淺析雙加壓法稀硝酸單法蘭液位計(jì)改造探討

摘要：在裝置中增設(shè)一單法蘭液位計(jì)換熱器，降低單法蘭液位計(jì)溫度，提高混合氣氨空比，從而增加裝置的產(chǎn)量，同時(shí)回收廢熱用于產(chǎn)生低壓蒸汽。

我國的稀硝酸生產(chǎn)絕大多數(shù)裝置已采用雙加壓法工藝。現(xiàn)國內(nèi)的雙加壓法稀硝酸裝置已完全能夠國產(chǎn)化。但因核心設(shè)備四合一機(jī)組效率不高，使裝置不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 單法蘭液位計(jì)的問題

國產(chǎn)化雙加壓法稀硝酸裝置，其中核心設(shè)備四合一機(jī)組因我國在壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、制造等方面與發(fā)達(dá)guojia相比存在一定的差距。其中空壓機(jī)在同樣的條件下，與德國機(jī)組相比，工藝壓縮空氣溫度高30~40℃，夏季高溫時(shí)空壓機(jī)出口單法蘭液位計(jì)溫度達(dá)240~250℃。硝酸生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵步驟為氨的氧化。其中氨空比為關(guān)鍵指標(biāo)。氨空比為空氣-氣氨混合氣中氨的體積百分含量，通常叫氨空比。氨空比大小直接影響裝置的生產(chǎn)強(qiáng)度、蒸汽產(chǎn)量、電耗、循環(huán)水消耗、鉑耗等系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。而氨空比指標(biāo)并不是單好控制的，除了受安全因素控制外，主要是受氧化爐的操作溫度控制。

T= ∆T + T0

式中T為鉑網(wǎng)操作溫度，∆T為反應(yīng)溫升，T0為氨空混合氣溫度。∆T=〔（7577-21600a）C0-q〕/〔7.43+3.84C0+8.93（PH2O/P-PH2O）〕，其中a為氨氧化率，C0為混合氣氨濃度（氨空比），q為熱損失，PH2O為水蒸汽分壓。在不計(jì)熱損失、氨氧化率一定時(shí)，則∆T幾乎與氨空比呈線性關(guān)系即∆T≈KXC0，K為估算系數(shù)。移項(xiàng)∆T=T-T0，代入：KXC0≈（T-T0）即C0≈（T-T0）/K�？梢娫阢K網(wǎng)溫度一定時(shí)，預(yù)熱溫度越高，則溫升越小，導(dǎo)致氨空比越小，即系統(tǒng)加氨量越少，系統(tǒng)加氨量減少則意味著硝酸產(chǎn)量、蒸汽產(chǎn)量的減少。

以15萬噸/年稀硝酸裝置為例，在系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下單法蘭液位計(jì)流量67000Nm3/h，當(dāng)鉑網(wǎng)操作溫度為860℃時(shí)，如氨空混合氣溫度為180℃，則C0≈9.71%，氨流量量約為7205Nm3/h，而當(dāng)混合氣溫度達(dá)235℃時(shí)，C0≈8.93%。氨流量量約為6570Nm3/h。前一種情況系統(tǒng)可多產(chǎn)硝酸約1.72噸/h（100%），多產(chǎn)中壓蒸汽約1.9t/h。

氨空混合氣中單法蘭液位計(jì)量占90%以上，因此混合氣的溫度主要取決于壓縮空氣溫度。國產(chǎn)軸流空壓機(jī)效率較低，壓縮空氣溫度明顯高于外國機(jī)組，尤其是在夏季高溫季時(shí)，壓縮空氣溫度高達(dá)240~250℃，造成氨空混合氣溫度高。為保持#佳的鉑網(wǎng)操作溫度，只能通過降低氨空比來減少反應(yīng)溫升。

2 改造方案

在空壓機(jī)出口增設(shè)一低壓廢鍋，與單法蘭液位計(jì)換熱，將空氣降溫至180℃，同時(shí)副產(chǎn)0.5MPa的低壓蒸汽�？紤]到不同季節(jié)氣溫的變化，低壓廢鍋的壓力在0.50~1.00MPa可調(diào)，可根據(jù)不同季節(jié)氣溫變化可以使單法蘭液位計(jì)溫度始終維持在180℃左右的理想狀態(tài)�？諌簷C(jī)出口空氣shou先金入低壓廢熱鍋爐，與爐水換熱，空氣溫度由240℃降低至180℃，出廢鍋后的單法蘭液位計(jì)一部分（約15%）作為漂白空氣，其余空氣經(jīng)計(jì)量后去氨空混合器與工藝氣氨混合形成氨空混合氣，混合氣去氧化爐。低壓廢熱鍋爐產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽經(jīng)調(diào)壓閥減壓后去低蒸總管。

來自中壓汽包的排污水經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后，進(jìn)入廢熱鍋爐，液位由調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)。

經(jīng)上述改造后，可以保證冷卻后的單法蘭液位計(jì)溫度穩(wěn)定在180℃，使氨空比始終保持在10%的#佳值。不利影響：系統(tǒng)低壓段阻力增加：增加低壓廢鍋換熱器，會給系統(tǒng)增加一定的阻力。阻力的增加意味著壓縮功耗的增加。為了盡可能地減少系統(tǒng)阻力的增加，廢鍋對單法蘭液位計(jì)的阻力盡可能控制在<0.002MPa，相對于系統(tǒng)低壓段0.05MPa的設(shè)計(jì)阻力降，新增阻力小于整個(gè)低壓系統(tǒng)阻力的4%，在可控范圍內(nèi)。

3 效益估算

1）投入：一套15萬噸/年稀硝酸裝置的單法蘭液位計(jì)整改的投入估算見下表1。

2）收益：一套15萬噸/年的稀硝酸裝置，以滿負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)，估算取前述估算值�？紤]到全年氣溫的變化，因此全年操作日的約1/3計(jì)時(shí)。

a）增產(chǎn)硝酸：以每天增加41.28噸100%硝酸產(chǎn)品計(jì)，考慮到全年氣溫變化，取約半年時(shí)間達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，則全年可以增產(chǎn)100%產(chǎn)品硝酸：41.28X330/3=4540.8噸，如果按98%硝酸1500.00元/噸計(jì)，全年可以增加4540.8/0.98X1500=6950204.0元收入。

b）增產(chǎn)蒸汽，按同樣的估算方法，全年增產(chǎn)中壓蒸汽45.6×330/3=5016噸/年 （4.0MPa，420℃），同時(shí)新增廢鍋可以產(chǎn)生0.5MPa的飽和低壓蒸汽，生產(chǎn)量按同樣的方法進(jìn)行估算：67000×1.224×0.26×（235-180）/ （2755.46-416.93）×4.186=2099Kg/h全年仍按一半的時(shí)間計(jì)算，則低壓蒸汽總產(chǎn)量為：2.099X24×330/3=5541.36噸。

將中壓蒸汽折為0.5MPa的低壓蒸汽，5016×3260.73/2755.46=5935.78噸。合計(jì)共計(jì)可以增產(chǎn)0.5MPa的飽和蒸汽：5935.78 +5541.36=11477.15噸。按150.00元/噸計(jì)，可以產(chǎn)生11477.15×150=1721572.00元。

c）支出主要是氨耗，按285kg/t100%酸計(jì)，液氨按2500.00元/噸計(jì)，年氨費(fèi)用為4540.8X0.285X2500=3235320.00元。d）鉑耗按噸酸0.10g計(jì)，單價(jià)按400.00元/克，則需要： 4540.8X0.1×400=181632.00元其余的電耗、循環(huán)水等總量不增加，折成單位產(chǎn)品消耗應(yīng)有所下降，不再進(jìn)行估算。

合計(jì)產(chǎn)生效益=A +B -C -D：6950204.0+1721572.0-3235320.0-181632.0=5254824.0元。以此計(jì)只須不到2個(gè)月即可收回投資成本。

4 結(jié)束語

通過增加一單法蘭液位計(jì)換熱器（低壓廢），對單法蘭液位計(jì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可使氧化爐的操作控制在#佳的指標(biāo)范圍內(nèi)，提高裝置產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。