淺析雙加壓法稀硝酸單法蘭液位計改造探討

摘要：在裝置中增設一單法蘭液位計換熱器，降低單法蘭液位計溫度，提高混合氣氨空比，從而增加裝置的產量，同時回收廢熱用于產生低壓蒸汽。

我國的稀硝酸生產絕大多數裝置已采用雙加壓法工藝?，F國內的雙加壓法稀硝酸裝置已完全能夠國產化。但因核心設備四合一機組效率不高，使裝置不能達到設計要求。

1 單法蘭液位計的問題

國產化雙加壓法稀硝酸裝置，其中核心設備四合一機組因我國在壓縮機的設計、制造等方面與發達guojia相比存在一定的差距。其中空壓機在同樣的條件下，與德國機組相比，工藝壓縮空氣溫度高30~40℃，夏季高溫時空壓機出口單法蘭液位計溫度達240~250℃。硝酸生產過程中，關鍵步驟為氨的氧化。其中氨空比為關鍵指標。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強度、蒸汽產量、電耗、循環水消耗、鉑耗等系統的各項指標。而氨空比指標并不是單好控制的，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為鉑網操作溫度，∆T為反應溫升，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。在不計熱損失、氨氧化率一定時，則∆T幾乎與氨空比呈線性關系即∆T≈KXC0，K為估算系數。移項∆T=T-T0，代入：KXC0≈（T-T0）即C0≈（T-T0）/K?？梢娫阢K網溫度一定時，預熱溫度越高，則溫升越小，導致氨空比越小，即系統加氨量越少，系統加氨量減少則意味著硝酸產量、蒸汽產量的減少。

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

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

2 改造方案

在空壓機出口增設一低壓廢鍋，與單法蘭液位計換熱，將空氣降溫至180℃，同時副產0.5MPa的低壓蒸汽?？紤]到不同季節氣溫的變化，低壓廢鍋的壓力在0.50~1.00MPa可調，可根據不同季節氣溫變化可以使單法蘭液位計溫度始終維持在180℃左右的理想狀態?？諌簷C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一部分（約15%）作為漂白空氣，其余空氣經計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。低壓廢熱鍋爐產生的低壓飽和蒸汽經調壓閥減壓后去低蒸總管。

來自中壓汽包的排污水經液位調節閥調節后，進入廢熱鍋爐，液位由調節閥自動調節。

經上述改造后，可以保證冷卻后的單法蘭液位計溫度穩定在180℃，使氨空比始終保持在10%的#佳值。不利影響：系統低壓段阻力增加：增加低壓廢鍋換熱器，會給系統增加一定的阻力。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阻力的增加，廢鍋對單法蘭液位計的阻力盡可能控制在<0.002MPa，相對于系統低壓段0.05MPa的設計阻力降，新增阻力小于整個低壓系統阻力的4%，在可控范圍內。

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，以滿負荷生產計，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計時。

a）增產硝酸：以每天增加41.28噸100%硝酸產品計，考慮到全年氣溫變化，取約半年時間達到該標準計，則全年可以增產100%產品硝酸：41.28X330/3=4540.8噸，如果按98%硝酸1500.00元/噸計，全年可以增加4540.8/0.98X1500=6950204.0元收入。

b）增產蒸汽，按同樣的估算方法，全年增產中壓蒸汽45.6×330/3=5016噸/年 （4.0MPa，420℃），同時新增廢鍋可以產生0.5MPa的飽和低壓蒸汽，生產量按同樣的方法進行估算：67000×1.224×0.26×（235-180）/ （2755.46-416.93）×4.186=2099Kg/h全年仍按一半的時間計算，則低壓蒸汽總產量為：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。合計共計可以增產0.5MPa的飽和蒸汽：5935.78 +5541.36=11477.15噸。按150.00元/噸計，可以產生11477.15×150=1721572.00元。

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

合計產生效益=A +B -C -D：6950204.0+1721572.0-3235320.0-181632.0=5254824.0元。以此計只須不到2個月即可收回投資成本。

4 結束語

通過增加一單法蘭液位計換熱器（低壓廢），對單法蘭液位計溫度進行調節，可使氧化爐的操作控制在#佳的指標范圍內，提高裝置產量和經濟效益。