張 夏

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

尿素生產(chǎn)企業(yè)能源清潔高效利用

張 夏

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司裝置設(shè)計(jì)的年生產(chǎn)能力為180 kt合成氨、300 kt 尿素及副產(chǎn)10 kt甲醇。田悅化肥分公司結(jié)合合成氨行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，優(yōu)化工藝配置，采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。主要措施有：①循環(huán)流化床鍋爐摻燒造氣爐渣，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用；②造氣系統(tǒng)增設(shè)吹風(fēng)氣回收裝置，利用低熱值放空氣副產(chǎn)蒸汽，供生產(chǎn)系統(tǒng)使用；③脫碳系統(tǒng)采用高效變壓吸附干法脫碳工藝，利用吸附劑對(duì)不同組分氣體在不同壓力等級(jí)下選擇吸收的性能，降低傳統(tǒng)濕法脫碳溶液循環(huán)量的功耗；④合成氣凈化系統(tǒng)采用雙甲精制技術(shù)，減少了CO和CO2的排放量，在凈化合成氣的同時(shí)將廢氣回收，并且副產(chǎn)甲醇；⑤合成氣壓縮改變傳統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)，采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，減少了能量轉(zhuǎn)化過程中的損失；⑥氨合成系統(tǒng)采用卡薩利低壓合成技術(shù)，其轉(zhuǎn)化率高、消耗低。近年來，在原有裝置技術(shù)水平上進(jìn)一步加強(qiáng)能源管理并實(shí)施技術(shù)改造，多舉措推進(jìn)能源的清潔高效利用。

1 煤炭清潔高效利用

田悅化肥分公司使用的煤炭分為原料煤和燃料煤2類，其中原料煤包括小籽煤(20～40 mm)、小煤芽(10 mm)、型煤，燃料煤即為粉煤。原料煤用于固定層間歇式煤氣爐制取半水煤氣，燃料煤用于循環(huán)流化床鍋爐通過燃燒產(chǎn)生熱能加熱爐內(nèi)的水制取蒸汽。煤炭消耗環(huán)節(jié)技術(shù)裝備水平及應(yīng)用現(xiàn)狀如下。

1.1 煤炭入廠環(huán)節(jié)

煤炭質(zhì)量的好壞是影響鍋爐、煤氣爐爐況的重要因素。原料煤質(zhì)量差容易導(dǎo)致煤氣爐出現(xiàn)吹翻、風(fēng)洞、結(jié)疤等爐況惡化現(xiàn)象，造成發(fā)氣量下降，使原料煤消耗升高；而燃料煤質(zhì)量差容易導(dǎo)致不完全燃燒、鍋爐結(jié)焦及爐渣中殘?zhí)己可?，使噸煤產(chǎn)汽量降低、燃料煤消耗升高。為此，對(duì)入廠煤炭質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，從裝車到入廠運(yùn)輸環(huán)節(jié)全線監(jiān)控，并對(duì)入廠煤炭及時(shí)進(jìn)行取樣分析。

1.2 煤炭存儲(chǔ)環(huán)節(jié)

在自然環(huán)境下，煤炭會(huì)發(fā)生緩慢氧化、自燃及煤質(zhì)變化，因此，在煤炭存儲(chǔ)環(huán)節(jié)應(yīng)盡量減少庫存時(shí)間，并做到不同發(fā)熱量的煤炭分堆存放、先堆先用、燒舊存新，最大程度上減少煤炭在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的發(fā)熱量損失。

1.3 原料煤輸送環(huán)節(jié)

原料煤原設(shè)計(jì)輸送流程從入廠到入爐需要經(jīng)歷5次5 m以上的落差，由于炭塊在下降過程中會(huì)發(fā)生相互碰撞現(xiàn)象，導(dǎo)致其破碎而產(chǎn)生二次煤粉，二次煤粉率高達(dá)25%，造成入爐原料煤的成本偏高。經(jīng)實(shí)地勘測計(jì)算，決定對(duì)原料煤輸送流程進(jìn)行改造，改造完成后，中間僅經(jīng)過1次5 m的落差，比原皮帶輸送距離縮短近150 m，返煤率下降了15%。

1.4 煤炭高效利用

1.4.1 提高鍋爐熱效率

減少鍋爐各項(xiàng)熱損失，重點(diǎn)是減少鍋爐排煙熱損失和未完全燃燒損失。為了降低鍋爐排煙溫度，應(yīng)嚴(yán)格控制空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率、鍋爐爐水的水質(zhì)指標(biāo)及入爐燃料煤質(zhì)量。為減少未完全燃燒熱損失，根據(jù)鍋爐負(fù)荷及時(shí)調(diào)整燃燒工況，合理配風(fēng)，讓煤在爐膛內(nèi)充分燃燒，最大程度上降低爐渣中殘?zhí)己?。同時(shí)，加強(qiáng)鍋爐管道及本體保溫層的維護(hù)和檢修也是減少鍋爐熱損失的主要措施。

1.4.2 造氣爐渣摻燒于鍋爐

煤氣爐將原料煤氣化產(chǎn)出半水煤氣，剩余的爐渣排出爐外，以年產(chǎn)180 kt合成氨計(jì)，年排出50 kt爐渣，其中細(xì)渣約35 kt，這些爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%，爐渣殘?zhí)既杂欣脙r(jià)值，將其與燃料煤按一定比例在流化床鍋爐內(nèi)燃燒，可減少碳熱值的浪費(fèi)。

1.4.3 自建型煤廠

田悅化肥分公司組建年生產(chǎn)能力為120 kt的型煤廠，該套裝置將燃料煤即粉煤加工成型煤，用于煤氣爐摻燒或單燒，此舉措將燃料煤經(jīng)過加工作為原料煤使用，有效降低了原料煤的入爐價(jià)格。同時(shí)，將煤氣爐集塵灰也用于加工型煤，可進(jìn)一步提高煤炭的回收利用量。

1.5 原料煤工藝配比

1.5.1 小籽煤摻燒型煤

由于中塊炭的價(jià)格要高于小籽煤，因此，田悅化肥分公司使用小籽煤替代中塊炭。圍繞穩(wěn)定爐況、提高單爐發(fā)氣量的目標(biāo)，逐步對(duì)煤氣爐進(jìn)行改造，爐箅由7層6邊更換為8層6邊。改造完成后，通風(fēng)面積提高了10%，布風(fēng)間隙縮小，布風(fēng)量更加均勻，帶出物減少，煤氣爐運(yùn)行穩(wěn)定。由于小籽煤的價(jià)格要高于型煤，同時(shí)型煤的摻燒又能提高全燒小籽煤后床層的通氣性，使?fàn)t況運(yùn)行更加穩(wěn)定，為此，又新增1條型煤皮帶，配合上小籽煤皮帶可摻混均勻，在保證脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，加大型煤的摻燒比例至30%。

1.5.2 單燒小煤芽

因小煤芽粒度小，其價(jià)格相對(duì)較低，每噸與小籽煤相差100余元。為了進(jìn)一步降低尿素生產(chǎn)成本，田悅化肥分公司對(duì)2套煤氣爐的防流板進(jìn)行改造，增加了排灰阻力，防止塌爐現(xiàn)象發(fā)生，并對(duì)循環(huán)時(shí)間、入爐風(fēng)壓風(fēng)量及入爐蒸汽量等工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，逐步摸索出一套煤氣爐單燒小煤芽穩(wěn)定的操作方法。

1.5.3 單燒型煤

在小煤芽采購量不足的情況下，田悅化肥分公司對(duì)單套煤氣爐系統(tǒng)進(jìn)行單燒型煤，根據(jù)爐況對(duì)煤氣爐各工藝指標(biāo)進(jìn)行微調(diào)，最大程度上提高單爐發(fā)氣量。

2 蒸汽能量梯級(jí)利用

田悅化肥分公司生產(chǎn)裝置蒸汽使用情況：3.8 MPa 高壓蒸汽使用84 t/h，2.2 MPa中壓蒸汽使用46 t/h，0.8 MPa低壓蒸汽使用65 t/h。其中，3.8 MPa蒸汽由熱電鍋爐產(chǎn)生，2.5 MPa中壓蒸汽由吹風(fēng)氣回收鍋爐和合成系統(tǒng)廢熱鍋爐產(chǎn)生，0.8 MPa 低壓蒸汽由3.8 MPa和2.5 MPa蒸汽通過減溫、減壓裝置產(chǎn)生。在減溫、減壓過程中未能有效利用蒸汽壓力差，導(dǎo)致能量流失和資源浪費(fèi)。鑒于以上情況，新增8臺(tái)熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)，利用蒸汽由3.8 MPa減壓至0.8 MPa過程中損失的能量來驅(qū)動(dòng)2臺(tái)鍋爐給水泵和1臺(tái)工藝給水泵，利用蒸汽由0.8 MPa減壓至0.08 MPa過程中損失的能量來驅(qū)動(dòng)4臺(tái)造氣鼓風(fēng)機(jī)，利用蒸汽由2.2 MPa 減壓至0.8 MPa過程中損失的能量來驅(qū)動(dòng)1臺(tái)造氣鼓風(fēng)機(jī)。由熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)拖動(dòng)設(shè)備與其配套的電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行實(shí)現(xiàn)節(jié)電、節(jié)能，以回收蒸汽在減溫、減壓過程中浪費(fèi)的能量。改造完成后，每年可節(jié)電約1.7×107kW·h，節(jié)能效果明顯，同時(shí)蒸汽能量全部實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)利用。

3 余熱、余壓及廢氣利用

3.1 余熱利用

3.1.1 裝置余熱副產(chǎn)蒸汽

造氣系統(tǒng)廢熱鍋爐利用高溫半水煤氣熱量產(chǎn)生0.08 MPa低壓蒸汽供煤氣爐使用，合成系統(tǒng)廢熱鍋爐利用H2與N2反應(yīng)合成氨放出的熱量副產(chǎn)2.5 MPa 中壓蒸汽送至中壓蒸汽管網(wǎng)，等溫甲醇合成系統(tǒng)利用CO，CO2與H2反應(yīng)生成甲醇放出的熱量副產(chǎn)2.5 MPa中壓蒸汽送至中壓蒸汽管網(wǎng)，尿素裝置利用合成塔內(nèi)CO2與NH3反應(yīng)放出的熱量副產(chǎn)0.38 MPa低壓蒸汽送至鍋爐除氧器。同時(shí)，設(shè)置脫鹽水預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器等換熱設(shè)備，利用變換反應(yīng)的熱量加熱鍋爐給水。

3.1.2 溴化鋰節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

尿素裝置原設(shè)計(jì)利用循環(huán)冷卻水帶走高壓調(diào)溫水的熱量，使高壓調(diào)溫水溫度由130 ℃降至110 ℃，此部分余熱可以利用。為此，新增1套制冷量為12.56 GJ/h的溴化鋰裝置。冷水主要使用在合成氣壓縮機(jī)進(jìn)口和合成系統(tǒng)，通過凈化氣水冷器冷卻工藝氣體，增加了合成氣壓縮機(jī)輸氣量，增加了產(chǎn)量；通過合成第2水冷器冷卻工藝氣體，降低了冷凍系統(tǒng)負(fù)荷。改造后，年增加尿素產(chǎn)量8 000 t，合成冷凍系統(tǒng)停運(yùn)1臺(tái)630 kW冰機(jī)，年可節(jié)電約5×106kW·h，節(jié)能效果顯著。

3.2 余壓利用

新增1臺(tái)水力透平渦輪機(jī)，利用變脫塔出液3.0 MPa降至0.2 MPa的壓力差來驅(qū)動(dòng)450 kW的貧液泵電機(jī)，年可節(jié)電9.5×105kW·h。

3.3 廢氣利用

回收造氣吹風(fēng)氣副產(chǎn)蒸汽，既充分利用了吹風(fēng)氣的燃燒特性，又將吹風(fēng)氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的雙重目的。田悅化肥分公司吹風(fēng)氣回收鍋爐采用合成弛放氣助燃吹風(fēng)氣燃燒方法，可回收低溫吹風(fēng)氣的能量，每年可產(chǎn)生2.5 MPa蒸汽約300 kt。

4 降低產(chǎn)品電耗

4.1 新增氣體冷卻設(shè)備

在原料氣壓縮機(jī)前新增1臺(tái)一段入口水冷器，并在CO2壓縮機(jī)前新增CO2加壓風(fēng)機(jī)和CO2冷卻器各1臺(tái)，旨在提高壓縮機(jī)輸氣量，降低單位產(chǎn)品電耗。新增一段入口水冷器后，利用一次水的低溫冷量，在未增加任何水、電、汽的消耗情況下，將半水煤氣溫度由35 ℃降至20 ℃，壓縮機(jī)的總體輸氣量增加了5%。新增CO2加壓風(fēng)機(jī)及CO2冷卻器后，運(yùn)行2臺(tái)CO2壓縮機(jī)即可滿足產(chǎn)品產(chǎn)量的要求(原先運(yùn)行3臺(tái)CO2壓縮機(jī))。上述2項(xiàng)技術(shù)改造實(shí)施后，使噸尿素電耗降低了30 kW·h，節(jié)能效果明顯。

4.2 合成循環(huán)水泵節(jié)能改造

原有合成循環(huán)水泵選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)水泵，與整個(gè)系統(tǒng)的匹配性存在差異，水泵偏離最佳工況范圍運(yùn)行，再加上長期運(yùn)行后動(dòng)靜間隙增大、容積損失增加，造成效率偏低。為此，田悅化肥分公司采用合同能源管理模式，在滿足工藝要求和不影響系統(tǒng)正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，更換為節(jié)能高效水泵，提高了水泵效率，通過降低水泵進(jìn)口壓力，保證母管流量和母管壓力不變來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。改造后，年可節(jié)電1.4×106kW·h，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)語

田悅化肥分公司通過加強(qiáng)能源管理、積極技術(shù)改造，生產(chǎn)成本不斷降低，企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力逐步增強(qiáng)。因此，尿素生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照“高效轉(zhuǎn)化、清潔利用”的指導(dǎo)思想，從提高技術(shù)水平出發(fā)，提高資源綜合利用效率，減少廢棄物排放，努力實(shí)現(xiàn)能源的清潔高效利用。

2016- 09- 25)