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(shè)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(shè)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(hù)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(yīng)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(jì)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(shù)水平和經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yīng)熱通過工藝物料預(yù)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(yīng)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(shù)——熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組回收利用，制得低溫冷水，用于降低煤氣壓縮一段進(jìn)口溫度或代替部分氨冰機(jī)制冷負(fù)荷，以達(dá)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(jī)。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(jī)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(shù)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?xì)?、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(qiáng)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(jī)組使用的主要能源有蒸汽、熱水、燃油或燃?xì)?，耗電設(shè)備僅是機(jī)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(jī)組大大優(yōu)于電動冷水機(jī)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(jī)組比較，溴化理吸收式制冷機(jī)組具有體積大、質(zhì)量大、腐蝕性強(qiáng)、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(biāo)為：高調(diào)水流量205 m3/h，進(jìn)、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(biāo)，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(shù)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(jī)一段進(jìn)口溫度，降低一段進(jìn)口半水煤氣中的含水量，提高壓縮機(jī)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(jī)三段進(jìn)口打氣量，提高壓縮效率；③冷卻合成循環(huán)氣，可降低進(jìn)氨冷前合成循環(huán)氣溫度，并且可減少氨冰機(jī)的制冷負(fù)荷。合成氨生產(chǎn)中需要的冷量較大，溴化鋰制冷技術(shù)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(jī)的制冷負(fù)荷；夏季，可降低半水煤氣壓縮機(jī)一段進(jìn)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(shè)備選型

溴化鋰廢熱制冷項目主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 溴化鋰廢熱制冷項目主要設(shè)備參數(shù)

溴化鋰廢熱制冷項目綜合能耗：溴化鋰機(jī)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(jī)組、冷水泵、熱水泵每小時用電173.25 kW·h；冷水取代氨冰機(jī)每小時用電1 100 kW·h；按8 ℃溫差計，減少氨冰機(jī)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(biāo)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(biāo)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(jìn)的工藝廢熱回收制冷技術(shù)，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)