尿素系統工藝廢熱的回收利用

劉俊山

(河北正元化工工程設計有限公司河北石家莊050061)

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尿素系統工藝廢熱的回收利用

劉俊山

(河北正元化工工程設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國，并且實現了氮肥自給，對農業增產、農民增收起到了重要作用；然而，氮肥工業是耗能大戶，也是用水大戶，我國氮肥工業面臨著資源和環境的雙重壓力。因此，資源的高效利用和環境保護一直是氮肥工業的重要研究課題。近些年，國家對氮肥企業的優惠政策逐漸取消，工業用電價格上漲，化肥產品市場低迷，不降低消耗和生產成本，企業就不可能有發展的競爭力，應按照“減量化、再利用、資源化”的原則，切實使氮肥生產實現增長方式的根本轉變，即按照循環經濟的理念，走低投入、高產出、少排污、可循環的發展道路，才能提高氮肥生產的技術水平和經濟效益。現就石家莊正元化肥有限公司(以下簡稱正元化肥公司)年產180 kt 合成氨和300 kt尿素裝置高調水廢熱的回收利用項目進行討論。

1 生產現狀

正元化肥公司年產300 kt尿素裝置生產過程中，高調水系統工藝廢熱用循環水冷卻，同時該系統還有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。

合成氨生產過程中高品質的反應熱通過工藝物料預熱和副產蒸汽和熱水的形式大部分回收利用，低品質的反應熱大多企業用冷卻水帶走，此部分熱量可尋找一種余熱制冷技術——熱水型溴化鋰吸收式冷水機組回收利用，制得低溫冷水，用于降低煤氣壓縮一段進口溫度或代替部分氨冰機制冷負荷，以達到節能降耗的目的，能提高企業的市場競爭力。

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。吸收式制冷能源利用范圍廣(余熱、廢熱、排熱)，可大量節約能源。吸收式制冷比以電能為動力的冰機可明顯節約電耗。在具有廢氣和廢熱水可利用的企業中，生產過程又需要低溫時，推廣此種技術有著重要的意義。因此，很適宜于合成氨、石油化工一類的生產企業使用。

溴化鋰吸收式制冷是以蒸汽、燃氣、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，用于生產工藝過程。其工作原理：基于溴化鋰水溶液具有在常溫下強烈吸收水蒸氣，而在高溫下又能將其所吸收的水分釋放出來；同時，水在真空狀態下蒸發時，具有較低蒸發溫度的特性。

2.2 吸收式制冷的特點

(1)機組使用的主要能源有蒸汽、熱水、燃油或燃氣，耗電設備僅是機組附帶的冷劑泵、溶液泵等，故耗電量很少。

(2)在熱、電、冷聯產系統中，在能量的梯級利用中充分利用了低位能量，使整個系統的能效提高至75%左右。

(3)在環保方面，溴化鋰吸收式制冷機組大大優于電動冷水機組，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)與電動冷水機組比較，溴化理吸收式制冷機組具有體積大、質量大、腐蝕性強、氣密性要求高等特點。

3 尿素廢熱回收利用方案

3.1 尿素生產的工藝廢熱回收

現有尿素生產工藝中，利用高調水帶走高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產生的熱量，經熱水循環泵加壓后去水冷卻器，降溫后返回高壓洗滌器循環。工藝操作指標為：高調水流量205 m3/h，進、出高壓洗滌器高調水溫度分別為110 ℃和130 ℃。根據工藝操作指標，高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產生17.16 GJ/h的熱量。現生產工藝中，此部分熱量利用尿素循環水帶走，若循環水按溫差8 ℃計，需壓力為0.5 MPa的循環水流量在500 m3/h左右。

溴化鋰吸收式制冷技術利用高壓洗滌器的甲銨吸收冷凝產生17.16 GJ/h的熱量作為溴化鋰制冷的加熱動力，節約了溴化鋰制冷熱源動力消耗，同時將尿素高調水的熱量帶走，又節約了該部分冷卻需要的循環水，廢熱回收利用起到了雙重節能降耗的效果。

3.2 冷量的合理利用

根據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一段進口溫度，降低一段進口半水煤氣中的含水量，提高壓縮機的氣體質量流量，可實現節能增產的效果；②冷卻脫碳后凈化氣，可提高壓縮機三段進口打氣量，提高壓縮效率；③冷卻合成循環氣，可降低進氨冷前合成循環氣溫度，并且可減少氨冰機的制冷負荷。合成氨生產中需要的冷量較大，溴化鋰制冷技術方案產生的冷量約為12.56 GJ/h，主要用于降低氨合成系統氨冷前合成循環氣溫度，減少氨冰機的制冷負荷；夏季，可降低半水煤氣壓縮機一段進口溫度，實現增產降耗。在生產中可根據生產實際情況將冷量合理分配利用，以實現節能、增產、降耗的效果。

3.3 設備選型

溴化鋰廢熱制冷項目主要設備參數見表1。

表1 溴化鋰廢熱制冷項目主要設備參數

溴化鋰廢熱制冷項目綜合能耗：溴化鋰機組用循環水量為860 t/h，其每小時電耗為 155 kW·h；溴化鋰機組、冷水泵、熱水泵每小時用電173.25 kW·h；冷水取代氨冰機每小時用電1 100 kW·h；按8 ℃溫差計，減少氨冰機和尿素用循環水量均為500 t/h，其每小時電耗均為90 kW·h。由此可見，本項目實施后，每小時節電951.75 kW·h，按電價0.42元/(kW·h)、年運行時間330 d、折標煤系數0.122 9 kg/(kW·h)計，則年節約用電7.54×106kW·h，折合標煤926.4 t，年節電費用約為316.6萬元。本項目總投資550萬元，即投資回收期為21個月。

4 結語

近幾年合成氨市場價格低迷，給一些中、小型化肥企業帶來了前所未有的生存壓力。由于氨和尿素產品價格不穩定，市場競爭越來越激烈，提高產品質量、降低成本勢在必行。本項目采用先進的工藝廢熱回收制冷技術，在符合國家推行的節能降耗、減少環境污染政策的同時，降低了產品的單位成本，提高了企業的市場競爭力。

2016- 05- 11)