合成氨气、变换气余热回收利用

合成氨气、变换气余热回收利用

马文东

榆林市榆阳区麻黄梁工业集中区 陕西榆林 719000

摘要：合成氨的生产过程中,变换气从变换系统带走的余热量高达1 0万大卡/吨氨以上。尽量回收这部分热量可使吨氨的烟煤消耗降低。近年来许多小合成氨厂对变换余热的回收比较重视,采用了各种回收方法,都取得了较好的效果,对降低合成氨生产的能耗有一定作用。

关键词：合成氨气；变换气；余热回收利用

当前，我国能源利用仍然存在着利用效率低、经济效益差，生态环境压力大的主要问题，节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容，是解决我国能源问题的根本途径，处于优先发展的地位。

一、工业余热的来源和分类

1.工业余热简介。工业余热来源于各种工业炉窑、热能动力装置、热能利用设备、余热利用装置和各种有反应热产生的化工过程等。目前，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。合理充分利用工业余热可以降低单位产品能耗，取得可观的经济效益。

2.工业余热的分类。工业余热按其能量形态可以分为三大类，即可燃性余热、载热性余热和有压性余热。（1）可燃性余热。可燃性余热是指能用工艺装置排放出来的、具有化学热值和物理显热，还可作燃料利用的可燃物，即排放的可燃废气、废液、废料等，如放散的高炉气、焦炉气、转炉气、油田伴生气、炼油气、矿井瓦斯、炭黑尾气、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。（2）载热性余热。常见的大多数余热是载热性余热，它包括排出的废气和产品、物料、废物、工质等所带走的高温热以及化学反应热等，如锅炉与窑炉的烟道气，燃气轮机、内燃机等动力机械的排气，焦炭钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热，凝结水、冷却水、放散热风等带走的显热，以及排放的废气潜热等。（3）有压性余热。有压性余热通常又叫余压（能），它是指排气、排水等有压液体的能量。另外，因为工业余热的温度是衡量其质量（品位）的重要标尺，而其温度的高低亦影响了余热回收利用的方式，所以余热也通常按温度高低分为：高温余热，T≥650℃；中温余热，230℃≤T＜650℃；低温余热，T＜230℃。

二、氨合成余热回收方法的比较

生产一吨合成氮有O。7 6 x 1 0。大卡热放t出(合成压力为3公2斤厘米/0 2),在传统的合成氨生产工艺流程中采用水冷却移走反应热,既浪费热量又要消耗大量冷却水。尽可能充分回收利用这部分合成余热,对小化肥生产的节能降耗有着重要的作用。按理论计算,回收80%的合成余热,每吨合成氨就可节约标准烟煤8 8.6 8公斤,吨氮成本可以降低5。76元。目前已有一些厂开始了合成余热的回收,取得了一定效果。但总的来说,有的回收效率还不高,有待继续提离,同时这项工作在小化肥厂中还没有普遮开展。本文打算对目前可采用的一些合成余热回收方法进行比较,供大家参考。合成余热可采用的回收方法有如下几种方法。用出塔气直接加热精炼铜液。用出塔气加热循环水,再用循环水加热精炼铜液。用出塔气加热锅炉给水。用出塔气先副产低压蒸汽,然后加热精炼俐液。用塔前预热法提高出塔气温度后再晌产燕汽并继续加热精炼铜液。

1. 用出塔气直接加热精炼铜液。采用出塔气直接加热精炼铜液,只要在原合成塔与水冷却器之间串入一台铜液加热器。假定出塔气温度为16 5℃,铜液进回流塔的温度为2 8℃,回流塔出口铜液温度为5℃,再生器出口铜液温度为78℃。铜液循环量为4.5米³/吨氛。则精炼钥液的热负荷为2 43,000大卡/吨氨。又按四院三版设计,吨氨铜液再生时吸收的热量为76,8 80大卡。于是热负荷总共为3 19,8 80大卡/吨氨。取钢液加热器的传热系数K为5 30大卡/米·时·℃。经计算钥液加热器的传热面积为9.37米²/吨氛。其余热回收效率n1为4 1.2 2%。

2. 用出塔气加热循环水,再用循环水加热精炼铜液。用出塔气加热循环水,再用循环水去加热精炼铜液有两种实施办法。一种办法是在合成塔与水冷却器之间串入一台水加热器,用于加热软水,再用泵打循环加热铜液。另一种办法是将合成系统的水冷却器改为套管冷却器,管内走高压气体,管间走软水,循环水亦用泵输送.假设将循环软水加热到12 0℃,经加热铜液后降至90℃。经计算,循环水量为10吨/吨氮。设水加热器的传热系数K为50 0大卡/米2·时·℃。则所需传热面积F为2 6.5 5米2/吨氨。其余热回收效率。:为4 1.2%。铜液加热器可利用原有设备。

3. 用出塔气加热锅炉给水。在合成塔与水冷却器之间串入一台或几合水加热器,利用出塔气加热锅炉给水。按照目前的一般生产水平,吨氨耗汽以5吨计,加上考虑排污等损失,加热6吨软水足以满足生产要求。假定将软水由35℃加热到1 30℃,则水加热器的热负荷为570,000向大卡/吨氮。取水加热器的传热系数K为5 0大卡/米²·时·℃,经计算得水加热器的传热面积F为4 7.4 6米2/吨氮。余热回收效率n3为7 3.4 5%。

4. 用出塔气先副产低压蒸汽,然后加热精炼铜液。由于出塔气温度较高,亦可考虑先副产低压燕汽后再去加热钥液。副产的低压蒸汽可供造气工段制气用。根据造气用汽要求和管道阻力等,设副产低压燕汽的压力为2.80公斤/厘米2(绝)。在该压力下,蒸汽的饱和沮度为1 29.3℃。取温度差为5℃,则出塔气出蒸发器的佩度为1 34.3℃。由蒸发器出来的出塔气再去加热精炼铜液,经加热铜液后眼度降至70.06℃,然后进入水冷却器。经计算,蒸发器的热负荷为15 2,8 86大卡尹吃级。取蒸发器的传热系数K为5 0大卡/米2.时·℃。由此算得燕发器的传热面积F为19.65米2/吨氮.同样按方法1算得铜液加热器的传热面积F为19.29米2/吨氮。余热回收效率n4为60.9%。

5. 用塔前顶热法提高出塔气温度后再副产蒸汽并继续加热铜液。为了充分回收合成余热,在合成塔前设里一台预热器,利用出塔气出钢液加热器后还剩余的热盆来预热合成进塔气,这样可以提高合成塔出口气温,从而提高合成余热回收效率。此时出塔气的流程是:由合成塔出来进入蒸发器的高压管内,与软水换热后由蒸发器下部出来,进入铜液加热器的管内,与管外铜液换热后,从塔前预热器上部进入列管内,与冷交换二次出口来的气体换热后从上部出来,再进入原来的水冷却器。按照计算和生产实践,将进塔气由5℃预热至45℃左右可以将出塔气温度提高到20 0℃左右。这样再通过副产蒸汽和加热精炼铜液就可以进一步提高合成余热的回收效率。副产蒸汽和加热精炼铜液的参数与方法4相同。通过计算得:（1）蒸发器的热负荷Q为3 2 7,1 8 6大卡/吨氨。（2）蒸发器的传热面积F为27.84米勺吨氮。（3）铜液加热器的传热面积F为2 0.4 5米2/吨氨。来自冷交换二次出口的冷气温度为5℃.在塔前预热器内与来自钢液加热器的出塔气换热后温度升至45℃,而出塔气气沮由7 0℃降至5 4.1 4℃。取塔前预热器的传热系数K为3 50大卡/米2·时.℃。由此算得塔前预热器的传热面积F为18米2/吨氮。余热回收效率为83.38%。

综上所述。回收方法的比较回收方法1由于出塔气经回收部分余热后的气温仍然较高(1 0.7℃),故余热回收效率不高,只有4 2.2 2%,其优点是设备投资低,设备费用只有0.6 56万元。回收方法2的余热回收效率与方法l相同,其缺点是由于所需设备投资费为方法1的2.83倍,因此经济效益较差,这种回收方法并不可取,最好尽量不用。方法3的余热回收效率和经济效益都不错,为回收方法1的1.78倍,但设备投资费用为方法l的5倍多。同时余热回收综合考虑和合理安排来看,合成余热的温度较高,最好不用于加热锅炉给水,宜用变换余热式造气余热来解决。余热回收方法4,由于产汽温度较高,余热回收效率也只有方法l的1.48倍,而设备投资魏用却为方法1的4倍多。只有回收方法5,虽然设备投资费用为方法l的6.75倍,但由于余热得到充分回收,所以余热回收效率和经济效益都最好。因此,从合成氨生产的节能增益来看均为最可取的余热回收方法,值得研究推广。

参考文献：

［1］温小萍，张素梅.余热余压利用在企业节能减排中的应用［J］.中国科技论文在线，2018（3）:133.

［2］彭智.一种合成氨生产中的余热回收利用方法［J］.工业炉,2019,23（1）:6－9.