降膜式闪蒸浓缩器的应用及节能效果简述
王 献
（合肥瑞鑫化工科技有限公司，安徽 合肥230061）
［摘 要］介绍水溶液全循环法尿素装置节能扩产改造中蒸发系统存在的缺陷，阐述降膜式闪蒸浓缩器的技术特点，将其应用于水溶液全循环法尿素装置，可取得较好的经济效益。
［关键词］ 尿素装置；蒸发系统；改造；降膜式闪蒸浓缩器；技术特点；经济效益
［中图分类号］ TQ 441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2015）06-0040-02
当前我国尿素市场疲软，引起了各生产企业对尿素装置节能降耗的重视，纷纷对现有尿素装置在节能降耗方面进行投入。鉴于各种生产原料价格的持续上涨，要想获得较好的经济效益，必须不断采用新技术、新产品，以最大限度地降低成本，达到节能降耗的目的。
1 问题的提出
随着我国尿素生产技术的不断发展，对于水溶液全循环法尿素装置、二氧化碳汽提法尿素装置，国内很多公司先后推出了不少新技术、新工艺、新设备，如尿素合成塔高效塔盘、闪蒸尿液浓缩器、造粒塔粉尘回收、尿素水解技术及余热回收、低压蒸汽的再利用等。采用了这些新技术、新工艺、新设备后，吨尿氨耗可降至575 kg、汽耗可降至1 000 kg（水溶液全循环法尿素装置），大大降低了尿素的生产成本。
在尿素装置“四改六”及“六改十”的初期，曾出现过所谓的“三段蒸发流程”，即闪蒸槽按照二段蒸发器的模式增加了闪蒸加热器，闪蒸加热器采用低压蒸汽加热。闪蒸加热器的采用在一定程度上减轻了一段蒸发器的负荷，但对降低蒸发系统的蒸汽消耗作用甚微。
对于一段蒸发器热能回收段（壳侧），据其进料（预精镏塔出口气体和二甲液）氨碳比的不同，在1.8 MPa压力下，其冷凝温度在110～120 ℃之间。由于壳侧物料的冷凝温度一定，因此，出一段蒸发器热能回收段（管侧）的尿液温度也是一定的。如果尿液通过闪蒸加热器加热后，进一段蒸发器热能回收段（管侧）的尿液温度升高5 ℃，那么尿液经过一段蒸发器热能回收段（管侧）的温升将降低5 ℃，使一段蒸发器热能回收段的热效率降低，且将加重一吸冷却器的负荷。
另外，随着尿素装置产能的扩大，很多厂家一段蒸发器热能回收段并未作相应的改造，由于其能力不足，热能回收段的热效率低，也增加了一段蒸发加热段的负荷。
那么，有什么可以借鉴的成功经验呢？我公司经过长期研究，并考察国内多家日产400～1 000 t的氨汽提法尿素装置，结合水溶液全循环法尿素装置的实际情况，成功开发出降膜式闪蒸浓缩器。
2 降膜式闪蒸浓缩器的技术特点
降膜式闪蒸浓缩器由顶部分离器及下部降膜式加热器组成。降膜式蒸发器可以有多种结构形式，但均体现在液体分布器形式的不同上，一般说来，有齿形溢流、导流棒、螺纹导流管和切线进料旋流器等液体分布器。液体分布器的设计是否合理，是整个设备运行效果能否达到预期的关键所在。以上几种液体分布器各有特点：齿形溢流分布器对液位波动较敏感，当液位变化时，往往会导致液体分布不均；导流棒分布器虽然物料分布较均匀，但当物料中有颗粒或结晶时，易产生堵塞而影响使用效果；螺纹导流管是在导流管上刻有螺旋状的沟槽，使液体产生旋流向下的惯性，从而形成液膜，但其沟槽的大小要根据物料的流量设计得很精确，否则会影响分布效果或产生堵塞；我公司设计的液体分布器采用切线进料旋流器，集中了上述几种分布器的优点，适合于不同的生产负荷，不易发生堵塞，所形成的液膜非常均匀，是一种比较理想的液体分布器。
采用降膜式闪蒸浓缩器工艺流程，降膜式闪蒸浓缩器设置在二分塔及一段蒸发器之间，其相当于闪蒸槽及一段蒸发器热能回收段的作用，这样就可取消一段蒸发器热能回收段（此设备也可采用低压膨胀槽蒸汽加热，达到节约蒸汽的目的），方便一段蒸发器加热段的维修。
降膜式真空预浓缩器流程见图1。从二分塔来的温度140 ℃、浓度67%（质量分数，下同）左右的尿液，减压后切线进入降膜式闪蒸浓缩器上部的分离段，在0.04 MPa压力下，尿液中所含的CO2、游离氨以及部分水被闪蒸出，液体经特殊结构的液体分布器，从换热管顶部沿管内壁向下流动并形成液膜，壁面蒸发蒸汽逸至液膜表面到管中心的空间，在真空抽吸下向上流动，液膜则沿管壁流下。这其实是一种自汽提模式，在加热管内气液自动分离，不用另设置气液分离设备。
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期