一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝的製作方法
2023-05-02 16:24:01
本發明一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝，具體涉及蒸汽兩級閃蒸的梯級節能利用。
背景技術：
在水溶液全循環尿素生產工藝中，各加熱器的蒸汽冷凝液均入閃蒸槽(飽和器)，產生約0.392mpa(絕)的蒸汽用於保溫伴熱，多餘部分外供造氣。但在實際生產中，由於0.392mpa(絕，約143℃)的蒸汽溫度較低，送入造氣前產生了大量的冷凝液，只能被迫排放；同時0.392mpa(絕)的蒸汽冷凝液由膨脹槽轉入冷凝液槽後產生了大量的放空蒸汽。以上這兩部分的熱能損失是巨大的，因此如何將這部分熱量回收利用，是尿素生產裝置節能降耗的重點舉措之一。
技術實現要素：
本發明克服了現有技術存在的不足，提供了一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝，回收了尿素裝置各加熱器的蒸汽冷凝液在閃蒸利用過程中損失的熱量。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝，一、二分加熱器的冷凝液入一級閃蒸，一蒸加熱器和一級閃蒸的冷凝液入二級閃蒸，產生的一級閃蒸槽蒸汽的絕對壓強為0.5～0.7mpa，蒸汽溫度為150～200℃，用於尿素解析系統，二級閃蒸槽蒸汽的絕對壓強為0.2～0.5mpa，蒸汽溫度為120～150℃，供系統保溫使用，所述冷凝液外送鍋爐除氧器使用。
所述尿素裝置蒸汽的梯級利用理化分析按下述步驟進行：
第一步：確定一分加熱器、二分加熱器、一蒸加熱器的用汽參數
第二步：計算帶入一級閃蒸槽的熱量；
第三步：計算一級閃蒸槽產生的0.63mpa蒸汽量和冷凝液量；
第四步：計算帶入二級閃蒸槽的熱量；
第五步：計算二級閃蒸槽產生的0.36mpa蒸汽量和冷凝液量；
第六步：計算外送冷凝液量。
所述一次蒸汽的參數包括蒸汽壓力、蒸汽的焓值和蒸汽冷凝液的焓值。
本發明與現有技術相比具有的有益效果是：本發明中一級閃蒸槽汽(0.63mpa)可以用於尿素解析系統；二級閃蒸槽汽(0.36mpa)供系統保溫使用；冷凝液外送鍋爐除氧器使用。本發明有效提高了低位熱能的利用率，減少了放空蒸汽量和冷凝液排放量，達到了節能降耗的目的。
具體實施方式
本發明本發明克服了現有技術存在的不足，提供了一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝，回收了尿素裝置各加熱器的蒸汽冷凝液在閃蒸利用過程中損失的熱量。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種尿素裝置蒸汽的梯級節能利用工藝，一、二分加熱器的冷凝液入一級閃蒸，一蒸加熱器和一級閃蒸的冷凝液入二級閃蒸，產生的一級閃蒸槽蒸汽的絕對壓強為0.5～0.7mpa，蒸汽溫度為150～200℃，用於尿素解析系統，二級閃蒸槽蒸汽的絕對壓強為0.2～0.5mpa，蒸汽溫度為120～150℃，供系統保溫使用，所述冷凝液外送鍋爐除氧器使用。
所述尿素裝置蒸汽的梯級利用理化分析按下述步驟進行：
第一步：確定一分加熱器、二分加熱器、一蒸加熱器的用汽參數
第二步：計算帶入一級閃蒸槽的熱量；
第三步：計算一級閃蒸槽產生的0.63mpa蒸汽量和冷凝液量；
第四步：計算帶入二級閃蒸槽的熱量；
第五步：計算二級閃蒸槽產生的0.36mpa蒸汽量和冷凝液量；
第六步：計算外送冷凝液量。
所述一次蒸汽的參數包括蒸汽壓力、蒸汽的焓值和蒸汽冷凝液的焓值。
傳統工藝理化分析如下：
1、一級閃蒸冷凝液槽放空蒸汽量的確定
計算條件以晉城地區水溶液全循環尿素工藝一段蒸發為例，當地大氣壓：0.093mpa；以每噸尿素產品計算為準。
1.1、入閃蒸槽(飽和器)的熱負荷
表1各加熱器用汽設計數據
1.2、進入各加熱器的蒸汽參數
以某廠實際運行數據為例，蒸汽壓力為1.275mpa(絕、飽和)，蒸汽溫度為190℃；查表(梅安華尿素設計手冊)：對應蒸汽焓值為2786kj/kg，蒸汽冷凝液焓值為808kj/kg。
1.3、進入三個加熱器的蒸汽總用量
設總用量為g，則進入一分加熱器、二分加熱器和一蒸加熱器的蒸汽總量為：g＝(1713221+302880+476845)/(2786－808)≈1260kg/t.ur；或g＝867+153+241≈1260kg/t.ur。
1.4、蒸汽閃蒸槽(飽和器)條件
閃蒸槽(飽和器、膨脹槽；以下稱閃蒸槽)的壓力0.392mpa(絕),閃蒸槽的蒸汽溫度143℃,查表(梅安華尿素設計手冊)：閃蒸槽蒸汽的焓值為2735.9176kj/kg，其蒸汽冷凝液的焓值為601.2408kj/kg。
1.5、閃蒸槽產生的蒸汽量和冷凝液量計算
(1)設1.275mpa(絕)蒸汽冷凝液帶入的熱量為q1，則：
q1＝1260×808＝1018080(kj/t.ur)。
(2)設0.392mpa(絕)蒸汽帶出的熱量為q2，設閃蒸蒸汽為xkg/t，則：
q2＝x·2735.9176kg/t.ur。
(3)設0.392mpa(絕)冷凝液帶出的熱量為q3，則：
q3＝(1260－x)·601.2408kj/t.ur。
(4)閃蒸槽的熱損失為q4＝2057kj/t.ur。
根據熱平衡方程：q1＝q2+q3+q4
得出閃蒸槽的蒸汽量約x＝121kg/t.ur
則出閃蒸槽的冷凝液為：1260-121＝1139kg/t.ur。
1.6、出冷凝液槽的外送冷凝液量計算
設冷凝液進入冷凝液槽帶入熱量qa，則：
qa＝1139×601.2408＝684813.2712kj/t.ur
冷凝液槽的壓力為0.093mpa(絕)，冷凝槽氣相蒸汽溫度100℃，冷凝液槽氣相蒸汽焓值為2675.2726kj/kg，冷凝液槽液相水溫度為100℃，冷凝液槽液相水焓值為419.0186kj/kg，冷凝液槽除氣相放空外的熱損失：qs＝3000kj/t。
(1)設冷凝液槽液相帶出熱量為qc，出冷凝液槽的放空蒸汽量χa，則：
qc＝(1139－χa)×419.0186(kj/t.ur)
(2)冷凝液槽氣相帶出熱量為qb,則：
qb＝χa×2675.2726kj/kg
(3)根據熱平衡方程：qa＝qb+qc+qs
則：出冷凝液槽的放空蒸汽量為：χa＝91kg/t
故：出冷凝液槽的冷凝液量為1048kg/t。
下面結合實施例，對本發明進行詳細的闡述：
2、以某廠一段蒸發水溶液全循環尿素工藝為準，即：一、二分加熱器的冷凝液入一級閃蒸，一蒸加熱器的冷凝液入二級閃蒸，其它用汽情況略。
2.1各加熱器用汽數據同傳統工藝。
表1各加熱器用汽設計數據
(1)大氣壓力。當地大氣壓力為0.093mpa，以0.101mpa計算。
(2)一分、二分、一蒸加熱器蒸汽壓力為1.275mpa(絕、飽和)，蒸汽溫度為190℃；查表(梅安華尿素設計手冊)：對應蒸汽焓值為2786kj/kg，蒸汽冷凝液焓值為808kj/kg。
(3)一級閃蒸槽0.63mpa(絕)的蒸汽溫度160℃，查表(梅安華尿素設計手冊)：0.63mpa(絕)的蒸汽焓值：2758kj/kg，0.63mpa(絕)的蒸汽冷凝液焓值為675kj/kg。
(4)二級閃蒸槽壓力：0.36mpa(絕)，蒸汽溫度為140℃，蒸汽焓為2734kj/t，冷凝液焓為589kj/t。
2.2計算帶入一級閃蒸槽的熱量
q＝(867+153)×808kj/kg＝824160kj/t.ur。
2.3計算一級閃蒸槽產生的0.63mpa蒸汽量和冷凝液量
(1)一、二分加熱器1.275mpa蒸汽冷凝液帶入一級閃蒸槽(0.63mpa)的熱量為q1級入
q1級入＝(867+153)×808＝824160(kj/t)
(2)設一級閃蒸槽(0.63mpa)蒸汽帶出的熱量為q1級出汽，產生0.63mpa的蒸汽為x(kg/t),則：
q1級出汽＝2785×x
(3)設一級閃蒸槽(0.63mpa)冷凝液帶出的熱量為q1級出液，則：
q1級出液＝(1020－x)675kj/kg
(4)假設：一級閃蒸槽熱損為q4＝2057kj/t。
∵q1級入＝q1級出汽+q1級出液+q4
∴824160＝2758x+(1020－x)675+2057
x＝64.139kg/t
即：產生0.63mpa的蒸汽約有64kg/t.ur。
則出0.63mpa的一級閃蒸槽的冷凝液約有：1020－64＝956(kg/t.ur)。
2.4計算帶入二級閃蒸槽的熱量
(1)0.63mpa的冷凝液帶入的熱量hs1為：
hs1＝956×675＝645300(kj/t.ur)
(2)一蒸加熱器1.275mpa蒸汽冷凝液帶入的熱量
h一蒸加冷凝液帶入二級閃蒸熱量＝241kg/t.ur×808kj/kg＝194728kj/t.ur
則：進入0.36mpa(二級閃蒸槽)的總熱量為△h合為：
△h合＝645300+194728＝840028kj/t.ur；
進入0.36mpa(二級閃蒸槽)的總的冷凝液量為956+241＝1197(kg/t)。
2.5計算二級閃蒸槽產生的0.36mpa蒸汽量和冷凝液量
(1)假設二級閃蒸槽蒸汽帶出的熱量為△hs2，產生0.36mpa的蒸汽為y(kg/t)，則：
△hs2＝2734×y。
(2)二級閃蒸槽冷凝液帶出的熱量△hs3＝(1197－y)×589。
(3)設0.36mpa(二級閃蒸槽)的熱損失△hs4＝2057kj/t。
∵△h合＝840028＝△hs2+△hs3+△hs4
∴△h合＝840028＝2734y+(1197-y)×589+2057
y＝62kg/t.ur
即：二級閃蒸槽產生的0.36mpa蒸汽約有62kg/t.ur；
則出二級閃蒸槽的冷凝液為956+241-62kg/t.ur＝1135kg/t.ur，即二級閃蒸槽的冷凝液1135kg/t.ur。
2.6計算冷凝液槽的外送冷凝液量
入冷凝液槽的冷凝液量約為1135kg/t。1135kg/t冷凝液帶入的熱量△ha＝1135×589＝668515(kj/t)。冷凝液槽的壓力為0.101mpa(絕)。冷凝液槽蒸汽溫度(氣相放空)100℃。冷凝液槽氣相蒸汽的焓值為2676kj/kg。冷凝液槽液相冷凝液的焓值為419kj/t。設冷凝液槽熱損為：△hsl＝3000(kj/t)。
則出冷凝液槽的放空蒸汽量e
(1)冷凝液槽氣相帶出的熱量為△hb，則：△hb＝e×2676。
(2)冷凝液槽液相帶出熱量△hc，則：△hc＝(1135-e)×419。
∵△ha＝△hb+△hc+△hsl
∴668515＝2676×e+(1135-e)×419+3000
e＝84kg/t.ur，即冷凝液槽放空氣體約為84kg氣體，
則冷凝液槽外送冷凝液為1135-84＝1051(kg/t)。
本發明工藝與傳統工藝比較
表2本發明工藝
表3傳統工藝
表3備註：送入造氣前因蒸汽溫度低導致產生了大量的冷凝液，只能被迫排放。
上面結合實施例對本發明作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。