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)

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，采用先進技術(shù)，實現(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，利用吸附劑對不同組分氣體在不同壓力等級下選擇吸收的性能，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，采用蒸汽透平驅(qū)動，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)水平上進一步加強能源管理并實施技術(shù)改造，多舉措推進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，對入廠煤炭質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，從裝車到入廠運輸環(huán)節(jié)全線監(jiān)控，并對入廠煤炭及時進行取樣分析。

1.2 煤炭存儲環(huán)節(jié)

在自然環(huán)境下，煤炭會發(fā)生緩慢氧化、自燃及煤質(zhì)變化，因此，在煤炭存儲環(huán)節(jié)應(yīng)盡量減少庫存時間，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25%，造成入爐原料煤的成本偏高。經(jīng)實地勘測計算，決定對原料煤輸送流程進行改造，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

減少鍋爐各項熱損失，重點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，加強鍋爐管道及本體保溫層的維護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，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。

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格。同時，將煤氣爐集塵灰也用于加工型煤，可進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)，逐步對煤氣爐進行改造，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，煤氣爐運行穩(wěn)定。由于小籽煤的價格要高于型煤，同時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，其價格相對較低，每噸與小籽煤相差100余元。為了進一步降低尿素生產(chǎn)成本，田悅化肥分公司對2套煤氣爐的防流板進行改造，增加了排灰阻力，防止塌爐現(xiàn)象發(fā)生，并對循環(huán)時間、入爐風(fēng)壓風(fēng)量及入爐蒸汽量等工藝指標(biāo)進行調(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，田悅化肥分公司對單套煤氣爐系統(tǒng)進行單燒型煤，根據(jù)爐況對煤氣爐各工藝指標(biāo)進行微調(diào)，最大程度上提高單爐發(fā)氣量。

2 蒸汽能量梯級利用

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。鑒于以上情況，新增8臺熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機，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2臺鍋爐給水泵和1臺工藝給水泵，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4臺造氣鼓風(fēng)機，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1臺造氣鼓風(fēng)機。由熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機拖動設(shè)備與其配套的電動機同步運行實現(xiàn)節(jié)電、節(jié)能，以回收蒸汽在減溫、減壓過程中浪費的能量。改造完成后，每年可節(jié)電約1.7×107kW·h，節(jié)能效果明顯，同時蒸汽能量全部實現(xiàn)了梯級利用。

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，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進口和合成系統(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1臺630 kW冰機，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臺水力透平渦輪機，利用變脫塔出液3.0 MPa降至0.2 MPa的壓力差來驅(qū)動450 kW的貧液泵電機，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)進行轉(zhuǎn)化，可以達到節(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

在原料氣壓縮機前新增1臺一段入口水冷器，并在CO2壓縮機前新增CO2加壓風(fēng)機和CO2冷卻器各1臺，旨在提高壓縮機輸氣量，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 ℃，壓縮機的總體輸氣量增加了5%。新增CO2加壓風(fēng)機及CO2冷卻器后，運行2臺CO2壓縮機即可滿足產(chǎn)品產(chǎn)量的要求(原先運行3臺CO2壓縮機)。上述2項技術(shù)改造實施后，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)型號水泵，與整個系統(tǒng)的匹配性存在差異，水泵偏離最佳工況范圍運行，再加上長期運行后動靜間隙增大、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)濟運行的前提下，更換為節(jié)能高效水泵，提高了水泵效率，通過降低水泵進口壓力，保證母管流量和母管壓力不變來實現(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)險能力逐步增強。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，努力實現(xiàn)能源的清潔高效利用。

2016- 09- 25)