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        尿素系統(tǒng)工藝廢熱的回收利用

        2016-12-10 03:09:22劉俊山
        氮肥與合成氣 2016年10期
        關鍵詞:洗滌器溴化鋰吸收式

        劉俊山

        (河北正元化工工程設計有限公司河北石家莊050061)

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        尿素系統(tǒng)工藝廢熱的回收利用

        劉俊山

        (河北正元化工工程設計有限公司河北石家莊050061)

        0 前言

        目前,我國已成為全球最大的氮肥生產(chǎn)國,并且實現(xiàn)了氮肥自給,對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收起到了重要作用;然而,氮肥工業(yè)是耗能大戶,也是用水大戶,我國氮肥工業(yè)面臨著資源和環(huán)境的雙重壓力。因此,資源的高效利用和環(huán)境保護一直是氮肥工業(yè)的重要研究課題。近些年,國家對氮肥企業(yè)的優(yōu)惠政策逐漸取消,工業(yè)用電價格上漲,化肥產(chǎn)品市場低迷,不降低消耗和生產(chǎn)成本,企業(yè)就不可能有發(fā)展的競爭力,應按照“減量化、再利用、資源化”的原則,切實使氮肥生產(chǎn)實現(xiàn)增長方式的根本轉(zhuǎn)變,即按照循環(huán)經(jīng)濟的理念,走低投入、高產(chǎn)出、少排污、可循環(huán)的發(fā)展道路,才能提高氮肥生產(chǎn)的技術水平和經(jīng)濟效益?,F(xiàn)就石家莊正元化肥有限公司(以下簡稱正元化肥公司)年產(chǎn)180 kt 合成氨和300 kt尿素裝置高調(diào)水廢熱的回收利用項目進行討論。

        1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

        正元化肥公司年產(chǎn)300 kt尿素裝置生產(chǎn)過程中,高調(diào)水系統(tǒng)工藝廢熱用循環(huán)水冷卻,同時該系統(tǒng)還有15 t/h蒸汽冷凝液以及部分富裕閃蒸汽利用冷卻水冷卻,這些余熱如不加以利用將會造成能源的浪費。

        合成氨生產(chǎn)過程中高品質(zhì)的反應熱通過工藝物料預熱和副產(chǎn)蒸汽和熱水的形式大部分回收利用,低品質(zhì)的反應熱大多企業(yè)用冷卻水帶走,此部分熱量可尋找一種余熱制冷技術——熱水型溴化鋰吸收式冷水機組回收利用,制得低溫冷水,用于降低煤氣壓縮一段進口溫度或代替部分氨冰機制冷負荷,以達到節(jié)能降耗的目的,能提高企業(yè)的市場競爭力。

        2 余熱廢熱制冷工作原理和特點

        2.1 吸收式制冷的工作原理

        溴化鋰吸收式制冷是一種以熱能為動力的制冷機。吸收式制冷能源利用范圍廣(余熱、廢熱、排熱),可大量節(jié)約能源。吸收式制冷比以電能為動力的冰機可明顯節(jié)約電耗。在具有廢氣和廢熱水可利用的企業(yè)中,生產(chǎn)過程又需要低溫時,推廣此種技術有著重要的意義。因此,很適宜于合成氨、石油化工一類的生產(chǎn)企業(yè)使用。

        溴化鋰吸收式制冷是以蒸汽、燃氣、燃油、熱水等多種熱源為動力,以水為制冷劑,溴化鋰溶液為吸收劑,制取0 ℃以上的冷媒水或60 ℃以上的熱水,用于生產(chǎn)工藝過程。其工作原理:基于溴化鋰水溶液具有在常溫下強烈吸收水蒸氣,而在高溫下又能將其所吸收的水分釋放出來;同時,水在真空狀態(tài)下蒸發(fā)時,具有較低蒸發(fā)溫度的特性。

        2.2 吸收式制冷的特點

        (1)機組使用的主要能源有蒸汽、熱水、燃油或燃氣,耗電設備僅是機組附帶的冷劑泵、溶液泵等,故耗電量很少。

        (2)在熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,在能量的梯級利用中充分利用了低位能量,使整個系統(tǒng)的能效提高至75%左右。

        (3)在環(huán)保方面,溴化鋰吸收式制冷機組大大優(yōu)于電動冷水機組,水作為制冷劑,不存在對大氣臭氧層的破壞。

        (4)冷凝熱量較大,故需要配置較大的冷卻水泵和冷卻塔。

        (5)與電動冷水機組比較,溴化理吸收式制冷機組具有體積大、質(zhì)量大、腐蝕性強、氣密性要求高等特點。

        3 尿素廢熱回收利用方案

        3.1 尿素生產(chǎn)的工藝廢熱回收

        現(xiàn)有尿素生產(chǎn)工藝中,利用高調(diào)水帶走高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產(chǎn)生的熱量,經(jīng)熱水循環(huán)泵加壓后去水冷卻器,降溫后返回高壓洗滌器循環(huán)。工藝操作指標為:高調(diào)水流量205 m3/h,進、出高壓洗滌器高調(diào)水溫度分別為110 ℃和130 ℃。根據(jù)工藝操作指標,高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產(chǎn)生17.16 GJ/h的熱量?,F(xiàn)生產(chǎn)工藝中,此部分熱量利用尿素循環(huán)水帶走,若循環(huán)水按溫差8 ℃計,需壓力為0.5 MPa的循環(huán)水流量在500 m3/h左右。

        溴化鋰吸收式制冷技術利用高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產(chǎn)生17.16 GJ/h的熱量作為溴化鋰制冷的加熱動力,節(jié)約了溴化鋰制冷熱源動力消耗,同時將尿素高調(diào)水的熱量帶走,又節(jié)約了該部分冷卻需要的循環(huán)水,廢熱回收利用起到了雙重節(jié)能降耗的效果。

        3.2 冷量的合理利用

        根據(jù)正元化肥公司的工藝特點和實際運行情況,需要利用冷水的地方較多:①夏季,可降低半水煤氣壓縮機一段進口溫度,降低一段進口半水煤氣中的含水量,提高壓縮機的氣體質(zhì)量流量,可實現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的效果;②冷卻脫碳后凈化氣,可提高壓縮機三段進口打氣量,提高壓縮效率;③冷卻合成循環(huán)氣,可降低進氨冷前合成循環(huán)氣溫度,并且可減少氨冰機的制冷負荷。合成氨生產(chǎn)中需要的冷量較大,溴化鋰制冷技術方案產(chǎn)生的冷量約為12.56 GJ/h,主要用于降低氨合成系統(tǒng)氨冷前合成循環(huán)氣溫度,減少氨冰機的制冷負荷;夏季,可降低半水煤氣壓縮機一段進口溫度,實現(xiàn)增產(chǎn)降耗。在生產(chǎn)中可根據(jù)生產(chǎn)實際情況將冷量合理分配利用,以實現(xiàn)節(jié)能、增產(chǎn)、降耗的效果。

        3.3 設備選型

        溴化鋰廢熱制冷項目主要設備參數(shù)見表1。

        表1 溴化鋰廢熱制冷項目主要設備參數(shù)

        溴化鋰廢熱制冷項目綜合能耗:溴化鋰機組用循環(huán)水量為860 t/h,其每小時電耗為 155 kW·h;溴化鋰機組、冷水泵、熱水泵每小時用電173.25 kW·h;冷水取代氨冰機每小時用電1 100 kW·h;按8 ℃溫差計,減少氨冰機和尿素用循環(huán)水量均為500 t/h,其每小時電耗均為90 kW·h。由此可見,本項目實施后,每小時節(jié)電951.75 kW·h,按電價0.42元/(kW·h)、年運行時間330 d、折標煤系數(shù)0.122 9 kg/(kW·h)計,則年節(jié)約用電7.54×106kW·h,折合標煤926.4 t,年節(jié)電費用約為316.6萬元。本項目總投資550萬元,即投資回收期為21個月。

        4 結(jié)語

        近幾年合成氨市場價格低迷,給一些中、小型化肥企業(yè)帶來了前所未有的生存壓力。由于氨和尿素產(chǎn)品價格不穩(wěn)定,市場競爭越來越激烈,提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本勢在必行。本項目采用先進的工藝廢熱回收制冷技術,在符合國家推行的節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染政策的同時,降低了產(chǎn)品的單位成本,提高了企業(yè)的市場競爭力。

        2016- 05- 11)

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