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(dá)30多萬噸。為降低尿素生產(chǎn)成本，我們不斷進(jìn)行節(jié)能降耗的技術(shù)改造工作，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)對有關(guān)的節(jié)能改造措施進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yù)分離－預(yù)蒸餾工藝

2.1 增設(shè)預(yù)分離器

原流程無預(yù)分離器，一分塔分解負(fù)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(fù)荷，提高熱利用段的換熱效果，進(jìn)一步降低能耗，采用預(yù)分離－預(yù)蒸餾工藝進(jìn)行改造。新增一臺φ1 400mm的預(yù)分離器，把預(yù)分離氣直接接至一吸外冷器進(jìn)口處，使進(jìn)入蒸發(fā)預(yù)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(fù)荷。

2.2 預(yù)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(kuò)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(yù)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(yán)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(yù)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(shè)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(fù)荷重，操作彈性小，一吸塔頂、底回流氨用量大，消耗也相應(yīng)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(bǔ)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(yīng)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(yīng)熱來加熱采暖水。改造當(dāng)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(shè)降膜式閃蒸預(yù)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(fù)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(jìn)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(yīng)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(fù)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(yù)濃縮器工藝，新增1臺φ2 000mm、F 250m2的真空預(yù)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(jìn)入真空預(yù)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(yù)蒸餾塔的氣體和來自二甲泵的二甲液，利用其反應(yīng)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(fù)荷，降低蒸汽消耗。

為進(jìn)一步提高一段蒸發(fā)預(yù)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(jìn)口管上增設(shè)新型高效霧化噴頭，使預(yù)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(yīng)程度，提升了熱利用效率。

4 2臺4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)的改造

我公司2＃尿素系統(tǒng)有2臺上海大隆機(jī)械廠生產(chǎn)的4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)和1臺沈陽氣體壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的4M12型二氧化碳壓縮機(jī)，隨著尿素生產(chǎn)負(fù)荷的提高，開2臺4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)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(jī)，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(jī)又不經(jīng)濟(jì)，造成尿素電耗偏高。另外，2臺4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)存在5段缸徑偏小，使4段出現(xiàn)超壓，制約了壓縮機(jī)的打氣量；并且2臺4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)部分附屬設(shè)備和管道布置、安裝不合理，造成壓縮機(jī)振動較大，3、4段氣閥頻繁損壞，倒機(jī)檢修次數(shù)過多，檢修費(fèi)用過高。為此，我們對2臺4D12E型二氧化碳壓縮機(jī)進(jìn)行改造，將5段氣缸由φ95mm擴(kuò)到φ100mm，以解決4段超壓制約壓縮機(jī)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(qiáng)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(jī)打氣量比改造前增加1 760m3／h，滿足了尿素系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)的需要，而且4段超壓等問題得到解決，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

5 增設(shè)尿素排放地下池

在每年一次的設(shè)備大檢修時，尿素系統(tǒng)都要進(jìn)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(shè)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(shè)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(fù)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(jìn)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(fèi)。為此，我們對氨泵安裝了變頻調(diào)速器，用改變氨泵電機(jī)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(jī)電流為230A，1＃氨泵電機(jī)電流為155A，而改造前2臺氨泵電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進(jìn)尿素合成塔的氨量，操作方便、準(zhǔn)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(shè)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(fèi)。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(dá)到一定值后，被送到解吸系統(tǒng)回收其中的氨，達(dá)到回收原料和保護(hù)環(huán)境的目的。

8 氨預(yù)熱器改用冷凝液加熱

由氨泵加壓后的液氨經(jīng)氨預(yù)熱器加熱到45℃后送入尿塔，氨預(yù)熱器原設(shè)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(yù)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(shè)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(jìn)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(dá)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(shè)有循環(huán)油箱，循環(huán)油經(jīng)油泵加壓進(jìn)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(shè)備每年可少用循環(huán)油360kg，6臺設(shè)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(jìn)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(dǎo)輪、進(jìn)油殼和可轉(zhuǎn)導(dǎo)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(hù)保養(yǎng)頻繁、費(fèi)用高，運(yùn)行周期短，而且該設(shè)備結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，檢修難度大，零部件磨損日益嚴(yán)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(jī)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(fù)荷的大小及一吸塔液位的高低精確調(diào)節(jié)進(jìn)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(jìn)的節(jié)能措施，對設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，并改進(jìn)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(jì)效益。為進(jìn)一步降低能耗，我們將預(yù)蒸餾塔氣體和二甲液只進(jìn)真空預(yù)濃縮器改為預(yù)蒸餾塔氣體和二甲液各自分兩路并聯(lián)進(jìn)入真空預(yù)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(yīng)熱。其他節(jié)能改造工作也將于2011年設(shè)備大檢修期間進(jìn)行。