大型煤化工装置节能降耗措施的应用_郭零.pdf

氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月作者简介：郭 零（），女，工程师，主要从事煤化工生产科技创新管理工作；大型煤化工装置节能降耗措施的应用郭 零（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城）摘 要：通过在化工生产中采取设备优化改造、工艺操作及工艺流程优化升级等一系列节能改造措施，挖掘装置潜能，达到降本提效、节能降耗的目的。关键词：化工；改造；节能 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：中华人民共和国节约能源法所称节约能源（简称节能）是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理，以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。化工行业，如农药、陶瓷、水泥、化妆品、食品和饮料、玻璃、工业气体、工业化工、皮革、矿物加工、油漆和颜料、石油化工等，其中许多涉及连续过程。为了生产社会需要的有价值的产品，化工厂的数量一直在稳步增加，部分旧装置设备是按照过去的旧标准或旧规范设计的，仅适合当时的经济、技术和社会条件。由于经济和社会条件的不断发展，减少能源消耗和降低运营成本成为化工企业追求的目标。技术改造就是利用新工艺技术，减少环境影响，降低运行成本，以达到增加生产能力，有效地处理部分物料的目的，提高装置操作运行的安全性、降低能源消耗及减少环境污染排放。河南龙宇煤化工有限公司（简称龙宇煤化工）一期项目为年产 万 甲醇项目，二期项目为年产 万 醋酸及年产 万 乙二醇项目，配套有.万 和 万 空分装置各 套、和 锅炉各 套、壳牌煤气化装置和五环煤气化装置等。经多年装置运行，技术管理人员发现运行装置中存在部分耗能现象，在不断总结研究后提出一系列技术改造措施，以达到节能降耗的目的。设备优化改造.余热回收装置利用余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。余热回收利用是提高经济性、节约燃料的重要途径。龙宇煤化工二期 套五环煤气化装置采用合成气激冷流程，产生约 高温黑水，只能通过闪蒸系统减压减温后，再通过换热器降至 以下，排入澄清槽进行固液分离。回收灰水进行循环利用时，加大循环冷却水的使用量，以保证黑水温度。一方面增加了生产成本，另一方面大量的黑水通过冷却水换热来降温，造成了黑水低位热量的浪费，不利于节能降耗，并且降低了经济效益。为了回收热量、节能降耗，龙宇煤化工利用先进的余热、余压回收技术，将高温黑水引至 台高效热交换器中，通过余热回收装置回收黑水低位热能；被加热后的热水用于市政供暖。余热回收装置回收热量，一方面降低了循环冷却水的使用量，减少冷却水质量流量约 ，降低了生产成本；另一方面充分利用了黑水的低位热量，将回收的热量用于市政供暖，达到余热回收、节能降耗的目的，增加了经济效益。该余热改造将高温冷凝液的热量和余压资源氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月综合利用，降低生产成本，实现企业节能提效。.渣池水循环泵节能改造壳牌煤气化装置渣池水循环泵是该装置较重要的离心泵，该泵为卧式单机单叶轮离心泵，介质为渣水，正常运行为 开 备。渣池水循环泵的主要运行参数见表。表 渣池水循环泵主要运行参数项目数值额定体积流量（）扬程 转速（）电机功率 进口压力 出口压力 相对密度 该渣池水循环泵设计功率较大，正常运行中通过孔板限制出口流量；装置运行周期的变长及气化炉煤种的不稳定，造成工作介质渣水中固含量波动且偏高于设计值，导致泵出口限流孔板、泵叶轮及过流部件磨损加剧。同时，在运行中该泵电机运行电流偏高，约为 。经过技术人员分析，确定机泵叶轮直径过大导致流量过大，出口又受限流孔板限制，流体做功后无法完全排出，流体在泵壳内有湍流现象，从而导致电流高、振动大。对该渣池水循环泵进行改造升级，通过改小叶轮、增大泵出口孔板直径等措施，保证泵出口流量不变，调高泵效率，降低了电机运行负荷，减少维护检修费用。改造实施后有效降低机泵运行电流至 左右，按照电费单价.元（）、每小时节约电量 、运行 计算，渣池水循环泵年节约费用 元；改造后能够有效降低过流部件的冲刷磨损，改造后叶轮及蜗壳衬板更换周期延长，节约备件费用约 万元。改造后每年每台设备节约费用约 万元。.循环水汽动泵节能改造利用富余的低压蒸汽，将循环水电动泵改为汽轮机驱动的循环水汽动泵。使用低压蒸汽推动汽轮机作为循环水泵的动力源，在不改变水泵的情况下，利用富余蒸汽直接推动循环水泵做功供水，循环水泵的动力改装，从根本上解决循环水泵能耗高的问题，实现节能降耗、降低生产成本、提高经济效益的目的。循环水电动泵的主要动力参数见表。表 循环水电动泵主要动力参数项目数值电流 体积流量（）扬程 功率 改造实施后，设计循环水汽动泵每台每小时节 约 电 量 ，每 月 可 节 约 电 量 ，电费单价按.元（）计算，则每月直接经济效益达 元，每年经济效益为 元，约为 万元。在蒸汽富余的情况下，可以增加改造数量，实现节能效益的最大化。工艺操作优化氮气作为工艺气，在甲醇合成、醋酸合成、乙二醇合成中属于惰性气体，在合成过程中不参与反应，但会影响合成反应的速率。若合成原料气中氮气含量高，为了保证合成反应速率，弛放气放空量会增大，造成原料气单耗增加，合成成本提高。但如果过度调低惰性气体的含量，就会导致放空量增加，损失更多的有效气体。龙宇煤化工原料气中较大部分氮气来自气化装置造气工序。为有效降低合成气中氮气含量，分析气化装置氮气主要应用点，包括压缩机干气密封气、气化炉振打器密封气、气化炉飞灰收集罐底锥流化气等。结合设备运行状况，壳牌煤气化装置将气化炉飞灰收集罐底锥流化气由氮气改为二氧化碳气体，确保正常流化收灰。通过改变输送的流化气介质，有效降低合成气中氮气含量，体积分数由.降低到.。合成气组分中氮气含量降低，弛放气排放体积流量减少约 ，甲醇产量提高。进一步提升龙宇煤化工一二期互联互通耦合价值，优化有效气组分，降低氮气含量，避免了利用一期合成气送二期从而出现深冷分离装置的波动，提高了一氧化碳产品纯度，提升一氧化碳产品品质，降低一氧化碳产品中氮气含量；避免了深冷分离装置为提高一氧化碳产品纯度进行大量液体排放；避免了冷量的损失，提升一氧化碳产品产率；避免了醋酸装置因一氧化碳纯度波动出现工况波氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月动，降低催化剂沉淀风险，减少为提高反应系统一氧化碳分压的高压尾气放空，提高产品合成效率。一氧化碳产品纯度提高，有利于乙二醇羰基化合成负荷的提升，降低了弛放气排放量。工艺流程的优化升级.尾气排放节能降耗优化原设计龙宇煤化工一期甲醇汽提尾气、醋酸低压甲醇吸收塔放空尾气和乙二醇装置尾气等大部分尾气被直接放空至火炬，既不利于环保又浪费了大量尾气热量。为实现节能降耗，经优化工艺和设计改造，将放空尾气中的有效气（一氧化碳和氢气）送入锅炉掺烧，充分利用尾气中有效气的附加值，减少火炬排放量。经计算，掺烧尾气后，每小时可节约燃煤 （低位热值取.），每年则可节约 煤（以 计），煤 单 价 按 元 计算，每年可节约约 万元。掺烧尾气不仅减少了原尾气的对空排放燃烧，减少了资源的浪费，为企业节约能源，而且有利于环保，对实现节能减排具有重要意义。.废热锅炉流程升级改造龙宇煤化工醋酸装置原设计工艺中，甲醇羰基化反应产生的反应热，一部分通过减压闪蒸，由反应液相变过程再利用，另一部分通过热交换器交换后移除。被移除的反应热最终通过循环水系统消除，不仅增加了循环水的消耗，而且使这部分反应热没有得到充分的利用。通过在热交换器前增加 台废热锅炉，由废热锅炉回收醋酸装置反应器中高温反应液的热量，副产.的低压蒸汽，将该部分反应热再次利用，提高装置能效。改造完成后充分回收醋酸装置反应器中高温反应液的热量，副产 万 的.低压饱和蒸汽，并减少装置循环冷却水用量。废热锅炉应用成功后，取得的主要成效有：（）节能降耗，降低用电、用汽成本，提高效率，减少环境污染。醋酸反应系统新增废热锅炉移热工艺可实现副产.蒸汽.。按照装置年产 万 醋酸进行测算，反应釜出口醋酸液体进废热锅炉的温度为 ，出废热锅炉的温度为 ，质量流量为 ，平均比热容 为 （），产 生 热 量 。.蒸汽汽化热为 .，则产蒸汽质量流量为.。蒸汽单价按 元 计算，可产生经济效益约 元，年收益可达到 万元。（）移除反应热，加大醋酸负荷提升空间。目前醋酸装置负荷提升后，原有反应液冷却系统在热量平衡方面基本没有调节的余量，通过废热锅炉移除反应器内部分反应热，减小冷却系统热负荷，破除反应系统热量平衡难题，为醋酸装置负荷提升提供保障。该升级改造在充分利用现有设备能力的基础上，回收利用原设计中未能充分利用的热能，进一步降低醋酸装置和单位醋酸的综合能耗，促进装置运行提质增效。结语龙宇煤化工针对制约生产再提升的瓶颈问题，积极开展“绿色改造”、“智能改造”、“技术改造”，显著提升装置综合运行水平，降低产品单耗。先后完成了余热回收利用、渣池水循环泵、循环水汽动泵、醋酸装置废热锅炉流程改造及尾气综合利用等项目，同时优化调整合成气组分中氮气含量，减少弛放气排放量，增加产品产量，进一步达到环境保护、节能降耗的目的，提升了企业竞争力。参考文献 侯刘涛 干粉煤气化炉长周期运行研究 化肥设计，（）：杜孟洪，程书花 煤气化装置闪蒸系统余热回收利用改造 大氮肥，（）：张鸿儒，樊飞，门俊杰 深冷分离技术提取 产品气探析 化肥设计，（）：赵冬冬 煤气化产品气中氮气含量调整研究 化肥设计，（）：（收稿日期）