合成氨工藝污水廢熱在集中供熱中的應用

米雪鋒

(河北陽煤正元化工集團有限公司，河北石家莊 050061)

1 概述

靈壽縣城區冬季民用建筑采暖和工業用熱原以小型分散燃煤鍋爐房或小煤火爐的分散供熱方式為主，此供熱方式嚴重污染了靈壽縣城區的大氣環境。此外，分散供熱耗煤量大，產生的塵渣多，也是污染環境的主要因素。隨著國家對環境保護的日益重視，有效地控制SO2的污染已成為國家規劃的一部分。減少SO2排放量，控制大氣污染，提高環境質量，是目前及未來長時期內我國環境保護的重要課題[1-2]。基于以上原因，石家莊正元化肥選用了造氣污水廢熱、尿素系統高溫脫鹽水熱量、利用發電汽機凝汽器熱量做熱源分三期改造。經過實際論證和改造，項目一期供熱工程于2014年11月15日正式投運，二期工程于2015年10月投運，三期工程于2016年11月投運，實現供熱面積2 000 000 m2，為靈壽縣民生工程做出了重大貢獻。

2 工藝原理

2.1 造氣廢熱利用

利用造氣75 ℃左右的污水抽真空產生蒸汽，以換熱器對供暖用水進行加熱，造氣污水返回造氣系統，閃蒸汽冷凝液送入循環水或造氣污水系統，供暖用水溫度不足時用低壓蒸汽進行加熱，蒸汽冷凝液送回鍋爐除氧器。

項目采用了10臺直熱機組，利用水在真空狀態下沸點降低的特性，以極小的能耗在蒸發器內制造出真空環境，使50 ℃以上的工業廢水無需二次加熱，直接生成大量接近廢水初始溫度的負壓蒸汽，攜帶大量的汽化潛熱給供暖水加熱。直熱機組的蒸發器與冷凝器分開，高低溫多級純逆流換熱，傳熱效率大幅度提高，使冷凝器出口溫度接近蒸發器出口溫度，工業廢水無需經過其他處理就能夠進行直接換熱，減少了中間換熱環節，降低了能耗，提高了換熱效率[3]。

2.1.1 工藝流程簡述

造氣污水由熱源泵送入直熱機蒸發器，由蒸發器水泵將污水返回造氣系統。供熱用戶回水由供熱循環泵增壓后打入直熱機板式換熱器，與蒸發器產生的蒸汽進行換熱后溫度不足，經低壓蒸汽進行加熱后送供暖用戶使用。補水由深井泵經過軟水處理后補入供熱循環泵進口。汽水換熱器低壓蒸汽來自造氣，換熱后冷凝液送入吹風氣鍋爐除氧器。

2.1.2 方塊流程圖

方塊流程圖見圖1。

圖1 方塊流程圖

2.2 尿素系統高溫脫鹽水余熱

(1)原流程

制冷機組利用尿素系統高溫脫鹽水熱量制造低溫水，用于合成氨系統氣體降溫。

(2)改造后流程

尿素系統高溫脫鹽水熱量和供暖水進行間接換熱，供暖水溫度提高，同時尿素系統脫鹽水實現自循環閉路運行。制冷機組利用尿素系統高溫脫鹽水熱量制造低溫水，供合成氨系統氣體降溫。

2.3 發電汽機凝汽器余熱利用

(1)原流程

發電汽機凝汽器余熱利用原流程見圖2。

圖2 原流程

汽機發電后的乏汽進入凝汽器，用循環水降溫，熱水帶壓進入涼水塔，冷卻降溫后，涼水由循環水泵加壓送至凝汽器，在凝汽器中對汽機產生的乏汽進行冷卻，使乏汽冷凝成水。

(2)改造后流程

發電汽機凝汽器余熱利用改造后流程見圖3。

圖3 改造后流程

汽機發電后的乏汽進入凝汽器，用循環水降溫，熱水進入集中供熱系統，給用戶提供熱源后，涼水進入凝汽器進行換熱。將汽機產生的乏汽進行冷卻，使乏汽冷凝成水。

3 調試過程中存在的問題及改造措施

(1)存在的問題

供熱水中含有氨氮，造成用戶閥門、熱水器腐蝕。

(2) 原因及改造措施

造氣污水廢熱供暖初期，抽真空產生的閃蒸冷凝液補入到供暖水系統，部分用戶反映銅閥門、熱水器有輕微腐蝕，公司接到反映后立即查找原因，發現供暖水中含有氨氮，含氨水與銅離子形成銅氨絡離子，造成閥門、換熱器腐蝕。經分析，氨氮來源于造氣廢水閃蒸產生的冷凝液，立即閃蒸冷凝液，并對供熱水進行置換，置換后運行平穩。

4 效益及社會影響

5 結語

合成氨工藝廢熱利用不僅降低了能耗，而且每年節約燃煤約13 846 t。同時減少了SO2排放對大氣造成的嚴重污染，為減少霧霾、營造碧水藍天、改善人類生活環境做出了貢獻[4]。