节能减排系列报道之六

合成氨生产中蒸汽的高效利用
□  塔里木油田公司塔西南化肥厂 李进  崔海生  胡洪英
　　我国一些化肥生产厂吨氨两气消耗长期居高不下，经常与设计值相差甚远，存在能量使用低效，蒸汽和精制水
消耗量较大，过热器、辅锅、快锅超负荷运行等问题，在浪费大量资源的同时也给设备运行带来了极大的安全隐患。
本文以塔西南化肥厂的经验为例，探讨了合成氨生产中节能降耗的方案和途径。

工艺能耗分析
　　从天然气进入装置到产出合格尿素产品的整个生产过程，始终伴随着能量的供应、转换、利用、回收、排弃等
环节。若想实现工艺的降耗，就要根据外供和过程本身放出的能量品位，以及工艺过程对能量的需求和热回收系统
的优化合成，找出节能潜力部位，从而合理匹配过程所需的动力和热量。此外，工艺过程和公用工程系统是能源消
耗的关键点，也是能量供应、转换、利用、排弃、回收的主要场所，而换热网络是能量的排弃和消耗处，其中公用
工程系统是化肥厂做好节能降耗减排的主攻方向之一。
　　基于此，塔西化肥厂制定如下的节能原则：①优化工艺过程用能；②遵循热力学定律；③排弃能量最小化；④
优化运行工况。以工艺原始设计物料平衡、蒸汽平衡以及水平衡表为参照，按照先易后难的原则，逐步解决两气消
耗大的问题。
　　通过分析近几年两气消耗数据，首先确定了两气消耗量大的主要原因是燃料气的实际消耗量(620～630m3/t)
远大于设计值；进一步分析确定燃料气的消耗主要集中于锅炉的燃烧状况、生产过程中余热的回收和热量的散失状
况、蒸汽的使用状况等环节。

降耗方案分析
　　经过初步分析后，塔西化肥厂确立节能降耗总体运行方式如下：
    1. 蒸汽的高效使用
  　逐级做功  使用12.0MPa、4.0MPa、1.6MPa、0.35MPa不同压力级蒸汽。先将12.0MPa的蒸汽在透平中（101-JT、
103-JT）做功后，再转到4.0MPa的蒸汽管网中；同样4.0MPa的蒸汽也在透平中（KT102、105-JT）做功后，再转
到2.1MPa和1.6MPa级的蒸汽管网中。
　　逐级减压  如果必须不经过透平而进行减压时，尽量避免跨级减压。例如将12.0MPa的蒸汽跨过4.0MPa级而
直接减至1.6MPa，会降低蒸汽利用率。
    2. 透平的高效循环运行
    由于设计、制造和蒸汽性质等原因，透平低压段效率没有中、高压段高，因此可多利用每台透平的中、高压缸，
以保证蒸汽系统的整体高效性。
    实际蒸汽动力循环中采用的是朗肯循环。朗肯循环是在调节抽汽式汽轮机中，抽出一部分蒸汽送往蒸汽管网（高
压、中压等），其余蒸汽经过调节阀进入低压缸继续做功，排汽进入冷凝器，凝结水经水处理回收并精制后送给锅
炉，进入锅炉的未饱和水，在定压下吸收燃料发出的热量，变为过热蒸汽完成一次循环。工质在热力设备中不断进
行吸热、膨胀、放热、压缩4个过程，使热能不断转变为机械能。因而在满足各级蒸汽使用量的前提下，要尽量沿
着高效的高压缸线路使用蒸汽，多抽少凝，从而实现能量的损失最小化。
    3. 燃料气的高效使用
　　尽量先在热效率高的地方使用燃料气，合成氨生产过程中燃料气的燃烧温度达2000℃，分析公司使用燃料气
的几个场所，制定出如下的高低端顺序：
    4. 换热、余热回收
　　在满足工艺状况的前提下，换热介质尽量从低端开始然后流向高端，减少换热之间的温差，实现换热介质最终
高温、高流量的目的。

节能措施
　　1. 消除蒸汽缺口　蒸汽缺损不仅存在于中压蒸汽,在高压蒸汽中也比较严重。高压蒸汽涉及的合成气压缩机
（103-J机组）、空压机（101-J机组）的蒸汽利用效率也不高，合成装置101-JT和103-JT实际用气情况见表1。
　　由此可见，103-JT做功效率下降较多，但进汽、抽汽基本持平，而101-JT进汽、抽汽量较设计差超过20t，
说明高压和中压管网间有蒸汽缺口。
　　2. 燃料气的调整  将燃料气的使用按照炉子的高低端顺序进行调配，保证每台炉子均处于高效工作状态。可
提高过热器的温度；增大辅锅的燃烧量，以产生更多高压过热蒸汽；提高快锅的产量、同时调整每一台炉子的烧嘴。
　　3. 高压过热蒸汽的调整  尽量生成510℃的高压过热蒸汽，然后通过101-JT、103-JT抽到中压管网。为此需
增加101-JT、103-JT的抽汽量，同时尽量减小103-JTC的冷凝量，这样既保证了表冷器负压使蒸汽的使用效率，
又可使高压蒸汽沿高效率的高压缸运行，同时也提高了蒸汽的使用效率。
　　4. 中压过热蒸汽的调整  在保证合成1.6MPa的蒸汽用户的要求和105-JT轴位移的情况下，尽量降低105-JT
的抽出蒸汽压力；在保证尿素2.1MPa的蒸汽用户的要求的前提下，尽量降低尿素装置CO2压缩机（KT102）的抽汽
压力，节省中压蒸汽；尿素水解用的4.0MPa蒸汽改回到2.1MPa蒸汽。
　　5. 余热的回收和减少浪费  在保证工艺条件的同时，减少换热器（103-C1/C2、123-C1/C2）的副线阀（TIC-11
和HIC-19）开度，保证得到尽可能多的高压高温的锅炉水；类似的换热器也尽量关小副线；要保证HV-86、PIC-1013
和高压疏水器、高压排放导淋无泄漏。
表1  合成装置101-JT和103-JT实际用汽情况    kg/h
　　机组位号        进汽量          抽汽量
     101-JT             49128            15392
      103-JT            101229            93486
注：数据为2007年8月30日平均用量，生产负荷97%。

经济效益
　　通过实施一系列节能措施后，塔西南化肥厂两气消耗由攻关前的1245m3/t氨降到1173m3/t氨。主要体现在以
下几个方面：
    1. 两气消耗方面  消除HV-86的泄漏，两气消耗由1245m3/t下降到1217m3/t；对过热器、辅锅、快锅和101-JT
进行调整，两气消耗由1217m3/t下降到1186m3/t；对一段炉进行负压、空气量、燃烧量的微调，两气消耗由1186m3/t
下降到1173m3/t。
　　2. 精制水方面  由于高压蒸汽的使用效率大幅提高，蒸汽的使用量下降20t/h，精制水使用量由202t/h降到
180t/h。
　　3. 设备运转状况  辅锅和过热器烟道温度由890～900℃和850～865℃分别下降到870～880℃和830～835℃，
高温受热设备运转的安全性提高，操作弹性增加；辅锅和快锅超负荷运行的问题得到解决，快锅负荷降到70%。
　　4. 经济效益  依据GB2589《综合能耗计算通则》、GB/T7199《评价企业合理用水技术通则》、Q/SY61-2003《节
能节水统计术语及计算方法》等有关节能节水统计的方法规定，在生产负荷正常的情况下，以采用节能措施前2007
年4～5月、8月3个月单耗为基期，采用节能措施后的2007年9～11月3个月为报告期进行比较，3个月共节能
2741.13ｔ标煤。