合成氨系統(tǒng)的能源利用及節(jié)能分析.doc

合成氨系統(tǒng)的能源利用及節(jié)能分析王 燦，孫 鐵 摘要：通過(guò)對(duì)某化工股份有限公司的能源審計(jì)，對(duì)此過(guò)程中的能源和物料平衡分析所積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)探討。主要針對(duì)合成氛裝置的能耗情況進(jìn)行分析，得出的計(jì)算分析結(jié)果能合理反映合成氨裝置的能源利用情況。 關(guān)鍵詞：合成氨；能耗計(jì)算；綜合能耗 中圖分類號(hào)：TE646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 1引言 針對(duì)某化工股份有限公司的能源利用情況，包括能源和原材料的管理概況，計(jì)量及統(tǒng)計(jì)情況，生產(chǎn)工藝流程，能源和原材料消耗指標(biāo)計(jì)算分析，主要耗能設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)能技改項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)分析等，計(jì)算得出該公司的合成氨的綜合能耗情況，分析能源利用和物料管理上的不足，并加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更合理的能源優(yōu)化配置及利用。 2用能工序、裝置及主要設(shè)備的能耗狀況 某公司是以油田天然氣為原料，有年產(chǎn)30萬(wàn)t合成氨、48萬(wàn)t尿素的大型化肥生產(chǎn)裝置。合成氨裝置采用美國(guó)凱洛格公司技術(shù)。有必要對(duì)公司的工藝工序、裝置及主要耗能設(shè)備進(jìn)行了解，了解過(guò)程包括收集工藝流程圖與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)合，掌握能源、物料的流程情況。各個(gè)關(guān)鍵工序都要進(jìn)行物料平衡和能源的計(jì)算和審計(jì)。 綜合能耗是指生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品自投料開(kāi)始到制成品為止的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所消耗的各種能源數(shù)量，只包括跟生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品有關(guān)的各種能源消耗，不包括企業(yè)非工業(yè)生產(chǎn)所消耗的能源，即企業(yè)在計(jì)劃統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，對(duì)實(shí)際消耗的各種能源進(jìn)行綜合計(jì)算所得的能源消耗量。主要用能工序、裝置包括合成氨裝置、尿素裝置和芳烴裝置在統(tǒng)計(jì)能源和物料平衡過(guò)程中，需要收集全面、真實(shí)反映情況的能源統(tǒng)計(jì)體系，它包括審計(jì)期和對(duì)比期的總廠的產(chǎn)品年總產(chǎn)量、購(gòu)入能源和消耗量、企業(yè)計(jì)量狀況統(tǒng)計(jì)表以及各分廠、分公司的工藝流程圖、主要耗能設(shè)備匯總表、計(jì)量統(tǒng)計(jì)表、物料平衡表。 2.1以天然氣為原料的合成氨工業(yè)的物料和能源平衡計(jì)算數(shù)據(jù) 全面真實(shí)地了解合成氮工藝需要的各種物料、消耗能源以及回收能源及產(chǎn)品產(chǎn)量，全面、真實(shí)的數(shù)據(jù)是進(jìn)行物料和能源平衡有效計(jì)算的前提。 由于天然氣的組分的不同，熱值不一樣，折和標(biāo)準(zhǔn)煤時(shí)需要通過(guò)每個(gè)月天然氣測(cè)得的平均熱值進(jìn)行換算。以2005年全年的數(shù)據(jù)為例統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、2、3。 企業(yè)、車間或工藝的能源利用情況需要把生產(chǎn)過(guò)程中計(jì)量出來(lái)的消費(fèi)實(shí)物量折合成總綜合能耗，其他能耗指標(biāo)包括單位綜合能耗、可比單位綜合能耗等。 2.2綜合能耗的計(jì)算 (1)總綜合能耗的計(jì)算。 總綜合能耗是企業(yè)在汁劃統(tǒng)計(jì)期內(nèi)消耗的各種能源量，經(jīng)綜合計(jì)算后得到的總能耗量。這里合成氨總能耗量=天然氣折標(biāo)煤+消耗能源折標(biāo)煤一回收能源折標(biāo)煤1。 天然氣由于不同時(shí)間段組分不同，通過(guò)測(cè)定的熱值算出其平均熱值再折合標(biāo)準(zhǔn)煤。這里天然氣的平均熱值是35 955.238kJ/m3，就能得出天然氣的噸標(biāo)準(zhǔn)煤折標(biāo)系數(shù)35 955.238/4.186 8/1 000/7 000 =0.0012268，把表1中天然氣折合成標(biāo)準(zhǔn)立方米240 694 016m30.9317=224 254 615 m3，通過(guò)折合后天然氣標(biāo)準(zhǔn)立方米量乘以折標(biāo)系數(shù)得出275 120.724t標(biāo)煤。電折標(biāo)煤系數(shù)1kWh = 0. 000 404t標(biāo)煤，消耗電力折合標(biāo)煤13 781 832kWh 折標(biāo)系數(shù)0.000 404 =5567.86t。脫鹽水的年平均熱值3 378.93 kJ，循環(huán)水的熱值566.04 kJ，低壓蒸汽的折標(biāo)系數(shù)是0.1011kJ /t，中壓蒸汽的折標(biāo)系數(shù)是0.1081kJ /t，高壓蒸汽的折標(biāo)系數(shù)是0.1116 kJ/t，鍋爐給水的折標(biāo)系數(shù)是0.038 8 kJ/t。折成標(biāo)準(zhǔn)煤后數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。 (2)單位綜合能耗的計(jì)算。 單位綜合能耗是以單位產(chǎn)量，或單位產(chǎn)值所表示的綜合能耗量。即用企業(yè)同一計(jì)劃統(tǒng)計(jì)期內(nèi)合格產(chǎn)品總產(chǎn)量除總綜合能耗量；或以企業(yè)同一計(jì)劃統(tǒng)計(jì)期內(nèi)產(chǎn)品凈產(chǎn)值除總綜合能耗量。 合成氨綜合能耗=370 408.953 9/288 155 =1.285t標(biāo)煤。 (3)可比單位綜合能耗的計(jì)算。 可比單位綜合能耗是為在同行業(yè)中實(shí)現(xiàn)能耗可比所計(jì)算出來(lái)的綜合能耗量。影響單位綜合能耗的可比因素很多，如企業(yè)的產(chǎn)品構(gòu)成，原材料與燃料的品種和質(zhì)量，生產(chǎn)的工序等，在可比單位綜合能耗的計(jì)算中應(yīng)加以考慮。可比單位綜合能耗只適用于同行業(yè)內(nèi)部相互比較，計(jì)算方法可在專業(yè)綜合能耗計(jì)算辦法中予以具體規(guī)定2。 衡量合成氨的可比單耗指標(biāo)主要有綜合耗能、噸氨耗天然氣、噸氨耗循環(huán)水等等。綜合耗能耗能總量氨產(chǎn)量，噸氨耗天然氣消耗天然氣總量氨產(chǎn)量，噸氨耗循環(huán)水=消耗循環(huán)水總量氨產(chǎn)量。計(jì)算結(jié)果如表5。 3用能效率分析 目前我國(guó)合成氨裝置多數(shù)以煤為原料生產(chǎn)，設(shè)備投資大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、各項(xiàng)成本高、能耗大。煤、油、氣三種原料中，以天然氣生產(chǎn)合成氨的成本最低。目前世界先進(jìn)水平的天然氣合成氨能耗為29GJ /t，我國(guó)引進(jìn)裝置平均能耗約37GJ/t。 通過(guò)對(duì)2005年12個(gè)月進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)和分析（見(jiàn)圖1），全年能耗基本上都在37.5GJ/t以下，由于10月份大修之后造成11月、12月能耗偏高。能耗水平屬于國(guó)內(nèi)中上水平，和國(guó)外先進(jìn)水平對(duì)比，節(jié)能潛力達(dá)22%，由于合成氨廠是耗能大戶并又屬于放熱反應(yīng)生產(chǎn)裝置，其中的大量熱能以冷卻水升溫的形式排出而浪費(fèi)掉，未能有效地形成結(jié)合全廠生產(chǎn)裝置用能情況的合理配置。合理利用不同品位的熱能，最大限度地利用好各裝置的余熱，加強(qiáng)合成氨裝置的設(shè)備管理，采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)，自動(dòng)調(diào)優(yōu)工況，可以有效地降低合成氨的綜合能耗。 4技改方向 合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上。 (1)研制性能更好的催化劑。 日本、俄羅斯、英國(guó)、美國(guó)、意大利等國(guó)家的科研人員投入大量的精力和物力進(jìn)行釘基催化劑的研究，以期用釕基催化劑取代鐵基催化劑。這種催化劑的開(kāi)發(fā)成功是合成氨工藝的一個(gè)重大進(jìn)步，它對(duì)合成氨工業(yè)降低生產(chǎn)成本、降低能耗有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 (2)降低氨合成壓力。 優(yōu)化氨合成系統(tǒng)壓力，實(shí)現(xiàn)低壓合成，大幅度降低產(chǎn)品電耗；推廣計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝置的安全穩(wěn)產(chǎn)。 (3)開(kāi)發(fā)新的原料氣凈化方法。 “雙甲”工藝可使合成氨原料氣中CO+CO2的體積分?jǐn)?shù)降至（510)10-6?！半p甲”工藝除具有精制氣體的功能外，還利用變換后的CO脫碳后的CO2副產(chǎn)精甲醇，為化肥企業(yè)產(chǎn)品多樣化提供了一條新路。“雙甲”工藝已在數(shù)家氮肥企業(yè)得到成功應(yīng)用，具有投資少、見(jiàn)效快、節(jié)能降耗明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)值得推廣的技術(shù)3。 (4)降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。提供預(yù)熱溫度較高、溫度波動(dòng)較小的助燃空氣，從而改善重油的燃燒狀態(tài)，提高火焰空間溫度及煙氣溫度。煙氣溫度的提高對(duì)于提高空氣預(yù)熱溫度奠定良好基礎(chǔ)，使整個(gè)鍋爐內(nèi)燃燒達(dá)到一個(gè)良性循環(huán)狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能降耗之目的。對(duì)廢熱鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，加大傳熱面積等，這樣就減小了傳熱溫差，在廢鍋出口處水蒸汽的溫度和壓力就能提高，則透平機(jī)就能輸出更多的軸功。合理利用了低位熱能，這樣裝置熱能利用率就可提高。 現(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設(shè)計(jì)能耗可降低到約29.3GJ。合成氨綜合能耗是化肥生產(chǎn)企業(yè)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它綜合反映了企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和管理水平，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 5結(jié)語(yǔ) (1)良好的參源和物料平衡分析是企業(yè)生產(chǎn)管理中防止差錯(cuò)、混淆的一項(xiàng)重要措儲(chǔ)。 (2)充分了解能源、物料的利用情況，可以發(fā)現(xiàn)物料是否誤用和非正常流失，