合成氨工藝污水廢熱在集中供熱中的應(yīng)用

米雪鋒

(河北陽(yáng)煤正元化工集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050061)

1 概述

靈壽縣城區(qū)冬季民用建筑采暖和工業(yè)用熱原以小型分散燃煤鍋爐房或小煤火爐的分散供熱方式為主，此供熱方式嚴(yán)重污染了靈壽縣城區(qū)的大氣環(huán)境。此外，分散供熱耗煤量大，產(chǎn)生的塵渣多，也是污染環(huán)境的主要因素。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，有效地控制SO2的污染已成為國(guó)家規(guī)劃的一部分。減少SO2排放量，控制大氣污染，提高環(huán)境質(zhì)量，是目前及未來(lái)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重要課題[1-2]?；谝陨显颍仪f正元化肥選用了造氣污水廢熱、尿素系統(tǒng)高溫脫鹽水熱量、利用發(fā)電汽機(jī)凝汽器熱量做熱源分三期改造。經(jīng)過(guò)實(shí)際論證和改造，項(xiàng)目一期供熱工程于2014年11月15日正式投運(yùn)，二期工程于2015年10月投運(yùn)，三期工程于2016年11月投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)供熱面積2 000 000 m2，為靈壽縣民生工程做出了重大貢獻(xiàn)。

2 工藝原理

2.1 造氣廢熱利用

利用造氣75 ℃左右的污水抽真空產(chǎn)生蒸汽，以換熱器對(duì)供暖用水進(jìn)行加熱，造氣污水返回造氣系統(tǒng)，閃蒸汽冷凝液送入循環(huán)水或造氣污水系統(tǒng)，供暖用水溫度不足時(shí)用低壓蒸汽進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝液送回鍋爐除氧器。

項(xiàng)目采用了10臺(tái)直熱機(jī)組，利用水在真空狀態(tài)下沸點(diǎn)降低的特性，以極小的能耗在蒸發(fā)器內(nèi)制造出真空環(huán)境，使50 ℃以上的工業(yè)廢水無(wú)需二次加熱，直接生成大量接近廢水初始溫度的負(fù)壓蒸汽，攜帶大量的汽化潛熱給供暖水加熱。直熱機(jī)組的蒸發(fā)器與冷凝器分開(kāi)，高低溫多級(jí)純逆流換熱，傳熱效率大幅度提高，使冷凝器出口溫度接近蒸發(fā)器出口溫度，工業(yè)廢水無(wú)需經(jīng)過(guò)其他處理就能夠進(jìn)行直接換熱，減少了中間換熱環(huán)節(jié)，降低了能耗，提高了換熱效率[3]。

2.1.1 工藝流程簡(jiǎn)述

造氣污水由熱源泵送入直熱機(jī)蒸發(fā)器，由蒸發(fā)器水泵將污水返回造氣系統(tǒng)。供熱用戶回水由供熱循環(huán)泵增壓后打入直熱機(jī)板式換熱器，與蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行換熱后溫度不足，經(jīng)低壓蒸汽進(jìn)行加熱后送供暖用戶使用。補(bǔ)水由深井泵經(jīng)過(guò)軟水處理后補(bǔ)入供熱循環(huán)泵進(jìn)口。汽水換熱器低壓蒸汽來(lái)自造氣，換熱后冷凝液送入吹風(fēng)氣鍋爐除氧器。

2.1.2 方塊流程圖

方塊流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 方塊流程圖

2.2 尿素系統(tǒng)高溫脫鹽水余熱

(1)原流程

制冷機(jī)組利用尿素系統(tǒng)高溫脫鹽水熱量制造低溫水，用于合成氨系統(tǒng)氣體降溫。

(2)改造后流程

尿素系統(tǒng)高溫脫鹽水熱量和供暖水進(jìn)行間接換熱，供暖水溫度提高，同時(shí)尿素系統(tǒng)脫鹽水實(shí)現(xiàn)自循環(huán)閉路運(yùn)行。制冷機(jī)組利用尿素系統(tǒng)高溫脫鹽水熱量制造低溫水，供合成氨系統(tǒng)氣體降溫。

2.3 發(fā)電汽機(jī)凝汽器余熱利用

(1)原流程

發(fā)電汽機(jī)凝汽器余熱利用原流程見(jiàn)圖2。

圖2 原流程

汽機(jī)發(fā)電后的乏汽進(jìn)入凝汽器，用循環(huán)水降溫，熱水帶壓進(jìn)入涼水塔，冷卻降溫后，涼水由循環(huán)水泵加壓送至凝汽器，在凝汽器中對(duì)汽機(jī)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷卻，使乏汽冷凝成水。

(2)改造后流程

發(fā)電汽機(jī)凝汽器余熱利用改造后流程見(jiàn)圖3。

圖3 改造后流程

汽機(jī)發(fā)電后的乏汽進(jìn)入凝汽器，用循環(huán)水降溫，熱水進(jìn)入集中供熱系統(tǒng)，給用戶提供熱源后，涼水進(jìn)入凝汽器進(jìn)行換熱。將汽機(jī)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷卻，使乏汽冷凝成水。

3 調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題及改造措施

(1)存在的問(wèn)題

供熱水中含有氨氮，造成用戶閥門(mén)、熱水器腐蝕。

(2) 原因及改造措施

造氣污水廢熱供暖初期，抽真空產(chǎn)生的閃蒸冷凝液補(bǔ)入到供暖水系統(tǒng)，部分用戶反映銅閥門(mén)、熱水器有輕微腐蝕，公司接到反映后立即查找原因，發(fā)現(xiàn)供暖水中含有氨氮，含氨水與銅離子形成銅氨絡(luò)離子，造成閥門(mén)、換熱器腐蝕。經(jīng)分析，氨氮來(lái)源于造氣廢水閃蒸產(chǎn)生的冷凝液，立即閃蒸冷凝液，并對(duì)供熱水進(jìn)行置換，置換后運(yùn)行平穩(wěn)。

4 效益及社會(huì)影響

5 結(jié)語(yǔ)

合成氨工藝廢熱利用不僅降低了能耗，而且每年節(jié)約燃煤約13 846 t。同時(shí)減少了SO2排放對(duì)大氣造成的嚴(yán)重污染，為減少霧霾、營(yíng)造碧水藍(lán)天、改善人類(lèi)生活環(huán)境做出了貢獻(xiàn)[4]。