谭小术
（四川美丰化工股份有限公司，四川 德阳618000）
［摘 要］ 新疆美丰化工有限公司100 kt/a合成氨（采用天然气+蒸汽加压两段转化工艺，氨合成上游系统主要设备均利旧）、180 kt/a尿素装置整体工艺水平较为先进，系统中高品位热能利用非常充分，但低品位热能基本上没有利用。经分析，其主要原因为大量低压蒸汽放空以及温度约90 ℃的合成氨工艺冷凝液和尿素蒸汽冷凝之热量没有回收利用，与此同时，公司生活办公区域冬季采暖又燃用1台燃气锅炉，消耗大量的天然气，造成能源利用不充分、不合理。2013年10月利用停车大修时机实施回收低品位热能用于生活办公供热采暖的技改后，实现了停运燃气锅炉、向兄弟单位供暖、多产尿素（因燃气锅炉停用而匀出了原料天然气）、回收低压蒸汽、减少循环水用量等多重目标，经济效益显著；但同时也指出，此低品位热能回收利用措施存在季节性限制，尚待探索更长期充分利用的方案。
［关键词］ 合成氨-尿素装置；低品位热能；回收利用；供热采暖；节能降耗；经济效益
［中图分类号］TQ113.28［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）03-0024-03
0 引 言
新疆美丰化工有限公司（简称新疆美丰）是四川美丰化工股份有限公司（简称四川美丰）与新疆建设兵团第一师合作成立的尿素企业，其100 kt/a合成氨、180 kt/a尿素装置（一期项目）于2012年12月建成投产，投产当年即达标达产。在新疆美丰一期项目中，转化系统、中低变系统、甲烷化系统和脱碳系统中的主要设备均为利旧，即利用了四川美丰原100 kt/a合成氨装置的设备；而氨合成系统、尿素系统、公用工程所用设备均为新购。新疆美丰一期项目由中国成达工程有限公司设计，主要工序包括天然气+蒸汽加压两段转化、中低变+甲烷化净化、MDEA脱碳、低压氨合成、CO2汽提工艺（生产出尿素产品），并对部分工序进行了优化，尤其是一段炉对流段采用了最新模块式设备，具有技术先进、热回收效果好、检修方便等特点，项目整体上工艺技术及设备比较先进。
尽管新疆美丰一期项目在设计初期我们与设计院进行了充分交流和研讨，设计院在能源利用等方面已经采取了很多较为先进的技术措施（没有选煤制合成氨，选用能耗相对较低的天然气制氨工艺和CO2汽提工艺），但从项目实际运行情况来看，高品位热能利用非常充分，但低品位热能基本上没有利用。调研发现，整个合成氨-尿素行业均存在类似问题，低品位热能的利用非常不充分，甚至有些单位根本没有回收利用，资源浪费严重。而当前国内尿素产能严重过剩、市场竞争非常激烈，节能降耗、增产增效已是企业工作的重心和常态化工作，新疆美丰在低品位热能回收利用方面也做了些工作，现总结如下。
1 新疆美丰能耗状况
针对低品位热能利用不充分的问题，新疆美丰成立了攻关小组，对标行业，对兄弟企业进行调研、考察，与设计院进行技术交流，收集整理生产运行数据并分析。具体情况如下。
1.1 对标行业
1.1.1 合成氨-尿素企业是耗能大户
化工行业是能源消费大户，每年能源消耗量达1×108 t（标煤）以上，主要集中在基础化学原料制造业、化肥制造业和有机化学品制造业，这3个行业的能量消耗合计占化学工业能源消费总量的80%以上。在化肥制造业中，氮肥制造（含合成氨）能耗占比达90%以上，约占化学工业能源消费总量的50%。所以，合成氨-尿素企业是化工行业中“当之无愧”的能耗大户。
1.1.2 合成氨-尿素企业能源利用率较低
从目前国内整体情况来看，化工行业的能源利用率仅为42%，而合成氨装置只有39%（烧碱装置能源利用率为46.5%，乙烯装置能源利用率为45.2%），即合成氨-尿素企业既是耗能大户，又是化工行业中能源利用率最低者之一。目前世界上先进水平的气头合成氨装置能耗为29 GJ/t，我国引进的气头合成氨装置平均能耗约37 GJ/t；而世界先进水平的煤制合成氨装置能耗为46～49 GJ/t，我国煤制合成氨装置平均能耗高达62 GJ/t，当然了，这与我国大多数煤制合成氨装置产能较小及工艺技术水平较为落后等有很大关系。从当前合成氨-尿素企业能耗情况来分析，能源浪费中75%以上为低品位热能，原因是低品位热能利用价值低以及技术上有一定难度，加上合成氨-尿素生产过程中余热较多，故很多企业基本上都没有对低品位热能加以利用（如德阳美丰、绵阳美丰合成氨装置对低品位资源都是采用循环水移出其热量后送下工序，热能完全没有利用）。
1.2 新疆美丰低品位热能回收利用情况
（1）低品位热能利用不充分。系统内利用余热产生的大量低压蒸汽，仅有约1/4用于了转化脱氧槽脱除脱盐水中的空气（即热力除氧）及用于伴热，约有4.16 t/h的0.4 MPa低压蒸汽直接进入放空总管排放。
（2）低品位热能回收不充分。含一定热量的合成氨工艺冷凝液和尿素系统蒸汽冷凝液（两者的温度基本上都在90 ℃左右），其热能不但没有利用，还要用大量的循环水将其冷却至常温后送脱盐水系统回用。
（3）高品位热能降级使用。冬季生活办公区域取暖需大量的热源，由于新疆美丰生产基地离城区较远，无法实施外部集中供暖，只能是企业自行解决，为此企业专门采购了1台小锅炉，冬季以燃烧天然气的方式来解决生活办公区域的供暖问题，消耗大量的天然气（天然气平均消耗量300～400 m3/h）；且供热采暖只需低品位热能，而用燃气锅炉产出的是高品位热能，高品位热能还需降级使用。
（4）防冻措施不到位。部分设备、管道保温保冷防冻措施不到位，冬季易出现冰冻情况，需用大量中压蒸汽进行吹扫解冻，造成能源浪费。
1.3 低品位热能利用思路
尽管新疆美丰合成氨-尿素装置整体工艺技术水平较为先进，但由于装置产能较小、装置地处北方偏远地区以及系统内还有很多不完善的地方（这是造成装置能耗较高的主要原因）等原因，其能耗仍略高于业内平均水平，尤其是低品位热能浪费问题较为严重，主要体现在一方面在大量浪费生产余热和低品位热能，另一方面冬季供热采暖时又消耗大量高品位热能。
经分析，放空掉的0.4 MPa低压蒸汽，以及被冷却到常温的合成氨工艺冷凝液和尿素系统蒸汽冷凝液，均为低品位热能，生产系统内无法再利用，属于生产余热，业内情况大抵相似。为有效利用这部分低品位热能，攻关小组成员对生产生活能源供需情况进行分析，据供暖只需30 ℃左右的热水循环即可的情况，大胆提出将生产余热——0.4 MPa低压蒸汽和合成氨工艺冷凝液及尿素系统蒸汽冷凝液之低品位热能集中起来用于冬季生活办公区域供热采暖的想法。这是一个新的课题，在当地没有先例，据悉在业内也没有先例，若能实现，既可开辟我国北方合成氨-尿素装置低品位热能利用的新途径，更能降低合成氨-尿素装置的综合能耗。
2 技改方案
更多内容详见《中氮肥》2019年第3期