热联合在化肥厂减少能耗的运用
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塔西南化肥厂以柯克亚作业区的天然气为原料和燃料，电力由电力工程部供应，厂矿之间的能源流动紧密相关。自2007年7月起，电力工程部向塔西南化肥厂输入4.2MPa的蒸汽量，其来源一部分由电力燃气锅炉余热自产，如排弃，会造成能源的巨大浪费，且不利于节能和环保；同时该部分蒸汽的引入会使塔西南化肥厂合成装置的原有蒸汽系统平衡模式和电力工程部锅炉的运行方式受到冲击，且因冷凝液的回收还会影响化肥厂外供脱盐水的温度变化，因此如何统筹协调解决这些问题，更经济、有效地使用4.2MPa蒸汽，使之既能满足塔西南化肥厂生产需求，又能实现双方及塔西南油田在节能降耗方面的共赢成为一个急需解决的课题。
1建立优化思路和方案
合成氨装置是能量密集型的高耗能装置，其能量系统的优化思路通常是侧重于生产过程的用能优化。塔西南化肥厂在总结多年生产管理经验的基础上，结合原设计和现有的设备单元，运用节点分析方法制订了如下的优化思路：快装锅炉停运，引入电力工程部的4.2MPa蒸汽，引入量在50t/h左右；同时将富余的1.6MPa蒸汽以10t/h返送电力工程部，由此实现节约天然气和电，达到公司整体节能的目的。根据方案思路，分析了塔西南化肥厂不同等级蒸汽的用途，能量综合优化方案框架如图1所示。由图1可以看出，如果电力工程部输入足够量的4.2MPa蒸汽，将使化肥厂的快装锅炉停运，并能返送1.6MPa蒸汽给电力工程部；而回收的冷凝液又可通过水处理外送电力工程部，由此形成能源的热联合与循环利用，节约了电、水以及天然气。
2方案实施
2.1输出4.2MPa蒸汽的工艺调整措施
该项目实施之前，电力工程部的运行模式是两台中压锅炉、两台双压锅炉和10t应急锅炉并列运行，双压锅炉产出的高压蒸汽直接送化肥厂，产出的低压蒸汽一部分作为采暖系统汽水换热器热源，一部分作为除氧器除氧用；中压锅炉产出的蒸汽则直接送往各用户，中压减温减压器处于备用状态，两条高压蒸汽母线为一备一用。此时的高、中压蒸汽用量均为30～35t/h，运行期间通过调整燃机负荷、投用锅炉补燃或调解三通挡板开度等措施来满足用户需求。为实施厂级间热联合，建立能源梯级利用模式，自2007年7月起，电力工程部在保证各项生产正常进行的前提下，分两个阶段实施蒸汽互供。
2.1.1设备调整第一阶段：电力工程部单方面蒸汽外供，充分利用电力工程部锅炉余热，降低塔西南化肥厂快装锅炉负荷，减少天然气消耗。为实现充分利用电力工程部余热来替代直烧式锅炉用天然气燃烧产生蒸汽，电力工程部调整运行方式，锅炉仍采用并列运行，4.2MPa蒸汽采用双母线运行，保证了蒸汽各系统稳定。锅炉不带补燃的条件下，产蒸汽为63t/h（1.6MPa蒸汽33t/h，4.2MPa蒸汽30t/h），其中中压蒸汽需求35t/h，通过减温减压器补充中压蒸汽供应，其他4.2MPa蒸汽全部供给化肥厂，蒸汽量约为28t/h。为了保证蒸汽系统稳定和应急需要，电力工程部增加了一台锅炉的补燃，实际外供蒸汽量为30～35t/h，其中28t/h完全利用锅炉余热。第二阶段：电力工程部和化肥厂实现蒸汽互供的最优运行方式。为进一步优化系统运行，电力工程部和塔西南化肥厂深入分析和调研，最终实现了蒸汽互供，即电力工程部继续增加4.2MPa蒸汽供应量，同时塔西南化肥厂将富裕的1.6MPa蒸汽返供至电力工程部中压蒸汽母管，以满足中压蒸汽供应为此，电力工程部生产运行模式调整为三台双压锅炉、一台中压锅炉和10t应急锅炉并列运行，4.2MPa蒸汽依然采用双母线运行。锅炉不带补燃的条件下，每台锅炉的蒸发量为15t/h，10t锅炉自动运行蒸发量3t/h，化肥厂返供中压蒸汽量为10t/h，合计73t/h（1.6MPa蒸汽28t/h，4.2MPa蒸汽45t/h）。在夏季，4.2MPa蒸汽全部供给化肥厂，蒸汽量约为38t/h。为保证蒸汽系统稳定和应急需要，电力工程部增加了两台锅炉的补燃，实际外供蒸汽量为40～45t/h，其中38t/h完全利用锅炉余热。
2.1.2工艺要求电力工程部送化肥厂4.2MPa蒸汽流量的波动范围必须小于1t，温度控制在383℃以上（塔西南化肥厂合成蒸汽温度显示），且压力稳定。
2.2合成氨装置的工艺调整
电力工程部4.2MPa蒸汽进入化肥厂合成装置中压管网，并停运快装锅炉时，合成氨装置的蒸汽系统平衡模式和工艺需重新建立。
2.2.1存在的问题如果电力工程部1台双压锅炉燃机出现异常而不能正常运行，供化肥厂的4.2MPa流量不能保证，需要改变热力运行方式。停运快装锅炉后，化肥厂合成装置精制水用量将由170t/h下降到160t/h，使利用预热锅炉给水降低脱碳入口工艺气温度的换热器（106-C）出现冷量不足，低变气锅炉给水换热器（106-C）工艺气温度将由正常时的79～82℃（指标控制81℃）达到86℃；贫液温度也由72℃（指标控制71℃）继续上涨。现场精制水不仅无法调整，而且还将影响脱碳系统二氧化碳的吸收效果，有可能导致能耗增高。为提高水的重复利用率，化肥厂将合格的冷凝液与脱盐水混合，一部分做外供脱盐水，一部分做精制水的原料。但因快装锅炉停运，电力工程部送出的4.2MPa蒸汽量加大，导致冷凝液回收量增加，促使脱盐水温度升高，夏季超过50℃（指标≤50℃），严重影响末端用户的冷却效果。
2.2.2方案实施及解决措施为有效规避因引入4.2MPa蒸汽给合成氨装置运行带来的风险，塔西南化肥厂制定了4.2MPa蒸汽中断的应急预案，以此防止辅助锅炉在4.2MPa蒸汽中断后可能带来的超温运行风险。运用工艺安全分析进行危害评估，于2009年做了重大技术变更，实施精制水回用改造，即联通除氧器入口DM1001与冷凝液回收管线SC1003，将换热后的精制水送到水处理系统做冷凝液回收使用（约5t/h），这样直接将精制水做冷凝液回用，解决了系统热量的平衡问题，并减少一台换热器的添置，使资源得到最大化利用。外送1.6MPa蒸汽时，根据管网压力和低压管网压力，调整放空设定值或手动操作。同时调整透平105-JT的抽汽量，并保证压缩机105-J的正常运转以及尿素的正常用量。建立4.2MPa蒸汽的在线监测趋势记录线。通过对蒸汽输送数据的监测，塔西南化肥厂合成氨车间的操作人员可提前预知调整界区内蒸汽平衡，或提前联系电力工程部进行补燃调整，有效地防止了因引入4.2MPa蒸汽而产生的波动对合成氨装置以及塔西南化肥厂其他装置的安全、平稳运行所可能造成的损失。经过前期充分的准备和协调，以及在公司主管部门、电力工程部的大力支持下，化肥厂在2010年4月13日（之前实行的是快装锅炉不停运）13：00开始实施快装锅炉停用方案，该方案分两步：①先将富裕的1.6MPa蒸汽外送电力工程部（10t/h），同时逐步加大外购电力工程部的4.2MPa蒸汽量，由2009年4～5月份（2010年与2009年同期比较）的28.68t/h提高到43.41t/h左右；②系统平稳后于4月23日13：00快装锅炉全停，外购蒸汽量加大到50t/h，最高达到52.79t/h，外送1.6MPa蒸汽也逐步提高，最高达到15t/h。经过近一个月的运行，装置能耗得到了显著降低，数据对比情况见表1。由表1可知，快装锅炉停用后，原料气单耗基本相同，但燃料气节省约3.58×104m3/d，纯氮产品能耗降低了11.19kgoe/t氮（kg标油/t氮）。另外快装锅炉的停运，降低了快装锅炉低负荷下运行的安全隐患，且减少了污水排放、废热浪费，减少了环境污染，从公司整体效益看，由于采用的是电力工程部的废热产生蒸汽，也节约了大量天然气。
3节能减排效益
2007年7月～2010年12月实施该项目以来，无论在节能减排效益方面还是在社会和环保效益方面均取得了可观的收益，能耗指标见表2。由表2可知，引入电力蒸汽后，随着引入量和输出量不断增加，塔西南化肥厂燃料气单耗明显下降，由2006年的601.71Nm3/t下降到2010年的535.76Nm3/t，合成氨综合能耗和纯氮产品综合能耗也呈逐年下降趋势，按技措法计算，2010年节能量为1.30×104t标煤，经济效益797.60万元。2007年～2010年累计节能效益2007年7月～2010年12月累计引入电力工程部4.2MPa蒸汽67.77×104t，外送1.6MPa蒸汽2.81×104t，总计65.30×104t；节能4.26×104t标煤；节能价值量为2992.88万元。
4结论及建议
4.1结论
经过近四年的实践，塔西南化肥厂和电力工程部两个单位之间实施热联合的模式证明节能成果显著，并且为公司今后持续开展节能减排，应对上游气源递减的严峻形势指明了方向，同时拓展了公司节能减排的思路，即在做好本单元、本单位的节能减排工作同时，也可拓宽视野实行厂级间的节能减排合作，整合资源，形成优势互补或共享，挖掘管理、工艺和设备的潜力，从而使公司的整体节能水平再上新台阶。另外，从2007年7月～2010年12月未发生因引入4.2MPa蒸汽不足而造成装置短停的事件，并且由于互供蒸汽，减少了化肥厂1.6MPa蒸汽和电力工程部余热的放空量，避免了环境污染。
4.2建议
建议该运行模式在同行企业中推广使用，包括电力、水资源等相互共享，循环利用，以实现共同的节能降耗和保护环境，减少废弃物排放；同时在新建项目或大型装置时，建议考虑此模式的运用，以减少建设费用，节约资金。
