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氨吸收制冷工藝在NHD碳上的應用
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氨吸收制冷工藝在NHD碳上的應用
發布時間:2022-7-8 瀏覽量103
  1999年我廠原熱鉀堿法雙活化劑雙套碳改為單套NHD法碳,設計年生產合成氨150kt。因NHD碳屬物理吸收,設計用3臺1.84×106kJ/h冰機的冷量。在方案確定時,我廠提出碳系統的冷量,由我廠一直采用的氨壓縮制冷改為利用低溫余熱氨吸收制冷提供。因為采用NHD碳后,變換氣剩余的低品位熱能較多,如果這部分熱量不能利用,不僅增加低變氣水冷器冷卻水用量,還浪費了可回收利用的大約2.8×107kJ/h的熱量。根據我廠只有兩臺35 t/h動力鍋爐產汽,冬季生產和廠內外取暖用汽偏緊的實際情況,我們同設計院商議后,決定這部分熱量冬季用作家屬區采暖,夏季作為氨吸收制冷的熱源。對于生產余熱用于家屬區采暖,我廠采取了必要的措施;采暖水處增設一臺氣水分離器,由分離器頂部排出的水汽再經取樣冷卻器后用可燃氣分析儀每班分析一次,一經發現發生器內漏,立即停車處理。另外,為防止采暖水管線超壓,還增設了2塊爆破板。夏季用于氨吸收制冷時可得到大于8.36×106kJ/h的冷量,節省了5臺1.83×104kJ/h的冰機。這部分冷量供NHD碳使用,剩余送合成。
  1 工藝流程

  氨吸收制冷工藝流程見圖1。


  氨吸收制冷工藝流程主要由吸收、精餾、冷凝、節流膨脹、蒸發等組成。來自氨蒸發器制冷后的—8℃蠱(約0.2MPa)同合成車間來的部分氣氨匯合,先進入過冷器與1.5MPa的液氨換熱,再進入吸收器組,由稀氨水溶液(濃度30%,溫度46℃)吸收,吸收反應熱由低于28℃的冷卻水帶走。吸收后的濃氨水(42%)溶液流入濃氨水貯槽,然后由氨水泵把濃氨水打入溶液換熱器,與來自精餾塔底的稀氨水溶液換熱,濃氨水被加熱至接近泡點溫度(92℃)后進入精餾塔中部,噴淋在波紋填料上,與上升的氨水進行熱質交換,本身濃度變稀,再流入發生段。精餾塔頂濃度99.8%以上的氨氣少部分經回流冷凝器冷凝下來,大部分去冷凝器,氨氣由循環冷卻水冷凝成高壓液氨。由低變系統來的166℃變換氣供給發生器熱量,加熱精餾塔底溶液。塔底的稀溶液,經溶液換熱器與濃氨水溶液換熱降至46℃后,去吸收器吸收氣氨,增濃至42%,流量為64t/h。又從精餾塔頂放出高壓氨氣經冷凝后供用戶使用。濃、稀氨水如此不斷循環。
  2 系統改進情況
  (1)精餾塔原設計高度為28m(利用原二次碳塔),因回流冷凝器安裝在塔頂難度大,根據實際情況將精餾塔割掉9m,改造后連同回流冷凝器的高度共為23 m。塔頂回流冷凝器改為波紋管式冷凝器,面積也由原來的709m2減為250m2。
  (2)浮閥型塔板改為刺孔板波紋填料。
  (3)真空泵改為蒸汽噴射泵。
  (4)低變氣管道上新配蒸汽管線,目的是當低變氣停車時,快速送入高壓蒸汽,以保證精餾塔發生器的溫度不下降,同時避免氨吸收系統出現大的波動。
  (5)液氨貯槽增設一次表,液氨輸送管道安裝自調閥。
  3 氨吸收制冷開車情況
  裝置于2000年4月底安裝結束,5月1日正式開車。在很短的時間內就轉入正常生產。到5月 3日已生產出制冷劑(液氨)10~13m3/h(折合氨7t/h左右)。冷凍量大約為9.1×106kJ/h。
裝置開車前,造氣NHD碳和合成車間氨冷器用8臺冰機(4月底)。5月氨吸收制冷正常后,冰機由8臺減至4~5臺。由于采取液氨通過過冷器過冷等措施(由40℃降至20℃以下),同時合成立式冷凝器熱負荷大大減輕,氨冷器出口壓力由0.26MPa降至0.2MPa,出口循環氣溫度由0℃降至—3℃左右。   
  4 氨吸收制冷系統改進設想
  目前氨吸收制冷量沒達到設計的10.8t/h,主要原因如下。
  (1)低變氣入精餾塔發生器溫度沒達到設計值(166℃)。主要是發生器前洗滌水進洗滌水加熱器溫度偏低。設計為120~130℃,而實際為104℃。因此取走的熱量相對多些。解決此問題的方法是將642炭黑水換熱器由并聯改為串聯,盡可能多回收炭黑水的余熱,將炭黑水排放溫度降到80℃以下(現在為90℃)。去氣化爐急冷室的水及各級分離器加水不宜過多。
  (2)現用的氨水換熱器面積為168m2。生產運行表明,此換熱器換熱面積偏小,影響換熱,去吸收器的氨水溫度在70%的負荷下達到56℃(設計46℃),濃氨水進精餾塔的溫度只有72℃ (設計92℃),影響了精餾塔的生產能力。
  (3)此系統投油量應盡量調到7.5~8t/h(現7.2t/h),以增加更多的余熱提供給氨吸收裝置。另外,結合我廠中低低變換工藝流程特點,當催化劑老化或其他原因造成變換氣CO含量偏高時,可以考慮向變換系統添加高壓蒸汽的方法,這樣不僅能變換氣出口CO含量,同時為氨吸收制冷提供更多的熱量。    

  5 本裝置設計用水量和實際用水量比較
  10.8t/h液氨設計冷卻水消耗情況見表1。


  從表1可以看出,設計冷卻水消耗總量為1323 m3/h,即每噸液氨設計消耗冷卻水量為 122.5 m3。
  現實際氨吸收制冷液氨量只有7 t/h左右,總用水量應為857.5 m3/h。
  7t/h液氨實際冷卻水消耗情況見表2。即7t/h液氨實際消耗冷卻水量為475.4m3/h。

  根據以上比較可知,實際用水量要比設計用水量少得多,用水量少的主要原因一是氨吸收制冷系統冷卻水的換熱面積設計富裕量大,實際每臺換熱器冷卻水出入口的溫差△t>10℃,回流冷凝器的溫差△t甚至可達到20℃;二是入冷卻器上水溫度為22℃,較低(設計為28℃)。
  如果碳系統改造不采用氨吸收制冷,精餾塔發生器所用的熱量(1.8×107kJ/h)也靠低變氣水冷器移走,其用水量至少需880m3/h;而氨吸收制冷開車后,冷卻水只需260m3/h。另外,合成冰機停用3~4臺后,相應立式冷凝器冷卻水減少500m3/h。以上數據表明,氨吸收制冷用水依托老廠改造其綜合用水量反而少些。
  6 氨吸收制冷工藝的特點
  (1)用氨吸收制冷時氨水泵的電耗經計算為65kW•h,比壓縮制冷節約電耗。
  (2)設備簡單,容易加工制造,除氨水泵外都是靜置設備,全部可以露天安裝。
  (3)操作彈性大,一般適用于(400~1200)×104kJ/h的規模,能在30%~110%設計范圍內正常運行。
  (4)裝置投資和操作費用隨蒸發溫度的升高。
  我廠利用余熱進行氨吸收制冷[(840~1280)×104kJ/h],總投資大約280萬元,針對 NHD碳的匹配至少節省4臺8AS17型冰機及配套設備、廠房等,節省投資約150萬元。通過計算表明,由于采用氨吸收制冷工藝多投入的工程資金,不到一年時間即可收回。
  另外,夏季合成氨蒸發器出口氣溫度在同等條件下,由過去的0℃下降到—2℃左右,同時減少入合成塔循環氣量,會帶來更可觀的經濟效益。
  從目前運行效果來看,氨吸收制冷工藝用于NHD碳,設備簡單,經濟實用,操作方便,為低品位熱能的回收開辟了新的途徑。

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