合成液氨冷量回收改造總結(jié)

馮彩平，李東華，李新旗，王 慧，張志強(qiáng)

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731)

近年來(lái)，化肥行業(yè)都在努力挖掘系統(tǒng)內(nèi)的能源并對(duì)其進(jìn)行充分利用，節(jié)能降耗日趨常態(tài)化，化肥行業(yè)的能源管理體系越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致，作為化肥行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)的河南心連心化肥有限公司(以下簡(jiǎn)稱心連心化肥)必須將能源管理體系的推廣工作做到極致。目前，心連心化肥對(duì)合成加氨和合成放氨這2個(gè)過(guò)程中的部分冷量進(jìn)行回收，以降低合成系統(tǒng)的氨冷加氨溫度和尿素的蒸汽單耗，為化肥行業(yè)的節(jié)能降耗起到帶頭作用。

1 改造前狀況及改造目的

改造前，合成系統(tǒng)只通過(guò)合成冷交換器回收了合成氨冷器出口循環(huán)氣體的冷量(經(jīng)過(guò)合成氨分離器分離出液氨后)，但沒(méi)有回收合成氨分離器排出的0 ℃以下甚至-10 ℃以下液氨的冷量以及合成冷交換器底部排出的0～6 ℃液氨的冷量，這些液氨的冷量都白白損失。而加入合成氨冷器的液氨是來(lái)自冰機(jī)系統(tǒng)氨槽內(nèi)35 ℃左右的“熱”液氨，其溫度明顯比合成排出的液氨溫度高，且合成排出的“冷”液氨與冰機(jī)系統(tǒng)的“熱”液氨都在合成系統(tǒng)內(nèi)。

此次改造的目的是將合成系統(tǒng)放至氨庫(kù)的液氨與冰機(jī)系統(tǒng)去合成氨冷器的液氨這2股液氨進(jìn)行換熱，以降低合成加氨溫度，降低冰機(jī)的電機(jī)負(fù)荷，同時(shí)提高合成氨庫(kù)液氨溫度，降低尿素的蒸汽消耗。為此，新增了1臺(tái)換熱面積為40 m2的液氨冷交換器。

2 改造后工藝流程

改造后工藝流程如圖1所示。

圖1 改造后工藝流程

(1)低溫液氨、冷液氨流程

合成氨分離器排出的-10 ℃液氨和合成冷交換器底部排出的0～6 ℃液氨去液氨冷交換器殼程，與來(lái)自冰機(jī)系統(tǒng)走液氨冷交換器管程35 ℃左右的“熱”液氨進(jìn)行逆流冷量交換。液氨冷交換器殼程出口的混合液氨去氨庫(kù)液氨球罐。

(2)冰機(jī)系統(tǒng)液氨流程

冰機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)合成氨冷器出口的液氨到冰機(jī)氨槽，冰機(jī)氨槽內(nèi)35 ℃左右的“熱”液氨去液氨冷交換器的管程，與液氨冷交換器殼程內(nèi)的低溫液氨(合成放氨的氨)進(jìn)行逆流冷量交換，液氨冷交換器管程出口溫度降低的液氨經(jīng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥去合成氨冷器進(jìn)行冷卻循環(huán)氣。

(3)弛放氣流程

當(dāng)合成放氨排出的“冷”液氨與冰機(jī)系統(tǒng)的“熱”液氨換熱溫度升高后進(jìn)入氨庫(kù)球罐，其產(chǎn)生的弛放氣也會(huì)增加。氨庫(kù)球罐弛放氣去合成凈氨，用脫鹽水吸收其中的氨氣，導(dǎo)致凈氨崗位的氨水量增加。

3 改造效果

改造后液氨冷交換器工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 改造后液氨冷交換器工藝參數(shù)

改造后，熱液氨溫度降低了18 ℃左右，冷液氨溫度升高了7 ℃左右，合成氨冷加氨的閥位從40%左右關(guān)至17%左右，合成加氨量明顯減少；同時(shí)，冷凍冰機(jī)從2臺(tái)大冰機(jī)(單臺(tái)制冷量為900 kW)減至1大1小(大冰機(jī)制冷量為900 kW，小冰機(jī)制冷量為450 kW)。新液氨冷換熱器投運(yùn)后，放氨壓力升高了0.06 MPa，放氨溫度升高了7.3 ℃，合成氨水產(chǎn)量為17～19 t/班，比以前升高5 t/左右。通過(guò)液氨冷換熱器的運(yùn)行效果來(lái)看，達(dá)到了技改的預(yù)期效果。

4 效益分析

1臺(tái)液氨冷交換器費(fèi)用為4.36萬(wàn)元，設(shè)備配管、前后配閥門6個(gè)、防腐保溫及安裝費(fèi)用約5.85萬(wàn)元，則此次技改總投資約10.21萬(wàn)元。以下對(duì)回收液氨冷量的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行核算。

(1)對(duì)冰機(jī)系統(tǒng)的影響

取熱流體的平均溫度21 ℃，可得液氨比熱容4.515 kJ/(kg·℃)，則回收的冷量為731 430 kJ/h，即203.175 kW。目前冰機(jī)的總制冷量6 226 kW，電機(jī)總功率2 250 kW，則冰機(jī)節(jié)約的電功率為 73.3 kW。按電價(jià)0.52元/(kW·h)、年運(yùn)行時(shí)間350 d、冰機(jī)電機(jī)負(fù)荷79%計(jì)，則平均年節(jié)省冰機(jī)電費(fèi)25.3萬(wàn)元。

因液氨和氨水價(jià)格差別不大，液氨損耗以及氨水增產(chǎn)量都較小，故溫度升高對(duì)從弛放氣制氨水量及液氨損耗的影響可忽略不計(jì)。

(2)液氨溫度對(duì)尿素液氨預(yù)熱器熱能的影響

技改后，合成到氨庫(kù)球罐再到尿素的液氨溫度在12 ℃左右。氨庫(kù)球罐往尿素送液氨量為23.4 t/h(以尿素班產(chǎn)328 t，噸尿素耗氨0.57 t氨)，則補(bǔ)充到尿素合成系統(tǒng)液氨量為17.5 t/h，此時(shí)液氨的比熱容為4.353 kJ/(kg·℃)，則提供的熱能為533 242.5 kJ/h，此部分熱能原來(lái)由氨預(yù)熱器通過(guò)加入冷凝液來(lái)提供，合成來(lái)液氨溫度升高后，可節(jié)省此部分能量。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)成本0.3 MPa蒸汽熱量折合2.257×106kJ/t，即折合成蒸汽量為0.236 t/h，按蒸汽價(jià)格40元/t計(jì)，則年節(jié)省熱量效益為7.94萬(wàn)元。

(3)液氨溫度升高對(duì)尿素液氨泵電耗的影響

液氨溫升致使去尿素液氨溫度升高，加重了尿素氨泵的負(fù)荷。氨庫(kù)往尿素送液氨量在23.4 t/h 左右，而補(bǔ)充到尿素合成系統(tǒng)的液氨量為17.5 t/h，液氨泵進(jìn)口的液氨量為42.0 t/h，則尿素氨冷凝器過(guò)來(lái)的液氨占58%，此部分用冷卻水冷卻來(lái)冷凝氣氨，液氨溫度與冰機(jī)系統(tǒng)的液氨溫度一樣，取30 ℃；尿素液氨緩沖槽過(guò)來(lái)的液氨占42%，技改前的新鮮液氨溫度在5 ℃，則估計(jì)技改液氨泵入口的液氨溫度為19.5 ℃?，F(xiàn)在送到尿素的液氨溫度在12 ℃左右，則液氨泵入口的液氨溫度為22.4 ℃。19.5 ℃液氨的密度為610.99 kg/m3，22.4 ℃液氨密度為606.56 kg/m3，22.4 ℃液氨的密度比19.5℃液氨的密度減少了0.725%，也就是說(shuō)液氨泵入口的液氨體積增加了0.725%，液氨泵的電耗增加了0.725%，液氨泵電機(jī)總功率為700 kW，出液氨泵電機(jī)增加的功率為5.075 kW，則液氨泵增加的年電耗費(fèi)用為2.22萬(wàn)元。

上述3項(xiàng)合計(jì)年節(jié)省費(fèi)用31.02萬(wàn)元左右，按設(shè)備的年折舊率10%計(jì)，則改造投資回收期為4.4個(gè)月。

5 結(jié)語(yǔ)

合成液氨冷量回收改造項(xiàng)目主要是為了降低合成氨冷加氨溫度，降低冰機(jī)電機(jī)負(fù)荷，從而降低合成氨系統(tǒng)的整體電耗，同時(shí)提高合成氨庫(kù)液氨溫度，降低尿素蒸汽消耗。項(xiàng)目改造論證初期，設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)為冷液氨溫度升高10 ℃左右、熱液氨溫度降低25 ℃左右；在項(xiàng)目后期論證過(guò)程中，結(jié)合新疆、四分公司實(shí)際的熱液氨溫降情況，對(duì)參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)為冷液氨溫度升高11.63 ℃、熱液氨溫度降低21.00 ℃。該項(xiàng)目實(shí)施后，冷液氨溫度升高了7 ℃左右、熱液氨溫度降低了18 ℃左右，距離其設(shè)計(jì)的溫降參數(shù)存在一定偏差。目前，液氨冷換熱器的操作和運(yùn)行還處于摸索狀態(tài)中，有待進(jìn)一步優(yōu)化。