硝酸和硝酸铵装置节能改造与工艺优化

张静忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

硝酸和硝酸铵装置节能改造与工艺优化

张静忠

(安徽淮化股份有限公司 安徽淮南 232038)

分析了现有硝酸和硝酸铵装置生产消耗情况，介绍了硝酸和硝酸铵装置所采取的节能降耗改造和工艺优化措施。改造后，硝酸和硝酸铵装置运行消耗明显下降，大幅降低了生产成本。

硝酸；硝酸铵；改造

随着国内硝酸工业的快速发展以及经济增长速度的减缓，我国硝酸和硝酸铵产能严重过剩，安徽淮化股份有限公司(以下简称安徽淮化公司)的产品市场占有率和销售情况均出现明显下滑，装置最大负荷仅为产能的80%。为了降低生产成本，近年来安徽淮化公司加大了节能改造力度，全面优化生产工艺技术，装置的运行消耗明显降低，累计年增加效益超过2 000万元。

安徽淮化公司现有硝酸和硝铵装置吨产品生产消耗情况见表1。

表1 安徽淮化公司现有硝酸和硝酸铵装置吨产品生产消耗情况

装置氨耗/t电耗/(kW·h)清水/t清水电耗/(kW·h)铂耗/mg脱盐水/t蒸汽/t硝酸/t硝酸镁/kg液碱/kg氧气/kg902t/d稀硝酸0.284151.9533.6721.45-0.43450t/d稀硝酸0.309456.67102.51101.100.25132间接法浓硝酸172.5055.0少量2.251.0501.6722直接法浓硝酸0.3101256.6795.0681.35-0.40少量多孔硝酸铵0.218150.7012.0少量0.230.791中和法硝酸铵0.229120.6025.7少量0.720.796

1 硝酸和硝酸铵装置的节能降耗改造

1.1 循环水装置节能改造

该项改造包括404和480循环水装置，改造采用合同能源管理模式，由节能服务公司提供水泵设备、技术服务和安装施工。

404循环水装置4台20Sh- 9A型水泵的额定流量1 910 m3/h、功率380 kW，其选型设计和管路工况等明显落后，泵运行效率较低。改造后，对水泵相关数据进行测定，全部达到改造前的母管压力，循环水温差>6 ℃，符合生产要求，泵实际运行功率明显下降，有效功率大幅提升。4台泵可节电约527.3 kW，按年生产时间350 d计，年节电量4.40×106kW·h。

480循环水装置为3套间接法浓硝酸(以下简称间硝)装置供水，共有3台28SAP- 10J型水泵，功率710 kW。由于设计、选型等原因，水泵始终无法在最佳运行工况下运行，导致电机超负荷运转、温度高、检修和维护工作量较大。改造后，泵运行功率累计降低245 kW，年节电量2.05×106kW·h。目前，间硝装置供水温度和压力正常，水泵和电机运行稳定，实测电机温度低于50 ℃，水泵和电机检修率明显下降。

1.2 480及403G循环水装置优化改造

480循环水装置供水量8 000 m3/h，原设计为315和400稀硝酸装置以及2套间硝装置供水；403G循环水装置的2台水泵为450稀硝酸装置和1套间硝装置供水，电机功率630 kW。因315稀硝酸装置已拆迁，480循环水装置的循环水供应量出现富余；450稀硝酸装置间歇运行，403G循环水装置开2台泵，其循环水长时间仅供1套间硝装置使用，造成能量浪费。为此，将480循环水装置地下管线与另一套间硝装置连通，403G循环水装置仅为450稀硝酸装置供水，根据450稀硝酸装置运行情况确定运行泵的台数。改造后，3套间硝装置采用无压回水，所有循环水装置统一管理和调节水量平衡，基本消除了480循环水装置供水富余问题。403G循环水装置间歇运行，节电1 000 kW以上，年节电4.20×106kW·h(运行时间约半年)。

1.3 间硝装置冷凝液热能回收

2套间硝装置蒸汽冷凝液压力约为0.5 MPa(另一套间硝装置单独运行，其蒸汽冷凝液压力为0.3 MPa)、温度为150 ℃，在满负荷生产时，产生的蒸汽冷凝液量约为40 t/h，被送往热电除氧器。因蒸汽冷凝液温度高、输送距离远，临近除氧器时压力低，发生蒸汽闪蒸，造成管道因振动而易泄漏，检修频繁，加上热能未能合理利用，运行不经济。本次改造利用外送管线经902稀硝酸装置的有利条件，在902稀硝酸装置附近增设1台换热器，将机组冷凝液引入换热器内与间硝装置的蒸汽冷凝液进行换热，既回收了热能并降低外送冷凝液温度，又减少了902稀硝酸装置除氧器的蒸汽消耗。换热后，机组冷凝液温度由40 ℃上升至90 ℃，间硝装置蒸汽冷凝液温度由130 ℃降至100 ℃以下。在实际运行过程中，保证一定的热力除氧蒸汽量，控制回除氧器冷凝液温度在90 ℃以下，除氧器压力为0.041 MPa、温度为103 ℃，蒸汽阀阀位9.5%。改造后，节省蒸汽1.5 t/h，年节约蒸汽12 kt；冷凝液管线振动减轻，管线频繁泄漏的现象得以消除，降低了检修费用。

1.4 多孔硝酸铵装置新增快捷皮带输送机

多孔硝酸铵装置造粒后干线设备多达十几台，硝酸铵颗粒经塔底U301，U401和U407皮带输送机送至U404斗提机，然后送至流化床降温后经U405皮带输送机进入包裹滚筒P402，再经U406皮带输送机送至栈桥大皮带输送机。在硝酸铵颗粒输送过程中，还需运行2台流化床鼓风机、2台流化床引风机及1台干燥引风机等设备。增加快捷皮带输送机U408和U409后，可避开上述干线上的设备，在干线上的某台设备检修时，避免造成全线停车。扣除新增皮带输送机的运行电耗，技改后节电732.5 kW，按年运行7 200 h计，则年最大节电量5.27×106kW·h。

该技改不仅可降低硝酸铵生产成本、优化工艺流程，且可减轻操作人员的劳动强度，并减少非计划性停车的可能。改造后，传动设备的备品备件消耗减少；新增1条产品输送线，可保证生产工业硝酸铵时装置的长周期运行。硝酸和硝酸铵装置主要节能降耗技术改造综合评价见表2。

2 工艺优化措施

2.1 老硝酸铵装置清污分流

老硝酸铵装置采用中和法生产工艺，其中和段和蒸发段气相每小时产生废水约20 t。安徽淮化公司产品结构调整后，老硝酸铵装置生产负荷提高至150 kt/a左右，废水量增至25 t/h，废水中硝酸铵质量分数在0.2%～0.5%，超标严重。本次改造新增2台工艺废液储槽(A/B槽)、1台冷凝器和2台冷凝液泵；中和段气相增设高效除雾器，用于分离气相中高浓度的硝酸铵；蒸发段增设分离器，用于分离蒸汽气相中夹带的少量硝酸铵。高效除雾器和分离器分离后的含少量硝酸铵(质量浓度<300 mg/L)的气相冷凝后送至工艺废液储槽A，工艺冷凝液管线插入槽底部，以维持蒸发系统负压操作的要求，A槽内冷凝液溢流至B槽。正常生产时，B槽工艺废液通过冷凝液泵送至换热器换热，温度降至50 ℃以下后送至多孔硝酸铵装置的电渗析废水处理系统(原设计有30 t/h以上的余量，可满足废水处理需要)，处理后合格的工艺废液(氨氮质量浓度低于10 mg/L，温度低于30 ℃)作为循环水的补水，基本没有废水外排。电渗析废水处理系统回收的氨氮送至多孔硝酸铵装置，最终转化为硝酸铵产品。

表2 硝酸和硝酸铵装置主要节能降耗技术改造综合评价

技改项目完成时间投资/万元年效益/万元年节能情况折煤/t综合评价循环水装置优化2013-08311894.20×106kW·h5161)供水优化,停运2台水泵,便于管理增加快捷皮带输送机2013-09422375.27×106kW·h648 增加操作弹性,降低劳动强度,减少检修和设备维护循环水装置节能改造2014-032)合同能源管理2906.45×106kW·h792 减少检修和设备维护,优化循环水工艺,大幅降低电耗间硝装置热能回收2014-032514412kt蒸汽11283)减少管线振动,降低检修费用合计9886031844)

注：1)电折煤系数取0.122 9 kg/(kW·h)； 2)404循环水装置4台水泵于2012年9月完成改造； 3)0.3 MPa蒸汽折煤系数取0.094 t/t； 4)折煤系数包括水、电和汽，其他未统计

通过改造，既提高了经济效益，又降低了排放废水的氨氮含量和热污染，达到了减排的良好效果。按废水中硝酸铵平均质量分数0.35%计，年可回收硝酸铵产品700 t和工艺冷凝液200 kt。

2.2 间硝装置减温水改造

间硝装置设计使用的加热蒸汽为1.1 MPa，193 ℃的饱和蒸汽，而安徽淮化公司没有该压力等级和温度的蒸汽，多年来一直使用280～330 ℃的过热蒸汽。长期使用后发现，过高的蒸汽温度加上硝酸的强腐蚀性，导致设备使用寿命短、检修频繁，新的硝酸镁加热器仅投用1～2个月就出现管板和列管泄漏，整台设备的使用寿命仅1年左右。本次改造时，将1台容积约7.5 m3的旧储罐改作脱盐水储罐，利用2台库存的热水泵，并新增2只减温水控制阀。改造后，蒸汽温度降低至200 ℃，新硝酸镁加热器投运半年多未出现泄漏现象。单台硝酸镁加热器制造成本约70万元，间硝装置共有12台硝酸镁加热器，按使用寿命3年(最长可达5年)计，则每年节省设备制造成本近500万元，且设备泄漏检修和停车造成的损失等费用明显下降。

2.3 硝酸铵废料回收装置

由于工艺的特殊性，生产多孔硝酸铵时会产生一定量的结块和地脚硝酸铵。由于未改性的硝酸铵产品不能作为肥料使用，大量结块硝酸铵的回收成为多孔硝酸铵生产的关键因素之一。为此，在硝酸铵U301皮带输送机下增设固体硝酸铵挡板、收集槽、硝酸铵溶解槽和回收泵等设备，从造粒塔皮带输送机掉落的结块硝酸铵直接进入收集槽，加水溶解后排入硝酸铵溶解槽；干线的粉尘硝酸铵、块状硝酸铵以及包装工序的地脚硝酸铵等分批加入溶解槽，经回收泵返回硝酸铵湿线系统重新造粒。经初步估算，改造后年可回收硝酸铵约500 t，而且有效解决了U301和U401皮带输送机、滚筒及流化床等干线设备因块状硝酸铵堵塞造成的停运现象，为装置长周期运行提供了保障。

2.4 镁尾水回吸收塔

将开工酸槽改作镁尾水贮槽，增加2台镁尾水泵作为吸收塔加水泵；镁尾水泵出口管线连接至现有脱盐水泵出口管线，另增加一路管线至开工酸泵出口；分别在吸收塔第6、第14和第24层塔板处设置开工酸泵进口。根据镁尾水浓度控制不同塔板加酸量，塔顶一般加入少量脱盐水以控制尾气中氧化氮含量及产品质量。本次改造利用现有镁尾水输送管线，投资少、改造简单。改造后一次试车成功，尾气中氧化氮体积分数<100×10-6，镁尾水用量超过10 t/h。镁尾水引入稀硝酸装置后，按年运行时间300 d计，年可消化镁尾水80 kt，回收硝酸4 000 t；按NaOH质量分数32%计，年可减少液碱消耗8 000 t。镁尾水回吸收塔后，吨酸碱耗由80 kg下降至22 kg，年节省脱盐水100 kt。主要工艺优化技术改造综合评价见表3。

表3 主要工艺优化改造综合评价

项 目完成时间投资/万元年效益/万元综合评价硝酸铵废料回收2013-033360年回收硝酸铵500t,有利于装置长周期运行镁尾水回吸收塔2013-09301100 年回收硝酸4000t,减少液碱消耗8000t,节省脱盐水100kt,年增加效益1100万元,环保减排间硝减温水2013-12利旧+5500延长设备使用寿命,减少检修和设备维护工作量,保障装置长周期运行硝酸铵清污分流2014-02利旧+13599年回收硝酸铵700t、工艺冷凝液200kt,环保减排合计2031759

3 结语

面对日益严峻的市场竞争，只有不断进行产品升级改造、加大节能改造力度，才能适应市场要求。安徽淮化公司将在降低吨硝酸汽耗、直接法浓硝酸装置冰机改造和环保治理等方面进一步加强技术改造，提升企业的市场竞争能力。

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

张静忠(1974—)，男，工程师，从事生产管理和技术改造工作；jingzhong0913@126.com

TQ111.26；TQ441.29

B

1006- 7779(2017)01- 0049- 04

2014- 08- 14)