節(jié)能降耗技術(shù)在尿素裝置的運用

韓志勇

（北大荒農(nóng)業(yè)股份浩良河化肥分公司，黑龍江伊春 153103）

我公司現(xiàn)有兩套水溶液全循環(huán)法尿素裝置，年總產(chǎn)量已達30多萬噸。為降低尿素生產(chǎn)成本，我們不斷進行節(jié)能降耗的技術(shù)改造工作，取得了良好的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)對有關(guān)的節(jié)能改造措施進行總結(jié)。

1 尿素合成塔采用WWS等溫內(nèi)件

我公司原尿塔內(nèi)件是傳統(tǒng)的多孔篩板。隨著尿素生產(chǎn)能力的提高，物料在合成塔內(nèi)的停留時間減少，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低。轉(zhuǎn)化率每降低1%，尿素生產(chǎn)中的甲銨液循環(huán)量就增加4.5%，使循環(huán)系統(tǒng)一分塔加熱器蒸汽用量增多。而一分加蒸汽用量占尿素生產(chǎn)蒸汽用量的60%。為降低蒸汽的消耗就必須提高合成塔二氧化碳轉(zhuǎn)化率。為此，我們在改造中對已有尿素合成塔進行更新的同時（考慮到已超使用年限，給安全生產(chǎn)帶來隱患），也對尿素合成塔內(nèi)件進行改造。合成塔內(nèi)件采用WWS等溫內(nèi)件及高效球帽型塔盤，使二氧化碳轉(zhuǎn)化率提高2%～4%。噸尿汽耗保證在1 200kg。

2 采用預分離－預蒸餾工藝

2.1 增設預分離器

原流程無預分離器，一分塔分解負荷重、一分加蒸汽用量大，一蒸加熱利用段效率差。為減輕一分塔及一吸塔的負荷，提高熱利用段的換熱效果，進一步降低能耗，采用預分離－預蒸餾工藝進行改造。新增一臺φ1 400mm的預分離器，把預分離氣直接接至一吸外冷器進口處，使進入蒸發(fā)預濃縮器熱能回收段的氨碳比由8.03降至3.94，有利于甲銨生成熱的回收，減少一段蒸發(fā)加熱器蒸汽用量。并有效減輕一分塔的負荷。

2.2 預蒸餾塔改造

1＃系統(tǒng)原一分塔為φ1 200×5 868mm，一分加F175m2；一段分解分離器（φ1 300mm）安裝在一分加的上部并和一分加連在一起，由于該結(jié)構(gòu)分離效果較差，操作彈性小，不能滿足擴能需要。本次改造新增一臺φ1 400mm的一段分解分離器，把加熱段和分離段分開，提高分離效果。預蒸餾塔與一分塔分離器合為一個整體。同時，F(xiàn)175m2的一分加由于泄漏而堵管嚴重，換熱面積已僅有150m2，本次改造需新增一臺F240m2的一分加替換原加熱器。預蒸餾塔內(nèi)件采用DL－Ⅱ塔盤，提高傳質(zhì)傳熱效果。

2.3 增設一吸外冷器

原流程無一吸外冷器，所有CO2吸收須在一吸塔鼓泡段內(nèi)完成，造成一吸塔負荷重，操作彈性小，一吸塔頂、底回流氨用量大，消耗也相應增加。本次改造新制1臺F300m2的一吸外冷器及F200m2的板式軟水冷卻器，新增2臺400m3／h軟水循環(huán)泵，冷卻水閉路循環(huán)，以滿足日產(chǎn)550t尿素時的熱量平衡需要。在開車或新鮮軟水不夠時，把一部分蒸汽冷凝液補入循環(huán)軟水系統(tǒng)使用。同時，更換一吸塔鼓泡段氣體分布器，提高鼓泡吸收效果。另外，為回收甲銨的反應熱，我們將家屬區(qū)的采暖水送入一吸塔的板式軟水冷卻器，用生成甲銨的反應熱來加熱采暖水。改造當年節(jié)能效益為138萬元，此后每年節(jié)能效益為276萬元。

3 增設降膜式閃蒸預濃縮器

現(xiàn)有尿素廠家在蒸發(fā)改造過程中一般都采用“三段蒸發(fā)流程”，即閃蒸槽按照二段蒸發(fā)器的模式增加了閃蒸加熱器，采用低壓蒸汽加熱。閃蒸加熱器的使用，在一定程度上可減輕一段蒸發(fā)加熱器的負荷，但卻不利于降低蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽的消耗。物料在1.8MPa壓力，現(xiàn)有H2O／CO2、NH3／CO2條件下，一段蒸發(fā)器熱能回收段殼側(cè)物料的冷凝溫度為125℃左右，采用閃蒸加熱器后，蒸汽把閃蒸后的尿液濃度從原來的71%增至75%，閃蒸出液溫度也從原來的90℃增至95℃以上，提高了進一段蒸發(fā)加熱器熱利用段尿液的溫度和濃度，縮小了物料的傳熱溫差，降低了一段蒸發(fā)加熱器熱利用段的效率，熱利用段回收的甲銨反應熱將會減少，多余熱量就會轉(zhuǎn)嫁到一吸外冷器中，增加外冷器負荷，而一蒸加蒸汽消耗并沒有降低。因此，本次改造借鑒氨汽提法真空預濃縮器工藝，新增1臺φ2 000mm、F 250m2的真空預濃縮器，取代閃蒸槽。該濃縮器為新型降膜式蒸發(fā)器，由二分塔過來的尿液經(jīng)尿液過濾器后進入真空預濃縮器上部分離段，氣液在此分離，液體經(jīng)液體分布器均勻分配到每根換熱管中；管外為來自預蒸餾塔的氣體和來自二甲泵的二甲液，利用其反應熱，將尿液濃度提高到80%以上，溫度為102℃左右，從而有效減輕一蒸加和一吸外冷器的負荷，降低蒸汽消耗。

為進一步提高一段蒸發(fā)預濃縮器熱利用效率，降低蒸汽消耗，本次改造在閃蒸熱利用段二甲液進口管上增設新型高效霧化噴頭，使預蒸餾氣與二甲液能充分接觸、混合，大幅度提高生成甲銨的反應程度，提升了熱利用效率。

4 2臺4D12E型二氧化碳壓縮機的改造

我公司2＃尿素系統(tǒng)有2臺上海大隆機械廠生產(chǎn)的4D12E型二氧化碳壓縮機和1臺沈陽氣體壓縮機廠生產(chǎn)的4M12型二氧化碳壓縮機，隨著尿素生產(chǎn)負荷的提高，開2臺4D12E型二氧化碳壓縮機不能滿足生產(chǎn)的需要，需要增開1臺4M12型二氧化碳壓縮機，才能使尿素生產(chǎn)能力與合成氨生產(chǎn)能力相匹配，而開3臺二氧化碳壓縮機又不經(jīng)濟，造成尿素電耗偏高。另外，2臺4D12E型二氧化碳壓縮機存在5段缸徑偏小，使4段出現(xiàn)超壓，制約了壓縮機的打氣量；并且2臺4D12E型二氧化碳壓縮機部分附屬設備和管道布置、安裝不合理，造成壓縮機振動較大，3、4段氣閥頻繁損壞，倒機檢修次數(shù)過多，檢修費用過高。為此，我們對2臺4D12E型二氧化碳壓縮機進行改造，將5段氣缸由φ95mm擴到φ100mm，以解決4段超壓制約壓縮機打氣量的問題。將3段出口緩沖器更新，采用濾波型緩沖器；3段入口緩沖器加長，增大緩沖容積；4、5段氣缸出入口增加球形緩沖器；改變3、4段油水分離器的管道布置，減少管道彎頭；增加管道支撐架數(shù)量和支撐強度等措施，以解決管道振動問題。通過改造，2臺4D12E型二氧化碳壓縮機打氣量比改造前增加1 760m3／h，滿足了尿素系統(tǒng)高負荷生產(chǎn)的需要，而且4段超壓等問題得到解決，設備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

5 增設尿素排放地下池

在每年一次的設備大檢修時，尿素系統(tǒng)都要進行熱洗置換后才能交付檢修。為回收尿素系統(tǒng)停車熱洗排放液中的氨和尿素，我們增設了容積為500m3的尿素排放地下池。系統(tǒng)檢修后再開車時，用水解解吸系統(tǒng)回收其中的氨和尿素。

6 氨泵增設變頻調(diào)速器

尿素2套系統(tǒng)共有6臺3W－A2型高壓液氨泵，每臺輸送液體量24m3／h。隨著生產(chǎn)負荷的不斷提高，實際生產(chǎn)中出現(xiàn)1＃尿素系統(tǒng)開2臺氨泵不夠用，開3臺又用不完，而2＃尿素系統(tǒng)開1臺氨泵不夠用，開2臺又用不完。由于進尿素合成塔的氨量采用氨泵出口G3調(diào)節(jié)閥打循環(huán)的方法調(diào)節(jié)，使部分液氨加壓到20.0MPa后又泄壓至1.7MPa后循環(huán)到液氨緩沖槽，造成動力浪費。為此，我們對氨泵安裝了變頻調(diào)速器，用改變氨泵電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)氨泵的打量，以減少電耗。以2＃尿素系統(tǒng)時產(chǎn)19.2t尿素計算，開2＃、1＃2臺氨泵，2＃氨泵電機電流為230A，1＃氨泵電機電流為155A，而改造前2臺氨泵電機電流均為230A，改造后電流下降了75A；一年按生產(chǎn)300d計算，每年可節(jié)電200×103kW·h。且用改變氨泵電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進尿素合成塔的氨量，操作方便、準確，有利于尿素合成塔NH3／CO2的控制和CO2轉(zhuǎn)化率的提高，給循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)的操作創(chuàng)造了有利條件。

7 蒸發(fā)系統(tǒng)采用水力循環(huán)噴射泵抽真空

為將尿液中的水分蒸出得到濃度為98.5%以上的濃尿液，蒸發(fā)系統(tǒng)采取在真空條件下操作。原設計為蒸汽噴射器抽真空，是靠蒸汽通過蒸汽噴射器時減壓節(jié)流而形成真空，尿液中蒸出的水分被抽出，隨蒸汽一起被排入大氣，同時部分蒸出的氣氨也被排入大氣，造成原料氨的浪費。我們將蒸汽噴射器抽真空改為水力循環(huán)噴射泵抽真空后，原排入大氣的氣氨被循環(huán)液吸收，循環(huán)液氨濃度達到一定值后，被送到解吸系統(tǒng)回收其中的氨，達到回收原料和保護環(huán)境的目的。

8 氨預熱器改用冷凝液加熱

由氨泵加壓后的液氨經(jīng)氨預熱器加熱到45℃后送入尿塔，氨預熱器原設計采用蒸汽膨脹槽內(nèi)冷凝液產(chǎn)生的膨脹蒸汽加熱，而系統(tǒng)伴熱采用一次蒸汽經(jīng)飽和器減壓后的蒸汽。為節(jié)省一次蒸汽的用量，降低蒸汽消耗，我們將氨預熱器改用冷凝液加熱，膨脹蒸汽全部用于系統(tǒng)伴熱，以減少設備、管道伴熱用的一次蒸汽。改造后，因一次蒸汽用量減少，每年可節(jié)省原煤612t，噸煤按430元計，全年效益為26.316萬元。

9 增加一臺中壓蒸汽膨脹槽

由電廠送往尿素系統(tǒng)的一次蒸汽，經(jīng)各加熱器利用后形成冷凝液進入膨脹槽，產(chǎn)生0.3MPa的二次蒸汽，此蒸汽除用于本車間系統(tǒng)保溫和冬季采暖外，其余排入大氣，造成蒸汽有效利用系數(shù)較低。為此，我們在一分塔加熱器疏水管線上增加一臺中壓膨脹槽，專供收集一分加熱器使用過的蒸汽，然后將中壓膨脹蒸汽用在二段分解加熱器上，以便節(jié)約高品質(zhì)一次蒸汽，充分利用低品質(zhì)的二次蒸汽，達到降低能耗的目的。

10 取消氨泵、一甲泵循環(huán)油箱

尿素生產(chǎn)用的一甲泵、氨泵潤滑油系統(tǒng)原設有循環(huán)油箱，循環(huán)油經(jīng)油泵加壓進入油冷卻器，再去曲軸箱潤滑各轉(zhuǎn)動部件后回到循環(huán)油箱，循環(huán)油再經(jīng)循環(huán)油泵加壓后循環(huán)使用。取消循環(huán)油箱后，曲軸箱潤滑油直接經(jīng)循環(huán)油泵加壓后循環(huán)使用。這樣，每臺設備每年可少用循環(huán)油360kg，6臺設備可節(jié)約循環(huán)油2 160kg。

11 一甲泵改液力變矩器為變頻調(diào)速器

尿素2套系統(tǒng)共有6臺3DJ－12／22－Q型高壓一甲泵，每臺輸送液體量12m3／h。進尿素合成塔的一甲液量原采用液力變矩器調(diào)節(jié)。液力變矩器是由泵輪軸、泵輪、渦輪、側(cè)體、導輪、進油殼和可轉(zhuǎn)導輪葉片等部件組成的封閉的馬蹄形流體通道。由于液力變矩器維護保養(yǎng)頻繁、費用高，運行周期短，而且該設備結(jié)構(gòu)特別復雜，檢修難度大，零部件磨損日益嚴重。我們根據(jù)生產(chǎn)情況和能源消耗情況，決定將一甲泵的液力變矩器取消，改為變頻調(diào)速器，用變頻器來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以控制一甲泵的打量。并將變頻器信號送DCS控制，尿素總控操作人員可根據(jù)生產(chǎn)負荷的大小及一吸塔液位的高低精確調(diào)節(jié)進尿素合成塔的一甲液量。

12 結(jié) 語

浩化公司尿素系統(tǒng)通過采用先進的節(jié)能措施，對設備進行技術(shù)改造，并改進生產(chǎn)工藝，提高了能源的利用效率和水平，尿素生產(chǎn)的各項消耗都有較大的降低，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益。為進一步降低能耗，我們將預蒸餾塔氣體和二甲液只進真空預濃縮器改為預蒸餾塔氣體和二甲液各自分兩路并聯(lián)進入真空預濃縮器（F250m2）和一段蒸發(fā)加熱器熱利用段（F124m2），以充分回收利用生成甲銨的反應熱。其他節(jié)能改造工作也將于2011年設備大檢修期間進行。