节能降耗技术在尿素装置的运用

韩志勇

（北大荒农业股份浩良河化肥分公司，黑龙江伊春 153103）

我公司现有两套水溶液全循环法尿素装置，年总产量已达30多万吨。为降低尿素生产成本，我们不断进行节能降耗的技术改造工作，取得了良好的经济效益。现对有关的节能改造措施进行总结。

1 尿素合成塔采用WWS等温内件

我公司原尿塔内件是传统的多孔筛板。随着尿素生产能力的提高，物料在合成塔内的停留时间减少，二氧化碳转化率降低。转化率每降低1%，尿素生产中的甲铵液循环量就增加4.5%，使循环系统一分塔加热器蒸汽用量增多。而一分加蒸汽用量占尿素生产蒸汽用量的60%。为降低蒸汽的消耗就必须提高合成塔二氧化碳转化率。为此，我们在改造中对已有尿素合成塔进行更新的同时（考虑到已超使用年限，给安全生产带来隐患），也对尿素合成塔内件进行改造。合成塔内件采用WWS等温内件及高效球帽型塔盘，使二氧化碳转化率提高2%～4%。吨尿汽耗保证在1 200kg。

2 采用预分离－预蒸馏工艺

2.1 增设预分离器

原流程无预分离器，一分塔分解负荷重、一分加蒸汽用量大，一蒸加热利用段效率差。为减轻一分塔及一吸塔的负荷，提高热利用段的换热效果，进一步降低能耗，采用预分离－预蒸馏工艺进行改造。新增一台φ1 400mm的预分离器，把预分离气直接接至一吸外冷器进口处，使进入蒸发预浓缩器热能回收段的氨碳比由8.03降至3.94，有利于甲铵生成热的回收，减少一段蒸发加热器蒸汽用量。并有效减轻一分塔的负荷。

2.2 预蒸馏塔改造

1＃系统原一分塔为φ1 200×5 868mm，一分加F175m2；一段分解分离器（φ1 300mm）安装在一分加的上部并和一分加连在一起，由于该结构分离效果较差，操作弹性小，不能满足扩能需要。本次改造新增一台φ1 400mm的一段分解分离器，把加热段和分离段分开，提高分离效果。预蒸馏塔与一分塔分离器合为一个整体。同时，F175m2的一分加由于泄漏而堵管严重，换热面积已仅有150m2，本次改造需新增一台F240m2的一分加替换原加热器。预蒸馏塔内件采用DL－Ⅱ塔盘，提高传质传热效果。

2.3 增设一吸外冷器

原流程无一吸外冷器，所有CO2吸收须在一吸塔鼓泡段内完成，造成一吸塔负荷重，操作弹性小，一吸塔顶、底回流氨用量大，消耗也相应增加。本次改造新制1台F300m2的一吸外冷器及F200m2的板式软水冷却器，新增2台400m3／h软水循环泵，冷却水闭路循环，以满足日产550t尿素时的热量平衡需要。在开车或新鲜软水不够时，把一部分蒸汽冷凝液补入循环软水系统使用。同时，更换一吸塔鼓泡段气体分布器，提高鼓泡吸收效果。另外，为回收甲铵的反应热，我们将家属区的采暖水送入一吸塔的板式软水冷却器，用生成甲铵的反应热来加热采暖水。改造当年节能效益为138万元，此后每年节能效益为276万元。

3 增设降膜式闪蒸预浓缩器

现有尿素厂家在蒸发改造过程中一般都采用“三段蒸发流程”，即闪蒸槽按照二段蒸发器的模式增加了闪蒸加热器，采用低压蒸汽加热。闪蒸加热器的使用，在一定程度上可减轻一段蒸发加热器的负荷，但却不利于降低蒸发系统蒸汽的消耗。物料在1.8MPa压力，现有H2O／CO2、NH3／CO2条件下，一段蒸发器热能回收段壳侧物料的冷凝温度为125℃左右，采用闪蒸加热器后，蒸汽把闪蒸后的尿液浓度从原来的71%增至75%，闪蒸出液温度也从原来的90℃增至95℃以上，提高了进一段蒸发加热器热利用段尿液的温度和浓度，缩小了物料的传热温差，降低了一段蒸发加热器热利用段的效率，热利用段回收的甲铵反应热将会减少，多余热量就会转嫁到一吸外冷器中，增加外冷器负荷，而一蒸加蒸汽消耗并没有降低。因此，本次改造借鉴氨汽提法真空预浓缩器工艺，新增1台φ2 000mm、F 250m2的真空预浓缩器，取代闪蒸槽。该浓缩器为新型降膜式蒸发器，由二分塔过来的尿液经尿液过滤器后进入真空预浓缩器上部分离段，气液在此分离，液体经液体分布器均匀分配到每根换热管中；管外为来自预蒸馏塔的气体和来自二甲泵的二甲液，利用其反应热，将尿液浓度提高到80%以上，温度为102℃左右，从而有效减轻一蒸加和一吸外冷器的负荷，降低蒸汽消耗。

为进一步提高一段蒸发预浓缩器热利用效率，降低蒸汽消耗，本次改造在闪蒸热利用段二甲液进口管上增设新型高效雾化喷头，使预蒸馏气与二甲液能充分接触、混合，大幅度提高生成甲铵的反应程度，提升了热利用效率。

4 2台4D12E型二氧化碳压缩机的改造

我公司2＃尿素系统有2台上海大隆机械厂生产的4D12E型二氧化碳压缩机和1台沈阳气体压缩机厂生产的4M12型二氧化碳压缩机，随着尿素生产负荷的提高，开2台4D12E型二氧化碳压缩机不能满足生产的需要，需要增开1台4M12型二氧化碳压缩机，才能使尿素生产能力与合成氨生产能力相匹配，而开3台二氧化碳压缩机又不经济，造成尿素电耗偏高。另外，2台4D12E型二氧化碳压缩机存在5段缸径偏小，使4段出现超压，制约了压缩机的打气量；并且2台4D12E型二氧化碳压缩机部分附属设备和管道布置、安装不合理，造成压缩机振动较大，3、4段气阀频繁损坏，倒机检修次数过多，检修费用过高。为此，我们对2台4D12E型二氧化碳压缩机进行改造，将5段气缸由φ95mm扩到φ100mm，以解决4段超压制约压缩机打气量的问题。将3段出口缓冲器更新，采用滤波型缓冲器；3段入口缓冲器加长，增大缓冲容积；4、5段气缸出入口增加球形缓冲器；改变3、4段油水分离器的管道布置，减少管道弯头；增加管道支撑架数量和支撑强度等措施，以解决管道振动问题。通过改造，2台4D12E型二氧化碳压缩机打气量比改造前增加1 760m3／h，满足了尿素系统高负荷生产的需要，而且4段超压等问题得到解决，设备运转平稳。

5 增设尿素排放地下池

在每年一次的设备大检修时，尿素系统都要进行热洗置换后才能交付检修。为回收尿素系统停车热洗排放液中的氨和尿素，我们增设了容积为500m3的尿素排放地下池。系统检修后再开车时，用水解解吸系统回收其中的氨和尿素。

6 氨泵增设变频调速器

尿素2套系统共有6台3W－A2型高压液氨泵，每台输送液体量24m3／h。随着生产负荷的不断提高，实际生产中出现1＃尿素系统开2台氨泵不够用，开3台又用不完，而2＃尿素系统开1台氨泵不够用，开2台又用不完。由于进尿素合成塔的氨量采用氨泵出口G3调节阀打循环的方法调节，使部分液氨加压到20.0MPa后又泄压至1.7MPa后循环到液氨缓冲槽，造成动力浪费。为此，我们对氨泵安装了变频调速器，用改变氨泵电机转速来调节氨泵的打量，以减少电耗。以2＃尿素系统时产19.2t尿素计算，开2＃、1＃2台氨泵，2＃氨泵电机电流为230A，1＃氨泵电机电流为155A，而改造前2台氨泵电机电流均为230A，改造后电流下降了75A；一年按生产300d计算，每年可节电200×103kW·h。且用改变氨泵电机转速调节进尿素合成塔的氨量，操作方便、准确，有利于尿素合成塔NH3／CO2的控制和CO2转化率的提高，给循环系统和蒸发系统的操作创造了有利条件。

7 蒸发系统采用水力循环喷射泵抽真空

为将尿液中的水分蒸出得到浓度为98.5%以上的浓尿液，蒸发系统采取在真空条件下操作。原设计为蒸汽喷射器抽真空，是靠蒸汽通过蒸汽喷射器时减压节流而形成真空，尿液中蒸出的水分被抽出，随蒸汽一起被排入大气，同时部分蒸出的气氨也被排入大气，造成原料氨的浪费。我们将蒸汽喷射器抽真空改为水力循环喷射泵抽真空后，原排入大气的气氨被循环液吸收，循环液氨浓度达到一定值后，被送到解吸系统回收其中的氨，达到回收原料和保护环境的目的。

8 氨预热器改用冷凝液加热

由氨泵加压后的液氨经氨预热器加热到45℃后送入尿塔，氨预热器原设计采用蒸汽膨胀槽内冷凝液产生的膨胀蒸汽加热，而系统伴热采用一次蒸汽经饱和器减压后的蒸汽。为节省一次蒸汽的用量，降低蒸汽消耗，我们将氨预热器改用冷凝液加热，膨胀蒸汽全部用于系统伴热，以减少设备、管道伴热用的一次蒸汽。改造后，因一次蒸汽用量减少，每年可节省原煤612t，吨煤按430元计，全年效益为26.316万元。

9 增加一台中压蒸汽膨胀槽

由电厂送往尿素系统的一次蒸汽，经各加热器利用后形成冷凝液进入膨胀槽，产生0.3MPa的二次蒸汽，此蒸汽除用于本车间系统保温和冬季采暖外，其余排入大气，造成蒸汽有效利用系数较低。为此，我们在一分塔加热器疏水管线上增加一台中压膨胀槽，专供收集一分加热器使用过的蒸汽，然后将中压膨胀蒸汽用在二段分解加热器上，以便节约高品质一次蒸汽，充分利用低品质的二次蒸汽，达到降低能耗的目的。

10 取消氨泵、一甲泵循环油箱

尿素生产用的一甲泵、氨泵润滑油系统原设有循环油箱，循环油经油泵加压进入油冷却器，再去曲轴箱润滑各转动部件后回到循环油箱，循环油再经循环油泵加压后循环使用。取消循环油箱后，曲轴箱润滑油直接经循环油泵加压后循环使用。这样，每台设备每年可少用循环油360kg，6台设备可节约循环油2 160kg。

11 一甲泵改液力变矩器为变频调速器

尿素2套系统共有6台3DJ－12／22－Q型高压一甲泵，每台输送液体量12m3／h。进尿素合成塔的一甲液量原采用液力变矩器调节。液力变矩器是由泵轮轴、泵轮、涡轮、侧体、导轮、进油壳和可转导轮叶片等部件组成的封闭的马蹄形流体通道。由于液力变矩器维护保养频繁、费用高，运行周期短，而且该设备结构特别复杂，检修难度大，零部件磨损日益严重。我们根据生产情况和能源消耗情况，决定将一甲泵的液力变矩器取消，改为变频调速器，用变频器来调节电机转速，以控制一甲泵的打量。并将变频器信号送DCS控制，尿素总控操作人员可根据生产负荷的大小及一吸塔液位的高低精确调节进尿素合成塔的一甲液量。

12 结 语

浩化公司尿素系统通过采用先进的节能措施，对设备进行技术改造，并改进生产工艺，提高了能源的利用效率和水平，尿素生产的各项消耗都有较大的降低，提升了企业的经济效益。为进一步降低能耗，我们将预蒸馏塔气体和二甲液只进真空预浓缩器改为预蒸馏塔气体和二甲液各自分两路并联进入真空预浓缩器（F250m2）和一段蒸发加热器热利用段（F124m2），以充分回收利用生成甲铵的反应热。其他节能改造工作也将于2011年设备大检修期间进行。