中煤平朔煤制合成氨能耗研究及改进措施_周礼庆.pdf

中煤平朔煤制合成氨能耗研究及改进措施周礼庆，樊志强，卢俊（中煤平朔集团有限公司，山西朔州036000）摘要：依据中煤平朔能源化工公司近年运营数据，开展能耗计算和能效水平研究，并进行对标分析，提出节能措施，分析节能潜力。关键词：煤制合成氨能耗改进节能中图分类号：TQ113.2文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0053-02引言中煤平朔能源化工有限公司生产装置包括一套30 万 t/a 的合成氨、两套 18 万 t/a 的硝酸和两套20 万 t/a 的硝酸铵，配套建设锅炉、空分、水处理等公辅工程。其中,煤制合成氨采用碎煤加压气化技术，耐油耐硫变换，低温甲醇洗脱硫脱碳，液氮洗脱除 CO并回收甲烷，低压氨合成的生产工艺。硝酸采用双加压生产工艺，硝铵采用管式反应器技术。在目前国内硝铵行业，项目的规模排名前三位，产品除了满足平朔露天矿自用外，剩余部分外销。1设计能耗中煤平朔能化公司设计综合能耗为 80.56 万 tce。合成氨单位产品能耗设计值为 2 428.62 kgce/t。2012年7 月 10 日山西省经信委（现山西省工业和信息化厅）对节能评估和审查批复，合成氨单位产品综合能耗批复值为 2 607.89 kgce/t。2综合能耗综合能耗指标反映了能源的利用率，体现节能降耗的程度。综合能耗包括生产系统所消耗的各种能源量的损失量；平朔能化公司生产系统主要由气化、净化、氨合成、氨加工、空分以及水处理等组成1。2021 年平朔能化公司合成氨综合能耗标准煤为72.9 万 tec，当年经历了年度大修，生产运行月份指标同比均优于 2020 年，其中 2021 年 11 月合成氨单耗2 225.76 kgce/t，创历史最优值2。3能效水平及对标评价在能效指标中，单位产品的综合能耗十分关键。它不仅反映了企业的能源管理水平，还是计算能耗的基础，同时也是政府考量公司节能降耗工作是否到位的一项关键指标。3.1平朔能化公司能效水平平朔能化公司 2021 年全年合成氨产量 30.75 万 t，合成氨综合能耗标准煤为 72.9 万 tec，单位产品综合能耗（标准煤）2 371 kg/t。3.2能效对标分析国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会重新修订合成氨单位产品能源消耗限额 国家标准，于 2016 年 10 月 1 日正式实施，规定了合成氨企业使用不同原料煤单位产品能源消耗值。4能耗高原因分析平朔能化公司原料煤消耗占总能耗比 59.4%；燃料煤消耗占总能耗比 37.3%；电力消耗占总能耗比3.3%。两煤能耗占总能耗的 96.7%，而气化炉消耗能耗更是占全厂能耗一半以上，因此合成氨系统能耗重点就在原料煤和气化炉问题上。4.1煤质问题平朔能化设计煤种为井东三矿 9#煤，实际使用煤种为平朔矿区多家配煤，煤质复杂且热值较低。表 2为平朔能化公司及其他兄弟单位使用煤质情况对比。由表 2 数据可以看出，平朔能化公司原料煤同其他合成氨企业原料煤的热值差异较大，反映在单耗层面即吨氨耗煤指标远高于同行业。GB 213442015合成氨单位产品能源消耗限额 对合成氨使用煤种分类仅分为：优质无烟块煤、非优质无烟块煤型煤、粉煤三类，平朔能化使用煤种与上述三类煤种均不相符。4.2气化炉炉型选择平朔能化公司使用气化炉炉型为第三代鲁奇炉，收稿日期：2022-03-18作者简介：周礼庆，男，1975 年出生，毕业于太原理工大学，硕士学位，高级工程师，研究方向为公司经营管理及发展规划。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.021表 1中煤平朔能化公司 2021 年合成氨单位产品综合能耗与国家标准对比项目合成氨能耗/（kgce t-1）中煤平朔能化公司2 371限定值1 700准入值1 550先进值1 320注：平朔能化公司以“非优质无烟块煤、型煤”为对标基准。表 2平朔能化公司与其他单位使用煤质对比表原料煤热值/（MJ kg-1）20.57520.64920.59920.78627.70425.663吨氨耗标煤/（tce t-1）2.041.791.641.61.080.942019 年 2020 年 2021 年指标设计值平朔能化天脊集团中煤图克专题讨论山西化工第 42 卷该炉型是世界范围内最早工业气化炉型，也是应用最广泛的炉型。该气化工艺非常适合晋北地区高硫、高灰分、低热值的劣质煤使用，且气化产物有可观的副产物（油、酚等）可回收。但由于气化温度低，粗煤气有效组分不高，故该炉型产等量有效气的煤耗就高于其他气化炉型。国内采用鲁奇炉制合成氨的企业，煤耗均高于其他炉型的合成氨企业。4.3计算方法说明在合成氨单位产品综合能耗计算方法上，各家企业也有所不同。部分企业利用合成氨产尿素，需要用到 CO2，故在合成氨综合能耗中将 CO2扣除来降低能耗；部分企业将副产 LNG 折算为液氨计入产品产量，来降低合成氨单耗。平朔能化公司在集团专家及氮肥协会协助下，就合成氨联产 LNG 的能耗算法进行讨论，在原有算法基础上进行改进。按照新算法，以2021 年 11 月为例，合成氨单耗由 2 225.76 kgce/t 降至 1 550.24 kgce/t。5节能措施平朔能化公司近年通过邀请第三方企业协助完成“十四五”节能规划，为节能工作提供规划思路；完成能耗在线监测系统的建设并顺利上传省市平台，为能耗统计分析提供数据。合成氨各项能耗指标正逐年下降。归结起来，主要采取了以下节能措施：5.1节煤方面原料煤和燃料煤占总能源消耗的 90%以上，加强煤质把控是降低能源消耗的最快、最有效途径。平朔能化公司成立煤质管理小组，对入厂的原料煤、燃料煤各项指标进行把控，降低原煤筛下率。原料煤根据化验数据热值、硫含量分类管理，调配使用，尽可能保证煤质稳定。5.2节电方面经省、市能源局监管及企业自查发现，公司存在110 台淘汰落后电机，正在对高耗能电机进行更换。5.3节水方面平朔能化公司水系统由于原设计与装置实际运行存在差异，导致水耗远高于设计值和同行业水平。公司委托专业公司对全厂水系统进行评估诊断，通过全面收集调研原始设计资料、运行数据等，梳理水系统现状，分析各系统初始设计问题和运行管理的薄弱环节，根据实施难度、是否影响生产等因素分步骤实施改造。6节能规划平朔能化公司“十四五”规划主要围绕节能和环保两方面制定实施项目，计划如下：6.1蒸汽阶梯压差发电节能项目拟对公司现有的两处减温减压系统进行蒸汽阶梯差压发电节能改造。一是在酚氨回收安装一套 2MW的背压汽轮机组代替原来的减温减压装置，二是在锅炉安装一套 3.9 MW 的背压汽轮机组代替原低压减温减压装置。2 MW 机组净发电功率为 1 358.3 kW，按年运行 7 500 h 算，每年净发电量为 1 018.7 万kWh；4 MW 机组净发电功率为 3 159.3 kW，除夏季蒸汽量较低的时间，按年运行 5 040 h 算，每年净发电量为1 592.3 万 kWh。总计年实际净节能按电量为 2 611 万kWh。6.2循环水泵节能改造平朔能化公司全厂共计 17 台循环水泵，水泵运行效率 63%65%，低于国家要求的 80%以上。公司计划更换节能型水泵，新型节能水泵运行效率达88%。造前总运行功率 11282kW，改造后的总运行功率9 325 kW，综合节电率约 25.6%，按照年运行 8 000 h计算，年节电量为 1 570.4 万 kWh；该改造每年可节省标煤约 4 696 t，减少二氧化碳排放量约 12 773 t。6.3苏晋电厂供汽代替能化公司锅炉供汽苏晋能源发电公司供热可以替代平朔能化公司两台 160 t/h 供热锅炉，为平朔能化公司提供 320 t/h生产蒸汽，以满足全厂生产需求。平朔能化公 司 2020 年锅炉实 际 产 汽 量 为4 082 187 t，产汽能量为 437 202.23 tce。3 台炉全年能量损失为 26 140.15 tce，如替换 2 台炉后，按照 3 台炉负荷相同，可节约 17 426.77 tce。7结语平朔能化公司是中煤平朔集团的耗能大户，积极开展合成氨能耗水平研究意义重大，既可对平朔筹建的煤化工项目前期准备提供建设性意见，也能鞭策公司能耗尽力向国内先进值努力，同时也是履行企业社会责任的表现，为实现“双碳”目标贡献自己应尽的义务。参考文献1马军鹏，安东玲，朱晓霞.大型煤制烯烃项目能耗及能效水平研究J.煤炭加工与综合利用，2016（6）：16-19.2王彦益，张荣，隗志安，等.合成氨单位产品能源消耗限额：GB213442015S.北京：中国标准出版社，2015.（英文摘要下转第 65 页）542022 年第 9 期Energy Consumption Research and Improvement Measures for Ammonia Production fromPingshuo CoalZhou Liqing,Fan Zhiqiang,Lu Jun（China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou Shanxi 036000）Abstract:According to the operating data of China Coal Pingshuo Energy and Chemical Corporation in recent years,energy consumptioncalculation and energy efficiency level research are carried out,benchmarking analysis is conducted,energy-saving measures are proposed,and energy-saving potential is analyzed.Key words:coal to synthetic ammonia;energy consumption;improvement;energy conservation（上接第 54 页）表 3室温 34 与室温 26 时风冷、水冷空白滴定体积和冷凝水末端温度对比冷凝方式冷凝水末端最高温度（室温34 ）/空白滴定体积（室温 34）/mL冷凝水末端最高温度（室温 26 ）/空白平均滴定体积（室温26 ）/mL风冷4423.023423.7823.0023.0822.9822.9923.00水冷3723.902924.0023.9223.9523.8823.9023.91表4室温34时，低浓度标准溶液法风冷、水冷测试对比结果标准样品批号/样品名称冷凝方式测试结果/（mg L-1）证书质量浓度理论范围/（mg L-1）结论B21110365风冷26.025.01.1合格水冷25.5合格B22030119风冷85.481.88.6合格水冷83.7合格B21110286风冷1111075合格水冷109合格某河段地表水风冷26相对偏差10%合格水冷23某纺织企业处理后排放水风冷57相对偏差10%合格水冷52的变化也得到了证实。但是，也可以看到，即使室温升高对冷凝回流的效果有影响，运用风冷法测定不同浓度标准样品的结果仍在证书允许的误差范围内。同时，风冷与水冷两种方法测试实际水样结果的相对偏差也能达到实验室质量控制要求。8结论通过上述实验可以得出，运用标准 COD 消解回流仪等风冷回流消解装置，可以有效替代传统的电炉加热-水冷回流装置。在保证水样化学需氧量（CODcr）测定结果准确度的同时，达到节能（该装置加热功率 1 500 W）、节水，进一步释放人力的目的。也避免了使用大量电炉和硅胶管的后续维护问题3。但是，考虑到实验室温度升高对风冷法冷凝效果和水样测定结果的影响仍大于传统的水冷法。因此，在日常的检测工作中有必要做好实验室温度控制，以确保水质化学需氧量（CODcr）测试结果的准确