白雪峰，吴杰，史晶森
（山西丰喜华瑞煤化工有限公司，山西 新绛043100）
［摘 要］山西丰喜华瑞煤化工有限公司以焦炉煤气与半水煤气为原料生产合成氨与尿素，合成氨产能原设计为180 kt/a，由于焦化厂所能提供的焦炉气量增加，后增设了1套氨合成系统，合成氨产能增至240 kt/a。产能扩大后，夏季高温天气氨合成系统需冷量增加，经常需增开1台冰机（夏季冰机三开一备，其余时候冰机两开两备），导致吨氨电耗增高；加之周边焦化厂供应丰喜华瑞的焦炉煤气量极不稳定，导致合成氨装置负荷调节频繁，冰机开停机频繁。经分析与研究，2020年8月增设了1套超级吸氨器氨水制备系统，即从冰机入口分流部分气氨引入超级吸氨器，利用脱盐水吸收气氨制备氨水用于烟气氨法脱硫系统，由此不仅在夏季高温天气时能减少冰机开机台数，而且在其他时间也能通过调节超级吸氨器的负荷以达到调节冰机负荷的目的。国内以焦炉煤气为原料的合成氨装置大都存在负荷调节频繁的问题，此举的推广价值较大。
［关键词］氨合成系统；冰机电耗高；超级吸氨器；氨水制备系统；优化改进；节能效果；效益分析
［中图分类号］TQ028.1+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0025-02
0 引 言
山西丰喜华瑞煤化工有限公司（简称丰喜华瑞）以焦炉煤气与半水煤气（固定床间歇式气化炉制气）为原料生产合成氨与尿素，原设计产能为合成氨180 kt/a、尿素300 kt/a。由于焦化厂所能提供的焦炉气量增加，按照以气定产的原则，丰喜华瑞对合成氨装置进行了升级改造，增设了1套氨合成系统，合成氨产能扩大至240 kt/a、尿素产能扩大至400 kt/a。产能扩大后，夏季高温天气氨合成系统需冷量增加，冰机进出口压力增大，冰机负荷加重，经常需增开1台冰机（夏季以外冰机两开两备，夏季冰机三开一备，高温天气甚至会出现需要系统减量的情况），导致吨氨成本增高；同时，周边焦化厂供应丰喜华瑞的焦炉煤气量极不稳定，波动较大，导致合成氨装置负荷调节频繁，合成冰机开停机频繁。经分析与研究，2020年8月增设了1套超级吸氨器氨水制备系统，即从冰机入口处将750 m3/h左右气氨引入超级吸氨器，利用脱盐水吸收气氨制备氨水用于烟气氨法脱硫系统（烟气氨法脱硫系统原使用的氨水源自原超级吸氨器氨水制备系统），通过分流合成冷冻系统的气氨，实现了氨合成系统的节能降耗与冰机负荷的可调。以下对有关情况作一简介。
1 夏季高温天气冰机电耗情况
丰喜华瑞合成冷冻工序共4台螺杆式氨制冷压缩机（简称冰机），型号均为JZ3KA31.5，制冷量3 718 kW，制冷剂为R717，电机额定功率1 120 kW、电压10 kV，配套5台蒸发式冷凝器（简称蒸发冷），夏季高温天气时冰机三开一备，吨氨电耗居高不下。以2020年6月为例，合成氨装置冷冻工序的能耗情况见表1。
由表1可以看出，冰机日均用电量为53 086 kW·h，合成氨日均产量为714.24 t，吨氨冰机平均电耗约74 kW·h，在丰喜华瑞2020年6月吨氨总能耗中占比高达5.3%，远高于行业平均水平（业内冰机系统能耗在合成氨生产总能耗中占比约3%）。虽然冰机电耗受到气温、循环水温度、蒸发冷蒸发量等因素的影响，但究其根本，冰机能耗的高低主要取决于进口气氨量。
2 原超级吸氨器的应用情况
丰喜华瑞采用氨法脱硫工艺对锅炉烟气进行脱硫，为获取20%的氨水，2017年丰喜华瑞购入1台超级吸氨器，利用超级吸氨器将液氨与脱盐水按比例混合直接配制氨水，其冷却循环水源自尿素循环水系统的凉水塔，夏季时造成尿素循环水温度高达32 ℃，影响到尿素蒸发系统的运行，尿素一段蒸发系统真空度仅为-38.544 kPa，导致夏季尿素装置负荷提升困难。
3 氨水制备系统工艺流程优化及应用情况
3.1 超级吸氨器优化利用
原超级吸氨器的工作原理为，利用循环（冷却）水与液氨换热，将液氨汽化，汽化形成的气氨进喷淋吸收段；界外送入的软水，经分布器，软水与气氨逆流接触反应，制备氨水，反应过程中产生的热量由循环水带走。通过对超级吸氨器工作原理的研究，并与设备厂家沟通，我们决定将冰机进口低压气氨引一部分入超级吸氨器，利用分布器将气氨及水均匀分布吸收，制成一定浓度的氨水，再将高温氨水与循环水换热，完成初步降温，之后氨水与液氨进行热交换，液氨汽化所需热量由氨水提供，即在超级吸氨器内同时完成氨水降温与液氨汽化的过程，如此一来，既能降低冰机进口气氨总量，又能减少循环水用量，达到节能降耗的目的。
3.2 技改方案
（1）在冰机入口处增设1台超级吸氨器，其型号为UXAQ-5000（G+L），过流部分材质为ss304，撬体材质为碳钢，液氨稀释能力5 t/h。
（2）在超级吸氨器上设置1个气氨进口，使得系统既可以稀释（吸收）液氨，又可以稀释（吸收）气氨。
（3）增设1台临时氨水储槽，增设3台氨水泵（1台作为氨水循环泵，1台作为氨水输送泵，另1台作为备泵），单泵流量25 m3/h、扬程50 m、电机功率7.5 kW。配制好的氨水送入临时氨水储槽，达到规定浓度后利用氨水输送泵送入正式氨水储槽；未达到规定浓度的氨水，利用氨水循环泵送入超级吸氨器继续增浓。
按照上述技改方案，以液氨为原料时，输出氨水温度＜25 ℃，氨水浓度为15%～28%,循环水用量为125 m3/h；以气氨为原料生产时，由于没有液氨汽化时的吸热，氨水完全靠外部循环（冷却）水降温，循环水用量为250 m3/h，输出氨水温度高于循环水进水温度3～5 ℃（循环水温差＜15 ℃），所得氨水浓度最高只能达到20%，若要生产更高浓度的氨水，需输入部分液氨参与生产。
3.3 氨水制备系统工艺流程优化
更多内容详见《中氮肥》2021年第4期