節能降耗技術在尿素裝置的運用

韓志勇

（北大荒農業股份浩良河化肥分公司，黑龍江伊春 153103）

我公司現有兩套水溶液全循環法尿素裝置，年總產量已達30多萬噸。為降低尿素生產成本，我們不斷進行節能降耗的技術改造工作，取得了良好的經濟效益。現對有關的節能改造措施進行總結。

1 尿素合成塔采用WWS等溫內件

我公司原尿塔內件是傳統的多孔篩板。隨著尿素生產能力的提高，物料在合成塔內的停留時間減少，二氧化碳轉化率降低。轉化率每降低1%，尿素生產中的甲銨液循環量就增加4.5%，使循環系統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化率。為此，我們在改造中對已有尿素合成塔進行更新的同時（考慮到已超使用年限，給安全生產帶來隱患），也對尿素合成塔內件進行改造。合成塔內件采用WWS等溫內件及高效球帽型塔盤，使二氧化碳轉化率提高2%～4%。噸尿汽耗保證在1 200kg。

2 采用預分離－預蒸餾工藝

2.1 增設預分離器

原流程無預分離器，一分塔分解負荷重、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荷，提高熱利用段的換熱效果，進一步降低能耗，采用預分離－預蒸餾工藝進行改造。新增一臺φ1 400mm的預分離器，把預分離氣直接接至一吸外冷器進口處，使進入蒸發預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，減少一段蒸發加熱器蒸汽用量。并有效減輕一分塔的負荷。

2.2 預蒸餾塔改造

1＃系統原一分塔為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，由于該結構分離效果較差，操作彈性小，不能滿足擴能需要。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。預蒸餾塔與一分塔分離器合為一個整體。同時，F175m2的一分加由于泄漏而堵管嚴重，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。預蒸餾塔內件采用DL－Ⅱ塔盤，提高傳質傳熱效果。

2.3 增設一吸外冷器

原流程無一吸外冷器，所有CO2吸收須在一吸塔鼓泡段內完成，造成一吸塔負荷重，操作彈性小，一吸塔頂、底回流氨用量大，消耗也相應增加。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軟水循環泵，冷卻水閉路循環，以滿足日產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入循環軟水系統使用。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，為回收甲銨的反應熱，我們將家屬區的采暖水送入一吸塔的板式軟水冷卻器，用生成甲銨的反應熱來加熱采暖水。改造當年節能效益為138萬元，此后每年節能效益為276萬元。

3 增設降膜式閃蒸預濃縮器

現有尿素廠家在蒸發改造過程中一般都采用“三段蒸發流程”，即閃蒸槽按照二段蒸發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加熱器的負荷，但卻不利于降低蒸發系統蒸汽的消耗。物料在1.8MPa壓力，現有H2O／CO2、NH3／CO2條件下，一段蒸發器熱能回收段殼側物料的冷凝溫度為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，提高了進一段蒸發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，降低了一段蒸發加熱器熱利用段的效率，熱利用段回收的甲銨反應熱將會減少，多余熱量就會轉嫁到一吸外冷器中，增加外冷器負荷，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濃縮器工藝，新增1臺φ2 000mm、F 250m2的真空預濃縮器，取代閃蒸槽。該濃縮器為新型降膜式蒸發器，由二分塔過來的尿液經尿液過濾器后進入真空預濃縮器上部分離段，氣液在此分離，液體經液體分布器均勻分配到每根換熱管中；管外為來自預蒸餾塔的氣體和來自二甲泵的二甲液，利用其反應熱，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荷，降低蒸汽消耗。

為進一步提高一段蒸發預濃縮器熱利用效率，降低蒸汽消耗，本次改造在閃蒸熱利用段二甲液進口管上增設新型高效霧化噴頭，使預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程度，提升了熱利用效率。

4 2臺4D12E型二氧化碳壓縮機的改造

我公司2＃尿素系統有2臺上海大隆機械廠生產的4D12E型二氧化碳壓縮機和1臺沈陽氣體壓縮機廠生產的4M12型二氧化碳壓縮機，隨著尿素生產負荷的提高，開2臺4D12E型二氧化碳壓縮機不能滿足生產的需要，需要增開1臺4M12型二氧化碳壓縮機，才能使尿素生產能力與合成氨生產能力相匹配，而開3臺二氧化碳壓縮機又不經濟，造成尿素電耗偏高。另外，2臺4D12E型二氧化碳壓縮機存在5段缸徑偏小，使4段出現超壓，制約了壓縮機的打氣量；并且2臺4D12E型二氧化碳壓縮機部分附屬設備和管道布置、安裝不合理，造成壓縮機振動較大，3、4段氣閥頻繁損壞，倒機檢修次數過多，檢修費用過高。為此，我們對2臺4D12E型二氧化碳壓縮機進行改造，將5段氣缸由φ95mm擴到φ100mm，以解決4段超壓制約壓縮機打氣量的問題。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；增加管道支撐架數量和支撐強度等措施，以解決管道振動問題。通過改造，2臺4D12E型二氧化碳壓縮機打氣量比改造前增加1 760m3／h，滿足了尿素系統高負荷生產的需要，而且4段超壓等問題得到解決，設備運轉平穩。

5 增設尿素排放地下池

在每年一次的設備大檢修時，尿素系統都要進行熱洗置換后才能交付檢修。為回收尿素系統停車熱洗排放液中的氨和尿素，我們增設了容積為500m3的尿素排放地下池。系統檢修后再開車時，用水解解吸系統回收其中的氨和尿素。

6 氨泵增設變頻調速器

尿素2套系統共有6臺3W－A2型高壓液氨泵，每臺輸送液體量24m3／h。隨著生產負荷的不斷提高，實際生產中出現1＃尿素系統開2臺氨泵不夠用，開3臺又用不完，而2＃尿素系統開1臺氨泵不夠用，開2臺又用不完。由于進尿素合成塔的氨量采用氨泵出口G3調節閥打循環的方法調節，使部分液氨加壓到20.0MPa后又泄壓至1.7MPa后循環到液氨緩沖槽，造成動力浪費。為此，我們對氨泵安裝了變頻調速器，用改變氨泵電機轉速來調節氨泵的打量，以減少電耗。以2＃尿素系統時產19.2t尿素計算，開2＃、1＃2臺氨泵，2＃氨泵電機電流為230A，1＃氨泵電機電流為155A，而改造前2臺氨泵電機電流均為230A，改造后電流下降了75A；一年按生產300d計算，每年可節電200×103kW·h。且用改變氨泵電機轉速調節進尿素合成塔的氨量，操作方便、準確，有利于尿素合成塔NH3／CO2的控制和CO2轉化率的提高，給循環系統和蒸發系統的操作創造了有利條件。

7 蒸發系統采用水力循環噴射泵抽真空

為將尿液中的水分蒸出得到濃度為98.5%以上的濃尿液，蒸發系統采取在真空條件下操作。原設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。我們將蒸汽噴射器抽真空改為水力循環噴射泵抽真空后，原排入大氣的氣氨被循環液吸收，循環液氨濃度達到一定值后，被送到解吸系統回收其中的氨，達到回收原料和保護環境的目的。

8 氨預熱器改用冷凝液加熱

由氨泵加壓后的液氨經氨預熱器加熱到45℃后送入尿塔，氨預熱器原設計采用蒸汽膨脹槽內冷凝液產生的膨脹蒸汽加熱，而系統伴熱采用一次蒸汽經飽和器減壓后的蒸汽。為節省一次蒸汽的用量，降低蒸汽消耗，我們將氨預熱器改用冷凝液加熱，膨脹蒸汽全部用于系統伴熱，以減少設備、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的一次蒸汽，經各加熱器利用后形成冷凝液進入膨脹槽，產生0.3MPa的二次蒸汽，此蒸汽除用于本車間系統保溫和冬季采暖外，其余排入大氣，造成蒸汽有效利用系數較低。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，以便節約高品質一次蒸汽，充分利用低品質的二次蒸汽，達到降低能耗的目的。

10 取消氨泵、一甲泵循環油箱

尿素生產用的一甲泵、氨泵潤滑油系統原設有循環油箱，循環油經油泵加壓進入油冷卻器，再去曲軸箱潤滑各轉動部件后回到循環油箱，循環油再經循環油泵加壓后循環使用。取消循環油箱后，曲軸箱潤滑油直接經循環油泵加壓后循環使用。這樣，每臺設備每年可少用循環油360kg，6臺設備可節約循環油2 160kg。

11 一甲泵改液力變矩器為變頻調速器

尿素2套系統共有6臺3DJ－12／22－Q型高壓一甲泵，每臺輸送液體量12m3／h。進尿素合成塔的一甲液量原采用液力變矩器調節。液力變矩器是由泵輪軸、泵輪、渦輪、側體、導輪、進油殼和可轉導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保養頻繁、費用高，運行周期短，而且該設備結構特別復雜，檢修難度大，零部件磨損日益嚴重。我們根據生產情況和能源消耗情況，決定將一甲泵的液力變矩器取消，改為變頻調速器，用變頻器來調節電機轉速，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生產負荷的大小及一吸塔液位的高低精確調節進尿素合成塔的一甲液量。

12 結 語

浩化公司尿素系統通過采用先進的節能措施，對設備進行技術改造，并改進生產工藝，提高了能源的利用效率和水平，尿素生產的各項消耗都有較大的降低，提升了企業的經濟效益。為進一步降低能耗，我們將預蒸餾塔氣體和二甲液只進真空預濃縮器改為預蒸餾塔氣體和二甲液各自分兩路并聯進入真空預濃縮器（F250m2）和一段蒸發加熱器熱利用段（F124m2），以充分回收利用生成甲銨的反應熱。其他節能改造工作也將于2011年設備大檢修期間進行。