張靜忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

硝酸和硝酸銨裝置節(jié)能改造與工藝優(yōu)化

張靜忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

分析了現有硝酸和硝酸銨裝置生產消耗情況，介紹了硝酸和硝酸銨裝置所采取的節(jié)能降耗改造和工藝優(yōu)化措施。改造后，硝酸和硝酸銨裝置運行消耗明顯下降，大幅降低了生產成本。

硝酸；硝酸銨；改造

隨著國內硝酸工業(yè)的快速發(fā)展以及經濟增長速度的減緩，我國硝酸和硝酸銨產能嚴重過剩，安徽淮化股份有限公司(以下簡稱安徽淮化公司)的產品市場占有率和銷售情況均出現明顯下滑，裝置最大負荷僅為產能的80%。為了降低生產成本，近年來安徽淮化公司加大了節(jié)能改造力度，全面優(yōu)化生產工藝技術，裝置的運行消耗明顯降低，累計年增加效益超過2 000萬元。

安徽淮化公司現有硝酸和硝銨裝置噸產品生產消耗情況見表1。

表1 安徽淮化公司現有硝酸和硝酸銨裝置噸產品生產消耗情況

裝置氨耗/t電耗/(kW·h)清水/t清水電耗/(kW·h)鉑耗/mg脫鹽水/t蒸汽/t硝酸/t硝酸鎂/kg液堿/kg氧氣/kg902t/d稀硝酸0.284151.9533.6721.45-0.43450t/d稀硝酸0.309456.67102.51101.100.25132間接法濃硝酸172.5055.0少量2.251.0501.6722直接法濃硝酸0.3101256.6795.0681.35-0.40少量多孔硝酸銨0.218150.7012.0少量0.230.791中和法硝酸銨0.229120.6025.7少量0.720.796

1 硝酸和硝酸銨裝置的節(jié)能降耗改造

1.1 循環(huán)水裝置節(jié)能改造

該項改造包括404和480循環(huán)水裝置，改造采用合同能源管理模式，由節(jié)能服務公司提供水泵設備、技術服務和安裝施工。

404循環(huán)水裝置4臺20Sh- 9A型水泵的額定流量1 910 m3/h、功率380 kW，其選型設計和管路工況等明顯落后，泵運行效率較低。改造后，對水泵相關數據進行測定，全部達到改造前的母管壓力，循環(huán)水溫差>6 ℃，符合生產要求，泵實際運行功率明顯下降，有效功率大幅提升。4臺泵可節(jié)電約527.3 kW，按年生產時間350 d計，年節(jié)電量4.40×106kW·h。

480循環(huán)水裝置為3套間接法濃硝酸(以下簡稱間硝)裝置供水，共有3臺28SAP- 10J型水泵，功率710 kW。由于設計、選型等原因，水泵始終無法在最佳運行工況下運行，導致電機超負荷運轉、溫度高、檢修和維護工作量較大。改造后，泵運行功率累計降低245 kW，年節(jié)電量2.05×106kW·h。目前，間硝裝置供水溫度和壓力正常，水泵和電機運行穩(wěn)定，實測電機溫度低于50 ℃，水泵和電機檢修率明顯下降。

1.2 480及403G循環(huán)水裝置優(yōu)化改造

480循環(huán)水裝置供水量8 000 m3/h，原設計為315和400稀硝酸裝置以及2套間硝裝置供水；403G循環(huán)水裝置的2臺水泵為450稀硝酸裝置和1套間硝裝置供水，電機功率630 kW。因315稀硝酸裝置已拆遷，480循環(huán)水裝置的循環(huán)水供應量出現富余；450稀硝酸裝置間歇運行，403G循環(huán)水裝置開2臺泵，其循環(huán)水長時間僅供1套間硝裝置使用，造成能量浪費。為此，將480循環(huán)水裝置地下管線與另一套間硝裝置連通，403G循環(huán)水裝置僅為450稀硝酸裝置供水，根據450稀硝酸裝置運行情況確定運行泵的臺數。改造后，3套間硝裝置采用無壓回水，所有循環(huán)水裝置統一管理和調節(jié)水量平衡，基本消除了480循環(huán)水裝置供水富余問題。403G循環(huán)水裝置間歇運行，節(jié)電1 000 kW以上，年節(jié)電4.20×106kW·h(運行時間約半年)。

1.3 間硝裝置冷凝液熱能回收

2套間硝裝置蒸汽冷凝液壓力約為0.5 MPa(另一套間硝裝置單獨運行，其蒸汽冷凝液壓力為0.3 MPa)、溫度為150 ℃，在滿負荷生產時，產生的蒸汽冷凝液量約為40 t/h，被送往熱電除氧器。因蒸汽冷凝液溫度高、輸送距離遠，臨近除氧器時壓力低，發(fā)生蒸汽閃蒸，造成管道因振動而易泄漏，檢修頻繁，加上熱能未能合理利用，運行不經濟。本次改造利用外送管線經902稀硝酸裝置的有利條件，在902稀硝酸裝置附近增設1臺換熱器，將機組冷凝液引入換熱器內與間硝裝置的蒸汽冷凝液進行換熱，既回收了熱能并降低外送冷凝液溫度，又減少了902稀硝酸裝置除氧器的蒸汽消耗。換熱后，機組冷凝液溫度由40 ℃上升至90 ℃，間硝裝置蒸汽冷凝液溫度由130 ℃降至100 ℃以下。在實際運行過程中，保證一定的熱力除氧蒸汽量，控制回除氧器冷凝液溫度在90 ℃以下，除氧器壓力為0.041 MPa、溫度為103 ℃，蒸汽閥閥位9.5%。改造后，節(jié)省蒸汽1.5 t/h，年節(jié)約蒸汽12 kt；冷凝液管線振動減輕，管線頻繁泄漏的現象得以消除，降低了檢修費用。

1.4 多孔硝酸銨裝置新增快捷皮帶輸送機

多孔硝酸銨裝置造粒后干線設備多達十幾臺，硝酸銨顆粒經塔底U301，U401和U407皮帶輸送機送至U404斗提機，然后送至流化床降溫后經U405皮帶輸送機進入包裹滾筒P402，再經U406皮帶輸送機送至棧橋大皮帶輸送機。在硝酸銨顆粒輸送過程中，還需運行2臺流化床鼓風機、2臺流化床引風機及1臺干燥引風機等設備。增加快捷皮帶輸送機U408和U409后，可避開上述干線上的設備，在干線上的某臺設備檢修時，避免造成全線停車?？鄢略銎л斔蜋C的運行電耗，技改后節(jié)電732.5 kW，按年運行7 200 h計，則年最大節(jié)電量5.27×106kW·h。

該技改不僅可降低硝酸銨生產成本、優(yōu)化工藝流程，且可減輕操作人員的勞動強度，并減少非計劃性停車的可能。改造后，傳動設備的備品備件消耗減少；新增1條產品輸送線，可保證生產工業(yè)硝酸銨時裝置的長周期運行。硝酸和硝酸銨裝置主要節(jié)能降耗技術改造綜合評價見表2。

2 工藝優(yōu)化措施

2.1 老硝酸銨裝置清污分流

老硝酸銨裝置采用中和法生產工藝，其中和段和蒸發(fā)段氣相每小時產生廢水約20 t。安徽淮化公司產品結構調整后，老硝酸銨裝置生產負荷提高至150 kt/a左右，廢水量增至25 t/h，廢水中硝酸銨質量分數在0.2%～0.5%，超標嚴重。本次改造新增2臺工藝廢液儲槽(A/B槽)、1臺冷凝器和2臺冷凝液泵；中和段氣相增設高效除霧器，用于分離氣相中高濃度的硝酸銨；蒸發(fā)段增設分離器，用于分離蒸汽氣相中夾帶的少量硝酸銨。高效除霧器和分離器分離后的含少量硝酸銨(質量濃度<300 mg/L)的氣相冷凝后送至工藝廢液儲槽A，工藝冷凝液管線插入槽底部，以維持蒸發(fā)系統負壓操作的要求，A槽內冷凝液溢流至B槽。正常生產時，B槽工藝廢液通過冷凝液泵送至換熱器換熱，溫度降至50 ℃以下后送至多孔硝酸銨裝置的電滲析廢水處理系統(原設計有30 t/h以上的余量，可滿足廢水處理需要)，處理后合格的工藝廢液(氨氮質量濃度低于10 mg/L，溫度低于30 ℃)作為循環(huán)水的補水，基本沒有廢水外排。電滲析廢水處理系統回收的氨氮送至多孔硝酸銨裝置，最終轉化為硝酸銨產品。

表2 硝酸和硝酸銨裝置主要節(jié)能降耗技術改造綜合評價

技改項目完成時間投資/萬元年效益/萬元年節(jié)能情況折煤/t綜合評價循環(huán)水裝置優(yōu)化2013-08311894.20×106kW·h5161)供水優(yōu)化,停運2臺水泵,便于管理增加快捷皮帶輸送機2013-09422375.27×106kW·h648 增加操作彈性,降低勞動強度,減少檢修和設備維護循環(huán)水裝置節(jié)能改造2014-032)合同能源管理2906.45×106kW·h792 減少檢修和設備維護,優(yōu)化循環(huán)水工藝,大幅降低電耗間硝裝置熱能回收2014-032514412kt蒸汽11283)減少管線振動,降低檢修費用合計9886031844)

注：1)電折煤系數取0.122 9 kg/(kW·h)； 2)404循環(huán)水裝置4臺水泵于2012年9月完成改造； 3)0.3 MPa蒸汽折煤系數取0.094 t/t； 4)折煤系數包括水、電和汽，其他未統計

通過改造，既提高了經濟效益，又降低了排放廢水的氨氮含量和熱污染，達到了減排的良好效果。按廢水中硝酸銨平均質量分數0.35%計，年可回收硝酸銨產品700 t和工藝冷凝液200 kt。

2.2 間硝裝置減溫水改造

間硝裝置設計使用的加熱蒸汽為1.1 MPa，193 ℃的飽和蒸汽，而安徽淮化公司沒有該壓力等級和溫度的蒸汽，多年來一直使用280～330 ℃的過熱蒸汽。長期使用后發(fā)現，過高的蒸汽溫度加上硝酸的強腐蝕性，導致設備使用壽命短、檢修頻繁，新的硝酸鎂加熱器僅投用1～2個月就出現管板和列管泄漏，整臺設備的使用壽命僅1年左右。本次改造時，將1臺容積約7.5 m3的舊儲罐改作脫鹽水儲罐，利用2臺庫存的熱水泵，并新增2只減溫水控制閥。改造后，蒸汽溫度降低至200 ℃，新硝酸鎂加熱器投運半年多未出現泄漏現象。單臺硝酸鎂加熱器制造成本約70萬元，間硝裝置共有12臺硝酸鎂加熱器，按使用壽命3年(最長可達5年)計，則每年節(jié)省設備制造成本近500萬元，且設備泄漏檢修和停車造成的損失等費用明顯下降。

2.3 硝酸銨廢料回收裝置

由于工藝的特殊性，生產多孔硝酸銨時會產生一定量的結塊和地腳硝酸銨。由于未改性的硝酸銨產品不能作為肥料使用，大量結塊硝酸銨的回收成為多孔硝酸銨生產的關鍵因素之一。為此，在硝酸銨U301皮帶輸送機下增設固體硝酸銨擋板、收集槽、硝酸銨溶解槽和回收泵等設備，從造粒塔皮帶輸送機掉落的結塊硝酸銨直接進入收集槽，加水溶解后排入硝酸銨溶解槽；干線的粉塵硝酸銨、塊狀硝酸銨以及包裝工序的地腳硝酸銨等分批加入溶解槽，經回收泵返回硝酸銨濕線系統重新造粒。經初步估算，改造后年可回收硝酸銨約500 t，而且有效解決了U301和U401皮帶輸送機、滾筒及流化床等干線設備因塊狀硝酸銨堵塞造成的停運現象，為裝置長周期運行提供了保障。

2.4 鎂尾水回吸收塔

將開工酸槽改作鎂尾水貯槽，增加2臺鎂尾水泵作為吸收塔加水泵；鎂尾水泵出口管線連接至現有脫鹽水泵出口管線，另增加一路管線至開工酸泵出口；分別在吸收塔第6、第14和第24層塔板處設置開工酸泵進口。根據鎂尾水濃度控制不同塔板加酸量，塔頂一般加入少量脫鹽水以控制尾氣中氧化氮含量及產品質量。本次改造利用現有鎂尾水輸送管線，投資少、改造簡單。改造后一次試車成功，尾氣中氧化氮體積分數<100×10-6，鎂尾水用量超過10 t/h。鎂尾水引入稀硝酸裝置后，按年運行時間300 d計，年可消化鎂尾水80 kt，回收硝酸4 000 t；按NaOH質量分數32%計，年可減少液堿消耗8 000 t。鎂尾水回吸收塔后，噸酸堿耗由80 kg下降至22 kg，年節(jié)省脫鹽水100 kt。主要工藝優(yōu)化技術改造綜合評價見表3。

表3 主要工藝優(yōu)化改造綜合評價

項 目完成時間投資/萬元年效益/萬元綜合評價硝酸銨廢料回收2013-033360年回收硝酸銨500t,有利于裝置長周期運行鎂尾水回吸收塔2013-09301100 年回收硝酸4000t,減少液堿消耗8000t,節(jié)省脫鹽水100kt,年增加效益1100萬元,環(huán)保減排間硝減溫水2013-12利舊+5500延長設備使用壽命,減少檢修和設備維護工作量,保障裝置長周期運行硝酸銨清污分流2014-02利舊+13599年回收硝酸銨700t、工藝冷凝液200kt,環(huán)保減排合計2031759

3 結語

面對日益嚴峻的市場競爭，只有不斷進行產品升級改造、加大節(jié)能改造力度，才能適應市場要求。安徽淮化公司將在降低噸硝酸汽耗、直接法濃硝酸裝置冰機改造和環(huán)保治理等方面進一步加強技術改造，提升企業(yè)的市場競爭能力。

Energy-Saving Renovation of Nitric Acid and Ammonium Nitrate Unit and Process Optimization

ZHANG Jingzhong

(Anhui Huainan Chemical Group Co., Ltd., Huainan 232038, China)

The production consumption situation of current nitric acid and ammonia nitrate unit is analyzed, the measures taken of energy-saving renovation of the nitric acid unit and the ammonia nitrate unit and process optimization are introduced. After the revamp, operation consumption of the nitric acid unit and the ammonia nitrate unit is decreased significantly, production cost is reduced greatly.

nitric acid ammonium nitrate renovation

張靜忠(1974—)，男，工程師，從事生產管理和技術改造工作；jingzhong0913@126.com

TQ111.26；TQ441.29

B

1006- 7779(2017)01- 0049- 04

2014- 08- 14)