張靜忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

硝酸和硝酸銨裝置節(jié)能改造與工藝優(yōu)化

張靜忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

分析了現(xiàn)有硝酸和硝酸銨裝置生產(chǎn)消耗情況，介紹了硝酸和硝酸銨裝置所采取的節(jié)能降耗改造和工藝優(yōu)化措施。改造后，硝酸和硝酸銨裝置運(yùn)行消耗明顯下降，大幅降低了生產(chǎn)成本。

硝酸；硝酸銨；改造

隨著國(guó)內(nèi)硝酸工業(yè)的快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度的減緩，我國(guó)硝酸和硝酸銨產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，安徽淮化股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)安徽淮化公司)的產(chǎn)品市場(chǎng)占有率和銷(xiāo)售情況均出現(xiàn)明顯下滑，裝置最大負(fù)荷僅為產(chǎn)能的80%。為了降低生產(chǎn)成本，近年來(lái)安徽淮化公司加大了節(jié)能改造力度，全面優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，裝置的運(yùn)行消耗明顯降低，累計(jì)年增加效益超過(guò)2 000萬(wàn)元。

安徽淮化公司現(xiàn)有硝酸和硝銨裝置噸產(chǎn)品生產(chǎn)消耗情況見(jiàn)表1。

表1 安徽淮化公司現(xiàn)有硝酸和硝酸銨裝置噸產(chǎn)品生產(chǎn)消耗情況

裝置氨耗/t電耗/(kW·h)清水/t清水電耗/(kW·h)鉑耗/mg脫鹽水/t蒸汽/t硝酸/t硝酸鎂/kg液堿/kg氧氣/kg902t/d稀硝酸0.284151.9533.6721.45-0.43450t/d稀硝酸0.309456.67102.51101.100.25132間接法濃硝酸172.5055.0少量2.251.0501.6722直接法濃硝酸0.3101256.6795.0681.35-0.40少量多孔硝酸銨0.218150.7012.0少量0.230.791中和法硝酸銨0.229120.6025.7少量0.720.796

1 硝酸和硝酸銨裝置的節(jié)能降耗改造

1.1 循環(huán)水裝置節(jié)能改造

該項(xiàng)改造包括404和480循環(huán)水裝置，改造采用合同能源管理模式，由節(jié)能服務(wù)公司提供水泵設(shè)備、技術(shù)服務(wù)和安裝施工。

404循環(huán)水裝置4臺(tái)20Sh- 9A型水泵的額定流量1 910 m3/h、功率380 kW，其選型設(shè)計(jì)和管路工況等明顯落后，泵運(yùn)行效率較低。改造后，對(duì)水泵相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，全部達(dá)到改造前的母管壓力，循環(huán)水溫差>6 ℃，符合生產(chǎn)要求，泵實(shí)際運(yùn)行功率明顯下降，有效功率大幅提升。4臺(tái)泵可節(jié)電約527.3 kW，按年生產(chǎn)時(shí)間350 d計(jì)，年節(jié)電量4.40×106kW·h。

480循環(huán)水裝置為3套間接法濃硝酸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)間硝)裝置供水，共有3臺(tái)28SAP- 10J型水泵，功率710 kW。由于設(shè)計(jì)、選型等原因，水泵始終無(wú)法在最佳運(yùn)行工況下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、溫度高、檢修和維護(hù)工作量較大。改造后，泵運(yùn)行功率累計(jì)降低245 kW，年節(jié)電量2.05×106kW·h。目前，間硝裝置供水溫度和壓力正常，水泵和電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)測(cè)電機(jī)溫度低于50 ℃，水泵和電機(jī)檢修率明顯下降。

1.2 480及403G循環(huán)水裝置優(yōu)化改造

480循環(huán)水裝置供水量8 000 m3/h，原設(shè)計(jì)為315和400稀硝酸裝置以及2套間硝裝置供水；403G循環(huán)水裝置的2臺(tái)水泵為450稀硝酸裝置和1套間硝裝置供水，電機(jī)功率630 kW。因315稀硝酸裝置已拆遷，480循環(huán)水裝置的循環(huán)水供應(yīng)量出現(xiàn)富余；450稀硝酸裝置間歇運(yùn)行，403G循環(huán)水裝置開(kāi)2臺(tái)泵，其循環(huán)水長(zhǎng)時(shí)間僅供1套間硝裝置使用，造成能量浪費(fèi)。為此，將480循環(huán)水裝置地下管線(xiàn)與另一套間硝裝置連通，403G循環(huán)水裝置僅為450稀硝酸裝置供水，根據(jù)450稀硝酸裝置運(yùn)行情況確定運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。改造后，3套間硝裝置采用無(wú)壓回水，所有循環(huán)水裝置統(tǒng)一管理和調(diào)節(jié)水量平衡，基本消除了480循環(huán)水裝置供水富余問(wèn)題。403G循環(huán)水裝置間歇運(yùn)行，節(jié)電1 000 kW以上，年節(jié)電4.20×106kW·h(運(yùn)行時(shí)間約半年)。

1.3 間硝裝置冷凝液熱能回收

2套間硝裝置蒸汽冷凝液壓力約為0.5 MPa(另一套間硝裝置單獨(dú)運(yùn)行，其蒸汽冷凝液壓力為0.3 MPa)、溫度為150 ℃，在滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生的蒸汽冷凝液量約為40 t/h，被送往熱電除氧器。因蒸汽冷凝液溫度高、輸送距離遠(yuǎn)，臨近除氧器時(shí)壓力低，發(fā)生蒸汽閃蒸，造成管道因振動(dòng)而易泄漏，檢修頻繁，加上熱能未能合理利用，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。本次改造利用外送管線(xiàn)經(jīng)902稀硝酸裝置的有利條件，在902稀硝酸裝置附近增設(shè)1臺(tái)換熱器，將機(jī)組冷凝液引入換熱器內(nèi)與間硝裝置的蒸汽冷凝液進(jìn)行換熱，既回收了熱能并降低外送冷凝液溫度，又減少了902稀硝酸裝置除氧器的蒸汽消耗。換熱后，機(jī)組冷凝液溫度由40 ℃上升至90 ℃，間硝裝置蒸汽冷凝液溫度由130 ℃降至100 ℃以下。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，保證一定的熱力除氧蒸汽量，控制回除氧器冷凝液溫度在90 ℃以下，除氧器壓力為0.041 MPa、溫度為103 ℃，蒸汽閥閥位9.5%。改造后，節(jié)省蒸汽1.5 t/h，年節(jié)約蒸汽12 kt；冷凝液管線(xiàn)振動(dòng)減輕，管線(xiàn)頻繁泄漏的現(xiàn)象得以消除，降低了檢修費(fèi)用。

1.4 多孔硝酸銨裝置新增快捷皮帶輸送機(jī)

多孔硝酸銨裝置造粒后干線(xiàn)設(shè)備多達(dá)十幾臺(tái)，硝酸銨顆粒經(jīng)塔底U301，U401和U407皮帶輸送機(jī)送至U404斗提機(jī)，然后送至流化床降溫后經(jīng)U405皮帶輸送機(jī)進(jìn)入包裹滾筒P402，再經(jīng)U406皮帶輸送機(jī)送至棧橋大皮帶輸送機(jī)。在硝酸銨顆粒輸送過(guò)程中，還需運(yùn)行2臺(tái)流化床鼓風(fēng)機(jī)、2臺(tái)流化床引風(fēng)機(jī)及1臺(tái)干燥引風(fēng)機(jī)等設(shè)備。增加快捷皮帶輸送機(jī)U408和U409后，可避開(kāi)上述干線(xiàn)上的設(shè)備，在干線(xiàn)上的某臺(tái)設(shè)備檢修時(shí)，避免造成全線(xiàn)停車(chē)。扣除新增皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行電耗，技改后節(jié)電732.5 kW，按年運(yùn)行7 200 h計(jì)，則年最大節(jié)電量5.27×106kW·h。

該技改不僅可降低硝酸銨生產(chǎn)成本、優(yōu)化工藝流程，且可減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并減少非計(jì)劃性停車(chē)的可能。改造后，傳動(dòng)設(shè)備的備品備件消耗減少；新增1條產(chǎn)品輸送線(xiàn)，可保證生產(chǎn)工業(yè)硝酸銨時(shí)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。硝酸和硝酸銨裝置主要節(jié)能降耗技術(shù)改造綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表2。

2 工藝優(yōu)化措施

2.1 老硝酸銨裝置清污分流

老硝酸銨裝置采用中和法生產(chǎn)工藝，其中和段和蒸發(fā)段氣相每小時(shí)產(chǎn)生廢水約20 t。安徽淮化公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整后，老硝酸銨裝置生產(chǎn)負(fù)荷提高至150 kt/a左右，廢水量增至25 t/h，廢水中硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%～0.5%，超標(biāo)嚴(yán)重。本次改造新增2臺(tái)工藝廢液儲(chǔ)槽(A/B槽)、1臺(tái)冷凝器和2臺(tái)冷凝液泵；中和段氣相增設(shè)高效除霧器，用于分離氣相中高濃度的硝酸銨；蒸發(fā)段增設(shè)分離器，用于分離蒸汽氣相中夾帶的少量硝酸銨。高效除霧器和分離器分離后的含少量硝酸銨(質(zhì)量濃度<300 mg/L)的氣相冷凝后送至工藝廢液儲(chǔ)槽A，工藝?yán)淠汗芫€(xiàn)插入槽底部，以維持蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)壓操作的要求，A槽內(nèi)冷凝液溢流至B槽。正常生產(chǎn)時(shí)，B槽工藝廢液通過(guò)冷凝液泵送至換熱器換熱，溫度降至50 ℃以下后送至多孔硝酸銨裝置的電滲析廢水處理系統(tǒng)(原設(shè)計(jì)有30 t/h以上的余量，可滿(mǎn)足廢水處理需要)，處理后合格的工藝廢液(氨氮質(zhì)量濃度低于10 mg/L，溫度低于30 ℃)作為循環(huán)水的補(bǔ)水，基本沒(méi)有廢水外排。電滲析廢水處理系統(tǒng)回收的氨氮送至多孔硝酸銨裝置，最終轉(zhuǎn)化為硝酸銨產(chǎn)品。

表2 硝酸和硝酸銨裝置主要節(jié)能降耗技術(shù)改造綜合評(píng)價(jià)

技改項(xiàng)目完成時(shí)間投資/萬(wàn)元年效益/萬(wàn)元年節(jié)能情況折煤/t綜合評(píng)價(jià)循環(huán)水裝置優(yōu)化2013-08311894.20×106kW·h5161)供水優(yōu)化,停運(yùn)2臺(tái)水泵,便于管理增加快捷皮帶輸送機(jī)2013-09422375.27×106kW·h648 增加操作彈性,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,減少檢修和設(shè)備維護(hù)循環(huán)水裝置節(jié)能改造2014-032)合同能源管理2906.45×106kW·h792 減少檢修和設(shè)備維護(hù),優(yōu)化循環(huán)水工藝,大幅降低電耗間硝裝置熱能回收2014-032514412kt蒸汽11283)減少管線(xiàn)振動(dòng),降低檢修費(fèi)用合計(jì)9886031844)

注：1)電折煤系數(shù)取0.122 9 kg/(kW·h)； 2)404循環(huán)水裝置4臺(tái)水泵于2012年9月完成改造； 3)0.3 MPa蒸汽折煤系數(shù)取0.094 t/t； 4)折煤系數(shù)包括水、電和汽，其他未統(tǒng)計(jì)

通過(guò)改造，既提高了經(jīng)濟(jì)效益，又降低了排放廢水的氨氮含量和熱污染，達(dá)到了減排的良好效果。按廢水中硝酸銨平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.35%計(jì)，年可回收硝酸銨產(chǎn)品700 t和工藝?yán)淠?00 kt。

2.2 間硝裝置減溫水改造

間硝裝置設(shè)計(jì)使用的加熱蒸汽為1.1 MPa，193 ℃的飽和蒸汽，而安徽淮化公司沒(méi)有該壓力等級(jí)和溫度的蒸汽，多年來(lái)一直使用280～330 ℃的過(guò)熱蒸汽。長(zhǎng)期使用后發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的蒸汽溫度加上硝酸的強(qiáng)腐蝕性，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命短、檢修頻繁，新的硝酸鎂加熱器僅投用1～2個(gè)月就出現(xiàn)管板和列管泄漏，整臺(tái)設(shè)備的使用壽命僅1年左右。本次改造時(shí)，將1臺(tái)容積約7.5 m3的舊儲(chǔ)罐改作脫鹽水儲(chǔ)罐，利用2臺(tái)庫(kù)存的熱水泵，并新增2只減溫水控制閥。改造后，蒸汽溫度降低至200 ℃，新硝酸鎂加熱器投運(yùn)半年多未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。單臺(tái)硝酸鎂加熱器制造成本約70萬(wàn)元，間硝裝置共有12臺(tái)硝酸鎂加熱器，按使用壽命3年(最長(zhǎng)可達(dá)5年)計(jì)，則每年節(jié)省設(shè)備制造成本近500萬(wàn)元，且設(shè)備泄漏檢修和停車(chē)造成的損失等費(fèi)用明顯下降。

2.3 硝酸銨廢料回收裝置

由于工藝的特殊性，生產(chǎn)多孔硝酸銨時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的結(jié)塊和地腳硝酸銨。由于未改性的硝酸銨產(chǎn)品不能作為肥料使用，大量結(jié)塊硝酸銨的回收成為多孔硝酸銨生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。為此，在硝酸銨U301皮帶輸送機(jī)下增設(shè)固體硝酸銨擋板、收集槽、硝酸銨溶解槽和回收泵等設(shè)備，從造粒塔皮帶輸送機(jī)掉落的結(jié)塊硝酸銨直接進(jìn)入收集槽，加水溶解后排入硝酸銨溶解槽；干線(xiàn)的粉塵硝酸銨、塊狀硝酸銨以及包裝工序的地腳硝酸銨等分批加入溶解槽，經(jīng)回收泵返回硝酸銨濕線(xiàn)系統(tǒng)重新造粒。經(jīng)初步估算，改造后年可回收硝酸銨約500 t，而且有效解決了U301和U401皮帶輸送機(jī)、滾筒及流化床等干線(xiàn)設(shè)備因塊狀硝酸銨堵塞造成的停運(yùn)現(xiàn)象，為裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保障。

2.4 鎂尾水回吸收塔

將開(kāi)工酸槽改作鎂尾水貯槽，增加2臺(tái)鎂尾水泵作為吸收塔加水泵；鎂尾水泵出口管線(xiàn)連接至現(xiàn)有脫鹽水泵出口管線(xiàn)，另增加一路管線(xiàn)至開(kāi)工酸泵出口；分別在吸收塔第6、第14和第24層塔板處設(shè)置開(kāi)工酸泵進(jìn)口。根據(jù)鎂尾水濃度控制不同塔板加酸量，塔頂一般加入少量脫鹽水以控制尾氣中氧化氮含量及產(chǎn)品質(zhì)量。本次改造利用現(xiàn)有鎂尾水輸送管線(xiàn)，投資少、改造簡(jiǎn)單。改造后一次試車(chē)成功，尾氣中氧化氮體積分?jǐn)?shù)<100×10-6，鎂尾水用量超過(guò)10 t/h。鎂尾水引入稀硝酸裝置后，按年運(yùn)行時(shí)間300 d計(jì)，年可消化鎂尾水80 kt，回收硝酸4 000 t；按NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%計(jì)，年可減少液堿消耗8 000 t。鎂尾水回吸收塔后，噸酸堿耗由80 kg下降至22 kg，年節(jié)省脫鹽水100 kt。主要工藝優(yōu)化技術(shù)改造綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。

表3 主要工藝優(yōu)化改造綜合評(píng)價(jià)

項(xiàng) 目完成時(shí)間投資/萬(wàn)元年效益/萬(wàn)元綜合評(píng)價(jià)硝酸銨廢料回收2013-033360年回收硝酸銨500t,有利于裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行鎂尾水回吸收塔2013-09301100 年回收硝酸4000t,減少液堿消耗8000t,節(jié)省脫鹽水100kt,年增加效益1100萬(wàn)元,環(huán)保減排間硝減溫水2013-12利舊+5500延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,減少檢修和設(shè)備維護(hù)工作量,保障裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行硝酸銨清污分流2014-02利舊+13599年回收硝酸銨700t、工藝?yán)淠?00kt,環(huán)保減排合計(jì)2031759

3 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)日益嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，只有不斷進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)改造、加大節(jié)能改造力度，才能適應(yīng)市場(chǎng)要求。安徽淮化公司將在降低噸硝酸汽耗、直接法濃硝酸裝置冰機(jī)改造和環(huán)保治理等方面進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)改造，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

Energy-Saving Renovation of Nitric Acid and Ammonium Nitrate Unit and Process Optimization

ZHANG Jingzhong

(Anhui Huainan Chemical Group Co., Ltd., Huainan 232038, China)

The production consumption situation of current nitric acid and ammonia nitrate unit is analyzed, the measures taken of energy-saving renovation of the nitric acid unit and the ammonia nitrate unit and process optimization are introduced. After the revamp, operation consumption of the nitric acid unit and the ammonia nitrate unit is decreased significantly, production cost is reduced greatly.

nitric acid ammonium nitrate renovation

張靜忠(1974—)，男，工程師，從事生產(chǎn)管理和技術(shù)改造工作；jingzhong0913@126.com

TQ111.26；TQ441.29

B

1006- 7779(2017)01- 0049- 04

2014- 08- 14)