合成氨热量恒算.doc

我公司合成氨生产蒸汽自给技术改造主要包括造气吹风气回收、CO变换采用全低变技术和φ1 200氨合成系统后置锅炉回收余热等工作 ~  @' b% s$ S; W' e6 l8 N5 p在合成氨生产操作管理过程中，造气岗位采用PLC-可编程控制器，一氧化碳变换、脱碳、精炼、合成等4个工序采用SUPCON— JX300(100)DCS计算机控制操作系统，使合成氨生产比较稳定，实现了安全、低耗1999年建成Advantrol—PI全厂信息管理系统，对 提高全厂综合管理水平，降低成本发挥了很好作用1  造气吹风气回收项目( x! c0 I  `$ F& I, F2 F6 Q& z造气吹风气余热和潜热回收是合成氨生产实现蒸汽自给的重点技改内容，由我公司自行设计、制作、安装全套装置，共投资184.4万元1993年10月建成，11月5日投产，经逐步改进，整个系统操作趋于稳定1.1  工艺流程和设备6 c6 @. \4 k) T8 O6 W  S! V, @工艺流程见图1    图1  造气吹风气余热回收工艺流程1.水封  2.分离器  3.燃烧炉  4.余热锅炉  5.第二空气预热器6.给水加热器  7.第一空气预热器  8.引风机  9.烟囱  10.鼓风机) k$ j' l6 n0 K# q( y主要设备如下：    ( Y! K  _! m+ m) ?" `7 i燃烧炉：φ3 750／φ2 800×11 520；. o1 B  Z4 d( q6 f1 ^余热锅炉：17／925-6-2.45／400；' Y, C+ V# l( Z8 ^# s  I第二空气预热器：F1=381 m2(空气)，    F2=409m2(烟气)；   9 k7 M$ _+ q/ c  x' o/ n7 W第一空气预热器：F1=181m2(空气)，    F2=194m2(烟气)；  ! P+ h6 ?  Q0 ^给水加热器：F=242m2；+ d8 @1 U4 N" t( D8 g空气鼓风机：9-10NO.11.20D右90°；" J3 a& g2 R7 x8 @4 u引风机：Y4-73 NO.9D左180°。

1.2  实际回收余热情况分析& |9 o$ M9 b1 s0 Y' @: U! G  t" }1 I我公司吹风气经废热锅炉回收显热后进入燃烧炉    0 O$ {5 O" }% k1 ?/ L1 y  R吹风气平均组成见表1    & Q( D, t  o, y4 ^) W吹风气进入燃烧炉时平均温度为274℃，吨氨吹风气潜热约为3.4GJ：入燃烧炉合成二气除氨后组成见表2在30MPa、25 ℃操作条件下，吨氨弛放气量为43m3(标态)，吨氨放空气(包括循环机密封泄漏)约为140m3(标态)，即合成二气为183 m3(标 态)左右回收率按70％计，则吨氨合成放空气潜热约为1.74GJ吨氨吹风气和合成放空气两者潜热总和约为5.14GJ，理论上能回收2.4 MPa、420 ℃过热蒸汽1 563kg1993年10月14-16日共计回收水蒸气1 168kg2000年全年宏观统计吨氨回收2.4MPa、420℃过热蒸汽为983kg，回收率为63%回收率下降的原因是合成氨生产能力由3万 t／a增加到5万t／a，造气工序制气能力提高而吹风气回收装置能力没有扩大的缘故2  全低变技改项目/ }2 N  q4 u" [/ }1 I我公司在1986年6月29日，从传统CO常压变换工艺改为加压(1.3 MPa)中温变换工艺，那时，吨氨蒸汽消耗为650kg。

到1990年1月7日，我们在中温变换装置上串联低温变换装置，吨氨蒸汽消耗为380kg 1996年9月30日，全低变工艺(见图2)改造投产后，在不计联碱分厂蒸汽煅烧炉加热蒸汽冷凝液作为外加软水补充人系统热水塔的热量情况下，从2000 年全年统计数得到吨氨消耗2.1 MPa、350℃蒸汽量为27 kg，达到全国先进水平    图2全低变流程简图1.半水煤气冷却器；2.焦炭过滤器；3.饱和塔；4.气水分离器；5.热交换器 ；6.气体净化器；7.电加热器；8.三段式变换炉；9. 第三水加热器；10.第二水加热器；11.第一水加热器；12. 蒸汽过滤器；13.循环热水泵；14.热水塔；15.冷凝塔；16.气水分离器2.1  全低变工艺流程及主要设备, v( T4 {4 w2 v6 _3 O主要设备如下：4 l# X% D0 y; t1 z! x: q饱和塔：φ2 000×11 918不锈钢垂直筛板塔；- q& ~5 d1 C  ^9 A4 K热水塔：φ2000×12296不锈钢垂直筛板塔；; ~7 w! [" S2 G- G9 _5 x变换炉：φ3 252×12420触媒装填量26m3；4 g0 b4 x0 q$ f+ n, d) s热交换器：φ1 400×9100  F=440m2；- R* o0 S; Y) f( Z6 M第一热水加热器：φ800×5 688  F=111m2；$ [- `8 S% N! }第二热水加热器：φ800×6 873  F=194m2；8 G, z9 F& q9 o第三热水加热器：φ800×6 873  F=194m2；% M0 K# v& a1 X; K7 b0 C# L焦炭过滤器：φ2036×8440；4 b. @, B0 W4 T' d" |- E$ ?. E. f1 W冷凝塔：φ1 000× 8 295  F=445m2；, D- I9 X! I; z/ i- e+ \1 k半水煤气冷却器：φ1 000× 8 295  F=445m2；! `( f2 D1 U, Z% ~% K" v. e' L气体净化器(过滤器)：φ2400X6 553；' A! q$ Z: R& R  f9 Z5 D电加热器：φ630× 3 500  功率288kW。

2.2  系统热量分析    0 _4 g6 d0 `' x, R# w- N理论分析：CO+H2O=CO2+H2        △H0298= —41.19kJ／mol3 @0 ], n) |3 B; m. l+ C# i在1.35MPa、反应温度为350℃时，吨氨可放出1.517GJ的热量，另外半水煤气中正常O2含量为0.3％～0.5％，氧化反应中吨氨放出0.138～0.350GJ热量，所以吨氨系统反应热为1.761 GJ [  n5 k6 {' l, q6 Z变换系统外界带入热量为：吨氨外加中压蒸汽热量0.084 5 GJ；联碱分厂蒸汽煅烧炉加热蒸汽冷凝液作为外界补充软水加入热水塔底部，吨氨补充180℃软水843 kg，折算能量为0.634GJ全低变改造后入系统的半水煤气先进入冷却器，降温至30℃，再人焦炭过滤器除油雾，所以半水煤气压缩热已消失，前两者共 计吨氨带入热量为0.719 GJ H; t; u& J- {5 E8 Z5 \变换系统带出热量主要是出热水塔的湿变换气显热及系统散热，全低变改造后热水塔出口湿变换气温度为97℃，2000年吨氨半水煤气消耗为2 910.77m3(标态)，此时吨氨带出的热量为0.971GJ。

E& C$ G! H" u, d由上述分析可知，我公司从“中变串低变”工艺改为“全低变”工艺后，热水塔出口变换气温度从115℃降到97℃，吨氨蒸汽消耗从380kg降到27kg从本质上分析，改造为全低变后，使整个系统有效能效率提高的结果8 U0 ^; |: |' k7 l' h变换系统改为“全低变”后，整个系统吨氨有效能损失为501.9MJ7 Z+ D3 G3 m1 Q9 A5 S0 D; |& \6 B系统有效能效率提高，主要原因有：(1)变换过程反应温度降低，触媒层温度平均下降100℃左右，有利于反应平衡2)由于反应温度降低，进入低变炉半水煤气温度下降，热交换器传热平均温度减小热交换负荷减少，热交换器换热面积可减少50％，使主热交等设备、管道的有效能损失全面下降  (3)将原来直接冷激二段触媒表层的不可逆降温过程改为循环热水与反应气体之间热交换过程  (4)循环热水流量相对减少，循环热水温度上升到170℃，上升20℃，提高能量品位   (5)整个变换系统温度降低，散热减少4 v$ |) @; V+ T, I当然，提高变换系统有效能效率还有其它途径，就不再作分析3  氨合成系统余热回收情况6 ?& B, H4 m0 M我公司刚200氨合成系统技改项目于1997年1月2日投产，附属设备配φ1 000系列。

" [9 l6 _. }5 q氨合成系统工艺流程见图3' ^: G2 \" Q0 X从图3可知，氨合成反应热回收的方式及利用实质上是如何提高反应热回收量及如何回收高位热能的问题，即提高有效能利用率不管采取何种形式的废热锅炉回收 热量，提高气体进塔温度是必须的我们设置了后置式废热锅炉，并在塔前、塔后设置2只塔外换热器设置塔前换热器既可提高合成塔一进温度，又可降低进水冷 器的反应后气体温度，使系统热损失达到最小，反应热利用率达到最高2000年合成系统反应后气体进水冷器的平均温度夏天为65.53℃，冬季更低，在 53～58 ℃而绝大多数同类厂，甚至中型氮肥厂进水冷器的反应气体温度高达100℃，系统热损失较大设置塔后换热器使出废热锅炉的气体与二进合成塔气体换热，充 分提高合成塔温度，相应也提高了二出合成塔气体，即进废热锅炉气体的温度实际合成塔出口气体进废热锅炉的平均温度为305.6℃，副产2.4 MPa、220℃中压饱和蒸汽，以充分提高回收热量的品位，提高有效能利用率2 @; j- C0 H' B9 \系统热量回收效率可用废热锅炉和软水加热器回收热量计算，或用出界区带入水冷器的热量与循环机出口带人界区的热量差值即无法回收热量来计算。

废热锅炉和软 水加热器的回收率为82.4％，用差值法计算，则回收率为82.6％，两者较为接近，可以认为目前该系统热量回收率为82.4％左右氨合成系统核定废热 锅炉吨氨副产2.4MPa、222℃中压饱和蒸汽量为818kg，2000年全年统计指标吨氨回收蒸汽为767.8kg4  蒸汽自给平衡网络$ s0 a" n1 y& M! C0 K5 r造气煤气炉上、下吹制气平均蒸汽分解率为64.19％(2001年3月13～16日的平均数据)按2000年统计，吨氨耗半水煤气平均为2 910.77m3(标态)煤气中CO+H2≥73％时，煤气炉制气吨氨消耗0.5MPa、270℃蒸汽为1 893kg6 Y/ k& \, Y# i* q, A( O% @从蒸汽平衡网络图(见图4)可知，合成氨生产系统吨氨对外可供蒸汽为2.4MPa、420℃过热蒸汽为983kg和2.4MPa、222℃中压饱和蒸汽为767.8kg，共计1 750.8kg b* M% ~+ f) b* p" l8 b公司对合成氨分厂吨氨供应2.1 MPa、350℃的中压蒸汽27kg和0.5 MPa、270℃的低压过热蒸汽1 414.6kg，共计1 441.6kg。

从吨氨蒸汽数量上比较：输出—输入=309.2kg从吨氨蒸汽质量焓值上比较：输出—输入=1.063 GJ此焓值折算为0.5MPa、270℃过热蒸汽355.52kg [. q) U2 M" [: W, o从上述数据表明：2000年全年统计宏观结果告诉我们，合成氨生产蒸汽不仅实现自给，而且能外供18.23％(以外供蒸汽量为基数)5  评述意见5.1  “二回。