合成氨工艺污水废热在集中供热中的应用

米雪锋

(河北阳煤正元化工集团有限公司，河北石家庄 050061)

1 概述

灵寿县城区冬季民用建筑采暖和工业用热原以小型分散燃煤锅炉房或小煤火炉的分散供热方式为主，此供热方式严重污染了灵寿县城区的大气环境。此外，分散供热耗煤量大，产生的尘渣多，也是污染环境的主要因素。随着国家对环境保护的日益重视，有效地控制SO2的污染已成为国家规划的一部分。减少SO2排放量，控制大气污染，提高环境质量，是目前及未来长时期内我国环境保护的重要课题[1-2]。基于以上原因，石家庄正元化肥选用了造气污水废热、尿素系统高温脱盐水热量、利用发电汽机凝汽器热量做热源分三期改造。经过实际论证和改造，项目一期供热工程于2014年11月15日正式投运，二期工程于2015年10月投运，三期工程于2016年11月投运，实现供热面积2 000 000 m2，为灵寿县民生工程做出了重大贡献。

2 工艺原理

2.1 造气废热利用

利用造气75 ℃左右的污水抽真空产生蒸汽，以换热器对供暖用水进行加热，造气污水返回造气系统，闪蒸汽冷凝液送入循环水或造气污水系统，供暖用水温度不足时用低压蒸汽进行加热，蒸汽冷凝液送回锅炉除氧器。

项目采用了10台直热机组，利用水在真空状态下沸点降低的特性，以极小的能耗在蒸发器内制造出真空环境，使50 ℃以上的工业废水无需二次加热，直接生成大量接近废水初始温度的负压蒸汽，携带大量的汽化潜热给供暖水加热。直热机组的蒸发器与冷凝器分开，高低温多级纯逆流换热，传热效率大幅度提高，使冷凝器出口温度接近蒸发器出口温度，工业废水无需经过其他处理就能够进行直接换热，减少了中间换热环节，降低了能耗，提高了换热效率[3]。

2.1.1 工艺流程简述

造气污水由热源泵送入直热机蒸发器，由蒸发器水泵将污水返回造气系统。供热用户回水由供热循环泵增压后打入直热机板式换热器，与蒸发器产生的蒸汽进行换热后温度不足，经低压蒸汽进行加热后送供暖用户使用。补水由深井泵经过软水处理后补入供热循环泵进口。汽水换热器低压蒸汽来自造气，换热后冷凝液送入吹风气锅炉除氧器。

2.1.2 方块流程图

方块流程图见图1。

图1 方块流程图

2.2 尿素系统高温脱盐水余热

(1)原流程

制冷机组利用尿素系统高温脱盐水热量制造低温水，用于合成氨系统气体降温。

(2)改造后流程

尿素系统高温脱盐水热量和供暖水进行间接换热，供暖水温度提高，同时尿素系统脱盐水实现自循环闭路运行。制冷机组利用尿素系统高温脱盐水热量制造低温水，供合成氨系统气体降温。

2.3 发电汽机凝汽器余热利用

(1)原流程

发电汽机凝汽器余热利用原流程见图2。

图2 原流程

汽机发电后的乏汽进入凝汽器，用循环水降温，热水带压进入凉水塔，冷却降温后，凉水由循环水泵加压送至凝汽器，在凝汽器中对汽机产生的乏汽进行冷却，使乏汽冷凝成水。

(2)改造后流程

发电汽机凝汽器余热利用改造后流程见图3。

图3 改造后流程

汽机发电后的乏汽进入凝汽器，用循环水降温，热水进入集中供热系统，给用户提供热源后，凉水进入凝汽器进行换热。将汽机产生的乏汽进行冷却，使乏汽冷凝成水。

3 调试过程中存在的问题及改造措施

(1)存在的问题

供热水中含有氨氮，造成用户阀门、热水器腐蚀。

(2) 原因及改造措施

造气污水废热供暖初期，抽真空产生的闪蒸冷凝液补入到供暖水系统，部分用户反映铜阀门、热水器有轻微腐蚀，公司接到反映后立即查找原因，发现供暖水中含有氨氮，含氨水与铜离子形成铜氨络离子，造成阀门、换热器腐蚀。经分析，氨氮来源于造气废水闪蒸产生的冷凝液，立即闪蒸冷凝液，并对供热水进行置换，置换后运行平稳。

4 效益及社会影响

5 结语

合成氨工艺废热利用不仅降低了能耗，而且每年节约燃煤约13 846 t。同时减少了SO2排放对大气造成的严重污染，为减少雾霾、营造碧水蓝天、改善人类生活环境做出了贡献[4]。