、加強(qiáng)節(jié)能管理及提高能源利用率，對(duì)降低單位產(chǎn)品成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、減少環(huán)境污染及促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

(收稿日期2015- 09- 16)