尿素生产企业能源清洁高效利用

张 夏

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

尿素生产企业能源清洁高效利用

张 夏

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司装置设计的年生产能力为180 kt合成氨、300 kt 尿素及副产10 kt甲醇。田悦化肥分公司结合合成氨行业发展现状，优化工艺配置，采用先进技术，实现节能降耗。主要措施有：①循环流化床锅炉掺烧造气炉渣，实现能源的综合利用；②造气系统增设吹风气回收装置，利用低热值放空气副产蒸汽，供生产系统使用；③脱碳系统采用高效变压吸附干法脱碳工艺，利用吸附剂对不同组分气体在不同压力等级下选择吸收的性能，降低传统湿法脱碳溶液循环量的功耗；④合成气净化系统采用双甲精制技术，减少了CO和CO2的排放量，在净化合成气的同时将废气回收，并且副产甲醇；⑤合成气压缩改变传统的电驱动，采用蒸汽透平驱动，减少了能量转化过程中的损失；⑥氨合成系统采用卡萨利低压合成技术，其转化率高、消耗低。近年来，在原有装置技术水平上进一步加强能源管理并实施技术改造，多举措推进能源的清洁高效利用。

1 煤炭清洁高效利用

田悦化肥分公司使用的煤炭分为原料煤和燃料煤2类，其中原料煤包括小籽煤(20～40 mm)、小煤芽(10 mm)、型煤，燃料煤即为粉煤。原料煤用于固定层间歇式煤气炉制取半水煤气，燃料煤用于循环流化床锅炉通过燃烧产生热能加热炉内的水制取蒸汽。煤炭消耗环节技术装备水平及应用现状如下。

1.1 煤炭入厂环节

煤炭质量的好坏是影响锅炉、煤气炉炉况的重要因素。原料煤质量差容易导致煤气炉出现吹翻、风洞、结疤等炉况恶化现象，造成发气量下降，使原料煤消耗升高；而燃料煤质量差容易导致不完全燃烧、锅炉结焦及炉渣中残碳含量升高，使吨煤产汽量降低、燃料煤消耗升高。为此，对入厂煤炭质量应严格把关，从装车到入厂运输环节全线监控，并对入厂煤炭及时进行取样分析。

1.2 煤炭存储环节

在自然环境下，煤炭会发生缓慢氧化、自燃及煤质变化，因此，在煤炭存储环节应尽量减少库存时间，并做到不同发热量的煤炭分堆存放、先堆先用、烧旧存新，最大程度上减少煤炭在存储环节的发热量损失。

1.3 原料煤输送环节

原料煤原设计输送流程从入厂到入炉需要经历5次5 m以上的落差，由于炭块在下降过程中会发生相互碰撞现象，导致其破碎而产生二次煤粉，二次煤粉率高达25%，造成入炉原料煤的成本偏高。经实地勘测计算，决定对原料煤输送流程进行改造，改造完成后，中间仅经过1次5 m的落差，比原皮带输送距离缩短近150 m，返煤率下降了15%。

1.4 煤炭高效利用

1.4.1 提高锅炉热效率

减少锅炉各项热损失，重点是减少锅炉排烟热损失和未完全燃烧损失。为了降低锅炉排烟温度，应严格控制空气预热器的漏风率、锅炉炉水的水质指标及入炉燃料煤质量。为减少未完全燃烧热损失，根据锅炉负荷及时调整燃烧工况，合理配风，让煤在炉膛内充分燃烧，最大程度上降低炉渣中残碳含量。同时，加强锅炉管道及本体保温层的维护和检修也是减少锅炉热损失的主要措施。

1.4.2 造气炉渣掺烧于锅炉

煤气炉将原料煤气化产出半水煤气，剩余的炉渣排出炉外，以年产180 kt合成氨计，年排出50 kt炉渣，其中细渣约35 kt，这些炉渣中含碳质量分数为15%～20%，炉渣残碳仍有利用价值，将其与燃料煤按一定比例在流化床锅炉内燃烧，可减少碳热值的浪费。

1.4.3 自建型煤厂

田悦化肥分公司组建年生产能力为120 kt的型煤厂，该套装置将燃料煤即粉煤加工成型煤，用于煤气炉掺烧或单烧，此举措将燃料煤经过加工作为原料煤使用，有效降低了原料煤的入炉价格。同时，将煤气炉集尘灰也用于加工型煤，可进一步提高煤炭的回收利用量。

1.5 原料煤工艺配比

1.5.1 小籽煤掺烧型煤

由于中块炭的价格要高于小籽煤，因此，田悦化肥分公司使用小籽煤替代中块炭。围绕稳定炉况、提高单炉发气量的目标，逐步对煤气炉进行改造，炉箅由7层6边更换为8层6边。改造完成后，通风面积提高了10%，布风间隙缩小，布风量更加均匀，带出物减少，煤气炉运行稳定。由于小籽煤的价格要高于型煤，同时型煤的掺烧又能提高全烧小籽煤后床层的通气性，使炉况运行更加稳定，为此，又新增1条型煤皮带，配合上小籽煤皮带可掺混均匀，在保证脱硫系统运行稳定的情况下，加大型煤的掺烧比例至30%。

1.5.2 单烧小煤芽

因小煤芽粒度小，其价格相对较低，每吨与小籽煤相差100余元。为了进一步降低尿素生产成本，田悦化肥分公司对2套煤气炉的防流板进行改造，增加了排灰阻力，防止塌炉现象发生，并对循环时间、入炉风压风量及入炉蒸汽量等工艺指标进行调整，逐步摸索出一套煤气炉单烧小煤芽稳定的操作方法。

1.5.3 单烧型煤

在小煤芽采购量不足的情况下，田悦化肥分公司对单套煤气炉系统进行单烧型煤，根据炉况对煤气炉各工艺指标进行微调，最大程度上提高单炉发气量。

2 蒸汽能量梯级利用

田悦化肥分公司生产装置蒸汽使用情况：3.8 MPa 高压蒸汽使用84 t/h，2.2 MPa中压蒸汽使用46 t/h，0.8 MPa低压蒸汽使用65 t/h。其中，3.8 MPa蒸汽由热电锅炉产生，2.5 MPa中压蒸汽由吹风气回收锅炉和合成系统废热锅炉产生，0.8 MPa 低压蒸汽由3.8 MPa和2.5 MPa蒸汽通过减温、减压装置产生。在减温、减压过程中未能有效利用蒸汽压力差，导致能量流失和资源浪费。鉴于以上情况，新增8台热功联产汽轮机，利用蒸汽由3.8 MPa减压至0.8 MPa过程中损失的能量来驱动2台锅炉给水泵和1台工艺给水泵，利用蒸汽由0.8 MPa减压至0.08 MPa过程中损失的能量来驱动4台造气鼓风机，利用蒸汽由2.2 MPa 减压至0.8 MPa过程中损失的能量来驱动1台造气鼓风机。由热功联产汽轮机拖动设备与其配套的电动机同步运行实现节电、节能，以回收蒸汽在减温、减压过程中浪费的能量。改造完成后，每年可节电约1.7×107kW·h，节能效果明显，同时蒸汽能量全部实现了梯级利用。

3 余热、余压及废气利用

3.1 余热利用

3.1.1 装置余热副产蒸汽

造气系统废热锅炉利用高温半水煤气热量产生0.08 MPa低压蒸汽供煤气炉使用，合成系统废热锅炉利用H2与N2反应合成氨放出的热量副产2.5 MPa 中压蒸汽送至中压蒸汽管网，等温甲醇合成系统利用CO，CO2与H2反应生成甲醇放出的热量副产2.5 MPa中压蒸汽送至中压蒸汽管网，尿素装置利用合成塔内CO2与NH3反应放出的热量副产0.38 MPa低压蒸汽送至锅炉除氧器。同时，设置脱盐水预热器、锅炉给水预热器等换热设备，利用变换反应的热量加热锅炉给水。

3.1.2 溴化锂节能技术的应用

尿素装置原设计利用循环冷却水带走高压调温水的热量，使高压调温水温度由130 ℃降至110 ℃，此部分余热可以利用。为此，新增1套制冷量为12.56 GJ/h的溴化锂装置。冷水主要使用在合成气压缩机进口和合成系统，通过净化气水冷器冷却工艺气体，增加了合成气压缩机输气量，增加了产量；通过合成第2水冷器冷却工艺气体，降低了冷冻系统负荷。改造后，年增加尿素产量8 000 t，合成冷冻系统停运1台630 kW冰机，年可节电约5×106kW·h，节能效果显著。

3.2 余压利用

新增1台水力透平涡轮机，利用变脱塔出液3.0 MPa降至0.2 MPa的压力差来驱动450 kW的贫液泵电机，年可节电9.5×105kW·h。

3.3 废气利用

回收造气吹风气副产蒸汽，既充分利用了吹风气的燃烧特性，又将吹风气中的有害物质进行转化，可以达到节能、环保的双重目的。田悦化肥分公司吹风气回收锅炉采用合成弛放气助燃吹风气燃烧方法，可回收低温吹风气的能量，每年可产生2.5 MPa蒸汽约300 kt。

4 降低产品电耗

4.1 新增气体冷却设备

在原料气压缩机前新增1台一段入口水冷器，并在CO2压缩机前新增CO2加压风机和CO2冷却器各1台，旨在提高压缩机输气量，降低单位产品电耗。新增一段入口水冷器后，利用一次水的低温冷量，在未增加任何水、电、汽的消耗情况下，将半水煤气温度由35 ℃降至20 ℃，压缩机的总体输气量增加了5%。新增CO2加压风机及CO2冷却器后，运行2台CO2压缩机即可满足产品产量的要求(原先运行3台CO2压缩机)。上述2项技术改造实施后，使吨尿素电耗降低了30 kW·h，节能效果明显。

4.2 合成循环水泵节能改造

原有合成循环水泵选用标准型号水泵，与整个系统的匹配性存在差异，水泵偏离最佳工况范围运行，再加上长期运行后动静间隙增大、容积损失增加，造成效率偏低。为此，田悦化肥分公司采用合同能源管理模式，在满足工艺要求和不影响系统正常经济运行的前提下，更换为节能高效水泵，提高了水泵效率，通过降低水泵进口压力，保证母管流量和母管压力不变来实现节能。改造后，年可节电1.4×106kW·h，节能效果明显。

5 结语

田悦化肥分公司通过加强能源管理、积极技术改造，生产成本不断降低，企业抗风险能力逐步增强。因此，尿素生产企业应严格按照“高效转化、清洁利用”的指导思想，从提高技术水平出发，提高资源综合利用效率，减少废弃物排放，努力实现能源的清洁高效利用。

2016- 09- 25)