煤制合成氨项目低品质蒸汽回收利用方案探讨
郭 涛
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475000）
［摘 要］介绍目前煤制合成氨项目中低品质蒸汽回收利用的途径，阐述回收利用过程的优劣，结合多家企业的低品质蒸汽回收利用方案，针对晋开公司低品质蒸汽周期性富余和大型发电机组开工率低的现状，提出低品质蒸汽回收利用的可行性方案。
［关键词］ 合成氨；低品质蒸汽；回收；发电；蒸汽喷射式热泵
［中图分类号］ TQ 113.28 ［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2015）05-0033-03
0 引 言
目前煤制合成氨项目中，生产过程中放出的热量都得到了有效回收。在热量回收过程中，用得最多的就是利用废热锅炉产生不同品质的蒸汽。品质高的蒸汽应用范围相对比较广泛，品质低的蒸汽由于压力和温度的局限性，不能被很好地利用，甚至部分被放空处理，这样既浪费了宝贵的能源，也会对环境造成一定影响。我公司百万吨总氨项目合成氨、尿素系统满负荷生产时，副产大量的低品质蒸汽，公司根据自身装置的工艺特点，采取了多种途径对低品质蒸汽进行回收，但是在不同季节仍然有部分低品质蒸汽得不到有效利用，只能放空处理。本文通过对低品质蒸汽回收利用的现状进行分析，结合多家企业的低品质蒸汽回收利用方案，提出我公司低品质蒸汽回收利用的可行性方案。
1 低品质蒸汽的特点
低品质蒸汽一般来说压力等级在0.1～0.5 MPa，温度在100～160 ℃，蒸汽的动力性能较差，加热其他介质的效率较低，且加热温度有限，所以低品质蒸汽的回收利用一直是煤制合成氨项目研究的一个重要课题。
2 低品质蒸汽回收利用途径
2.1 用作除氧器热源
煤制合成氨项目大多用到锅炉，锅炉给水除氧是防止锅炉腐蚀的主要方法，目前锅炉水的除氧方式有2种：热力除氧和化学除氧。在容器中，溶解于水中的气体量主要由两个方面决定：一是与水面上该气体的分压力成正比（即压力越高，该气体在水中的溶解度就越大，反之则越小）；二是与水温有关（即水温越高，该气体在水中的溶解度越小，当水温为相应工作压力下的饱和温度时，气体在水中的溶解度为0）。热力除氧法就是用蒸汽来加热锅炉给水，提高水的温度，使水面上蒸汽的分压逐步增大，而溶解气体的分压则逐渐减小，溶解于水中的气体就不断逸出，当水被加热至相应压力下的饱和温度时，水面上全部是水蒸气，溶解气体的分压为0，水不再具有溶解气体的能力，亦即溶解于水中的气体（包括氧气）被除去。热力除氧蒸汽消耗量较大，可以把低品质蒸汽作为除氧器的热源，对锅炉给水进行热力除氧。
2.2 用作管线伴热热源
生产过程中，大量的物料在常温下是固体，为了输送方便，需要对物料进行加热溶解，然后用管道进行输送。输送过程中为了防止物料堵塞管道，需要对管线进行伴热，或者为了达到某种工艺要求的温度需要对管线进行伴热等，这些都可以用低品质蒸汽作为热源。
2.3 用作溴化锂制冷热源与环境取暖热源
在溴化锂吸收式制冷中，由于溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发，因此可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸汽为纯水蒸气。在一定温度下，溴化锂水溶液液面上的水蒸气饱和分压小于纯水的饱和分压，而且浓度越高，液面上的水蒸气饱和分压越小，所以在相同的温度条件下，溴化锂水溶液浓度越大，其吸收水分的能力就越强。这也就是通常采用溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂的原因。目前溴化锂制冷技术已经广泛应用于工业生产、民用空调等领域，鉴于溴化锂机组对蒸汽品位要求比较低（012 MPa以上的低压蒸汽都可以满足要求）和耗能少的特点，大多数工业企业都开始使用溴化锂机组制冷，用来给生产系统中需要低温的设备提供冷量，或者在夏季时给生产岗位、办公区域的空调提供冷源。在冬季，溴化锂机组逐渐关停时，富余的低品质蒸汽可以用作生产岗位、办公区域暖气的热源。
2.4 引入蒸汽透平机作为用电设备的动力蒸汽
随着科技的进步，使用低品质蒸汽的特殊透平机开始被应用于生产，并且取得了良好的经济效益。生产过程中，锅炉给水泵和循环水泵的能耗比较大，因此可以将低品质蒸汽引入特殊的透平机做功，作为水泵的动力源，取代电动机驱动，从而降低生产能耗。
2.5 用于螺杆发电机组发电
国内低压蒸汽发电技术起步较早，上世纪70年代就开始有余热发电技术的应用。随着低温余热回收发电技术的日益成熟及其经济上的可行性，它越来越受到人们的重视。螺杆发电机组是以螺杆膨胀机作动力机，拖动发电机发电。螺杆发电机组对热源的要求较低，适于用回收的低品质蒸汽或者汽水混合物的能量推动机组做功实现发电。发电机组排汽压力大于大气压，出口压力根据用户要求设计，螺杆膨胀机排汽还可进入下一用热工序利用。
2.6 用于蒸汽喷射式热泵加压
蒸汽喷射式混合器（又称热泵）广泛应用于纺织、造纸、石油、热电等以蒸汽作为动力的行业中，主要用来促进蒸汽循环，提高低压蒸汽压力。而目前，此类企业由于生产工艺的需要，往往都设置蒸汽减温减压装置，将高品质蒸汽参数降低到生产需要的低品质蒸汽参数。尽管减温减压装置从热力学第一定律（能量转化及守恒定律）的观点来看能量没有损失，输入能量与输出能量相等，但从热力学第二定律（能量降低的转换过程是不可逆过程）的观点来看，造成了很大的损失，即减温减压后的蒸汽做功能力大大降低，做功后由于蒸汽参数低，往往不能满足工艺生产的需要而白白浪费，其结果是造成设备能耗大，装置运行成本高，严重制约企业产品的竞争力。而蒸汽喷射式混合器不但能回收白白排放掉的低品质蒸汽，而且能借助高压驱动蒸汽的喷射，抽吸低压蒸汽或凝结水闪蒸气，并将其混合扩压，使其参数提高至足以满足生产工艺和供热、取暖、制冷等的需要。
3 低品质蒸汽利用方案讨论
更多内容请见《中氮肥》2015年第5期