氮肥行业节能技术综述

氮肥行业节能技术综述 缪卫东1，於子方2（1.启东海四达化工有限公司 226200;2.上海达门化工工程技术有限公司 200063） 2007-11-03 1 概 述 随着我国经济的快速发展，能源供应与环境问题已成为制约经济发展、影响社会稳定和谐的重要因素。“十一五规划”提出了“十一五”期间单位GDP能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％的约束性指标。这是贯彻落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会的重大举措和必然选择。2006年8月国务院下发了《关于加强节能工作的决定》，要求将“十一五”节能目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初国际先进水平。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发布了《千家企业节能行动实施方案》。今年国务院国发［2007］15号文件关于印发节能减排综合性工作方案的通知，要求各地各部门认真贯彻执行。4月27日国务院召开全国节能减排工作电视电话会议，动员和部署加强节能减排工作，温家宝总理作了重要讲话。 我国氮肥行业2006年生产合成氨4937.9×104t，氮肥3440×104t（折纯N），其中尿素4578.6×104t（实物量），氮肥与尿素产量均居世界第一位，对我国农业发展发挥了重要作用。氮肥工业是耗能较大的产业，2006年全行业551个企业耗天然气109.6×108m3，占全国天然气产量的18.7％；耗无烟煤4233.4×104t（折标），占全国无烟煤产量的22.1％；耗电646.9×108kW·h，占全国发电总量的2.28％。全国千家节能行动中氮肥企业就有165家（年耗煤量超过18×104t的企业）。能耗费用支出占合成氨成本的70％～80％，因此氮肥行业几十年来始终把节能降耗作为行业的一项主要任务，它不仅是氮肥企业的社会责任，也是企业降低成本、提高市场竞争力的关键。 小氮肥行业的节能状况 小氮肥行业在中央与各级领导部门关怀支持下，通过不断节能技术改造，采用了大量行之有效的新工艺、高效节能设备、新催化剂等节能技术措施，吨氨能耗逐步下降，取得节能促增产、节能促效益的较大成绩。“七五”期间至“十五”期间（1986～2005年）全国小氮肥行业的各项消耗情况见表1。

从表1可见，小氮肥行业吨氨能耗“八五”期间平均为59.87GJ，比“七五”期间的68.29GJ降低8.42GJ，下降率为12.32％。“九五”期间平均为55.10GJ，比“八五”期间的59.87GJ降低4.77GJ，下降率为7.97％。“十五”期间平均为52.64GJ，比“九五”期间的55.10GJ降低2.46GJ，下降率为4.46％。 “十五”期间以来小氮肥行业原有一些节能先进企业，如山东寿光、明水、平度、安徽涡阳、临泉、浙江桐乡、绍兴、福建永安智胜、河南辉县、江苏张家港等继续保持低能耗之外，又涌现一大批节能降耗取得显著成效的企业，2006年部分企业其吨氨能耗已达40～45GJ，详见表2。 从表2可看到小氮肥行业在节能降耗方面取得较大成绩。但同时也应看到还存在一些问题，主要是： （1）各地区发展不平衡，吨氨能耗水平还有相当差距。在一个省内同样是存在着一定的差距，节能的潜力还较大。2006年部分省氮肥企业吨氨能耗对比见表3。

从表3中可见其能耗差距在20％～45％左右，虽比过去差距在缩小，但还有相当的节能空间。 （2）小氮肥行业近年来吨氨能耗下降幅度逐步在减少。随着小氮肥行业产品结构的调整，碳铵产量的比例逐年下降，液氨、尿素产量的比例逐年上升，以及为了降低产品成本，使用非山西无烟煤的劣质煤与粉煤成型的比例有所增加，造成吨氨能耗反而有所提高，尤其是电耗。 （3）随着经济快速发展，不少企业重视扩大能力的改造项目，而忽视一些节能技改措施与行之有效的节能小改小革，技改后企业节能管理又没有相应配套跟上去，往往造成节能效果没有预期的好。 2 主要节能技术措施 下面就氮肥行业以无烟煤为原料生产合成氨系统的主要节能技术措施简述如下。 （1）造气炉整体改造技术 包括造气炉扩径、夹套加高、出口管的移位、适合不同煤种的专用炉箅、炉底转动装置采用变频器进行调速控制等整体配套改造。该改造技术使造气炉的制气强度得到明显提高，而且使原料煤耗有所下降。 （2）合理选择高效造气鼓风机 要根据各种造气炉炉径、煤种、发气量要求、系统配套设备与管道的阻力的不同，而全面综合考虑来合理选择，既要满足制气吹风的风量要求，又要防止风量过大而造成吹风气带出物增多。 （3）自动加焦（煤）机技术 使用该技术可节省停炉时间，连续制气、减少热量损失，缩短吹风时间，提高单炉发生量，并有利稳定炉温与气体成份，降低吨氨煤耗，并减轻了操作工的劳动强度，减少事故发生。 （4）油压微机控制、炉况监测与系统优化技术 使用该技术可合理调节控制造气循环分配时间、入炉蒸汽量、氢氮比和加煤、下灰等功能，对造气炉的炉况全面监测并进行闭环调优，使造气生产处于优化状态，达到造气系统高产、稳产、低耗。 （5）采用高效除尘器 选用低阻力的高效旋风除尘器，提高煤气的除尘效率，减少飞屑的损失与设备管道的磨损，既有利环境保护、又提高飞屑的回收量。 （6）集中式回收上、下行煤气余热 采用一台集中式对应多台造气炉的热管型余热回收器取代传统的一台造气炉配一台余热回收器来回收上、下行煤气余热，有利降低系统阻力与提高余热回收率。 （7）集中式高效洗气塔 采用一台集中式高效低阻的填料洗气塔取代常用的一台造气炉配一台的空塔喷淋式洗气塔，有利降低系统阻力与提高洗涤冷却效果，并可减少15％～20％的冷却水与污水处理量。 （8）提高入炉蒸汽品质 对入炉蒸汽要求是要确保一定的压力，并且要稳定。还要求是过热蒸汽，有利制气过程中炉温的稳定，提高蒸汽分解率与单炉发气量5％～8％，降低吨氨原料煤与蒸汽消耗量。 （9）吹风气余热回收 借助合成弛放气助燃，采用集中式燃烧炉吹风气余热回收技术，回收造气吹风气的显热与潜热，副产过热蒸汽供生产自用，在有条件的企业，可采用三废流化混燃炉技术将吹风气与造气炉渣结合一起回收利用，副产过热蒸汽，搞热电联产，有利进一步提高节能效果与经济效益。 （10）降低造气系统阻力 根据单炉发生量的不断提高，对配套的管道与阀门其口径也需相应放大，管道配置尽量减少弯头，配管流向要合理，对洗气塔的煤气管插入深度等需相应的调整，有利造气炉的制气与节约鼓风机电耗。 （11）增设高效静电除焦油器 在脱硫工段罗茨风机前与清洗塔后分别增设高效静电除焦油器，前者有利保护脱硫液质量提高脱硫效率，后者有利提高氮氢压缩机气体的气质，减少因煤气中焦油而换阀片的次数，大大延长了压缩机有效使用时间。 （12）高效脱硫剂与防堵低阻脱硫塔 可采用888或（888＋栲胶）等高效脱硫剂及不易堵塔的低阻脱硫塔，提高脱硫效率，减少脱硫液循环量，降低电耗。 （13）配置相应足够停留时间的再生槽与足够空气吸入量的喷咀 只有在确保停留时间与足够空气量情况下才能提高再生效果，同时有利贫液的质量，从而提高脱硫效率。 （14）采用高效溶液过滤器 采用该过滤器，有利提高脱硫液的洁净度，提高脱硫效率，并可减轻熔硫釜的生产负荷，节约蒸汽消耗。 （15）提高变换压力 结合企业产品结构调整与扩能改造，可将变换压力从0.8MPa提高到1.5～2.1MPa（视整个生产工艺不同而确定），每吨氨可减少870～940Nm3气体从0.8MPa到1.5～2.1MPa的压缩功，节电约30～50kW·h。 （16）节能型全低变与中低低变换工艺 在采用宽温钴钼低变催化剂的前提下，根据企业生产条件的不同情况，可采用节能型全低变或中低低变换工艺，该工艺变换率高、流程简单、阻力低、蒸汽耗少，在0.8MPa与出系统CO 1.5％左右下，吨氨蒸汽消耗分别达到≤250kg与≤350kg。 （17）采用改进型的碳丙法、NHD法与变压吸附法（PSA）脱除CO2工艺 该三种工艺均系当前各企业所采用的低能耗脱碳技术，具体选择要从净化气要求，前后工艺条件及技术经济指标结合企业具体情况而确定。 （18）涡轮机组回收动力 湿法溶液脱碳中，在一定生产规模条件下，可利用涡轮机组回收脱碳富液的能量，每吨氨可节约脱碳泵电耗12～36kW·h。 （19）醇烷化（双甲）或醇烃化气体精制工艺 该项技术是属清洁生产工艺，主要是取代传统的铜洗精制工艺，它既可节能、节约原材料，又有很好的环保效果，而且有很好的经济效益。它已成为今后一项主要的节能技改措施。 （20）采用经济运行的合成压力 对氨合成催化剂生产强度，根据低空速、高净值、低阻力与节能的角度衡量及技术经济的分析，建议按18～20tNH3／m3·d生产强度选择合成塔与催化剂，使其操作压力降低至22～24MPa（初期还要低2MPa左右），吨氨可节电50kW·h左右，还可增加2％～3％的氨产量。 （21）采用活性好、宽温、高强度氨催化剂与相匹配的高效节能型合成塔 采用后可提高氨净值，从而减少循环气的循环量，降低循环机的电耗，还减少冷冻量的消耗，降低冷冻机的电耗。 （22）塔外提温型合成工艺与二级余热回收技术 对氨合成反应热的回收利用采用该工艺技术，使合成气余热按位能高低获多级利用，废热锅炉副产蒸汽，软水加热器加热软水，从而充分提高余热回收率，减少循环冷却水的用量。 （23）合成二气氨、氢回收技术 在合成氨生产过程中，由于生产负荷的变化，为保持合成系统的适宜操作压力，会造成合成系统中的放空气和氨槽弛放气量增加，而这部分气体中均含有大量的氨和氢随之放空，导致合成氨各项消耗增多，成本加大。 根据这两种气源的不同组分和特性可分别采用膜分离技术回收放空气中的氢气和采用无动力氨回收技术回收氨槽弛放气中的氨气。 （24）制冷系统蒸发式冷凝器 该设备是采用热力学、传热学等工程学的先进技术，对交叉式冷却塔和传统蒸发式冷凝器进行优化组合，从而具有结构紧凑、占地少、质量轻、安装方便简单等优点，使用了高效传热元件，提高了换热效率与冷却冷凝效果，达到运转功率小、耗电量少、冷却水耗量少的效果，是取代传统的立式水冷冷凝器的有效节能设备。 （25）利用低位能余热采用溴化锂吸收制冷技术 利用尿素、合成氨生产过程的低位能余热（热水、冷凝液等）采用热水型溴化锂吸收式冷水机组制取低温冷水，用于冷却氮氢压缩机一级入口煤气、三级、六七级入口煤气，脱碳吸收液与氨合成循环气等，使低位能热量得到充分利用，可提高压缩机打气量，减少脱碳吸收液循环量、降低氨冷、冷冻机负荷，达到增加产量，降低电耗的明显效果，尤其是过夏天关（高温季节），其效果更为突出。 （26）机泵电机采用变频调速技术 对有负荷变化、经常造成机泵电机“大马拉小车”的转动设备如造气的炉条机、锅炉给煤机、给水泵、空气鼓风机、罗茨鼓风机、甲铵泵、液氨泵等，采用变频调速，实现平滑的无级调速，在生产过程中能获得较佳调速，从而可取得明显的节电效果。对于高压大中容量交流电机的调速，可采用内馈载波调速技术，与高压变频相比，具有效率高、价格低、功率因数高等优点。 （27）氮氢压缩机的节电 氮氢压缩机的电耗占有合成氨电耗的70％左右，因此合理选择与使用压缩机对吨氨电耗有直接关系。要逐步淘汰落后、高耗的L3.3－17、4M8、4H8等陈旧压缩机，结合节能技改选择单机能力2≥×104t/a合成氨的大中型机组，使吨氨电耗明显降低。选用可靠的气阀，延长机组无故障运行时间，确保循环油冷却效果，提高一进压力与降低一进温度，提高段间冷却与分离设备效率等技术措施。尽量不要采用不同压缩机机型的并机使用，防止由并机不和谐而造成的无效功损失与影响运行周期。 （28）企业电网系统节电 该节电产品是通过对半导体瞬流控制技术，复合式实时滤波技术和远程跟踪与诊断技术的重大突破，以10～12s的反应速度对瞬流和高次谐波进行及时的测试和有效的控制，同时能抑制消除设备开关启合引起的色络效应和高能量突变引起的瞬流，提高电源质量，减少电损，提高系统用电设备的效率，达到节电的目的，使用后吨氨电耗可降低10kW·h。 （29）蒸汽管道系统节能 从锅炉房输送至各用汽点的蒸汽管道系统应遵循高压输送、低压使用的原则，有利减少管道建设费用、减少散热损失。系统应合理选择与配置足够的疏水阀，疏水阀使用好坏直接影响到蒸汽的消耗，是节能潜力最大的地方。要做好蒸汽管道系统保温工程，减少管网的热损失。 （30）回收利用冷凝水 对现有使用蒸汽加热而冷凝下来冷凝水大量被直接排至地沟的做法要尽可能改造为全部回收利用，既能回收其热量减少锅炉燃料的消耗，又能节省水费与水处理费、排水费用、降低生产成本，实现节能又增效。 以上介绍的是主要节能技术措施的一部分，其它还有不少行之有效的节能技术措施与小改小革不再一一叙述。 3 对今后氮肥行业节能工作的看法与建议 为了确保国家“十一五”节能减排目标的实现，促进国民经济又好又快发展，氮肥工业面临的节能减排的任务很重。为此，对今后氮肥行业节能工作提出如下一些看法与建议。 （1）重视节能技术改造、提高节能应用技术水平 要把节能减排技术改造与企业扩大规模、产品结构调整、企业改制工作等一样列为主要任务，不断地把各项有效的节能技术措施逐项对照落实，并要提高节能应用技术水平，对各项节能技术加以充分理解与消化，然后根据本厂实际条件与要求，因厂制宜的采用，不要照搬套用，做到采用一项、成功见效一项，使企业吨氨能耗指标尽快达到先进水平。 （2）提高节能管理水平、建立健全各项节能制度 要把企业节能管理与节能技术改造同样重视，放到议事日程上来抓，不断提高企业管理水平，尤其是有关节能管理方面，如煤场管理、用电管理、节水管理等，并建立与健全有效的节能工作考核与奖惩制度，要把能耗分析作为生产管理的主要内容，不断分析能耗高的原因，针对问题加以改进解决，有条件的企业建议组织能耗测定工作，通过测定搞清各生产工序能耗情况，找出差距，对企业节能降耗大有益处。 （3）采取走出去、请进来的方法，开展企业节能诊断