夏伟伟
河北正元化工工程设计有限公司 河北石家庄
摘要：在国家节能减排政策的要求下，燃煤锅炉的烟气脱硫迫在眉睫，氨法脱硫投资省、占地小、成本低等优点，被厂家广泛使用，氨法脱硫中的氨为氨水，需要的氨水浓度在10%-20%，制备氨水时结合企业配套装置综合考虑，有氨合成装置结合冰机优化流程，采用气氨配置氨水，节能降耗。文中对用气氨制备氨水的工艺技术方案的选择、设备的选型及注意事项进行了说明。
关键字：气氨 电耗 冰机 经济效益 液氨 切断阀 脱硫 标准煤
氨水是氨的水溶液，有弱碱性，氨水可作为一种碱性消毒剂，用于消毒沙林类毒剂，常用的是10%浓度的稀氨水；工业用途为毛纺、丝绸、印染等工业用于洗涤羊毛、呢绒、坯布，溶解和调整酸碱度，并作为助染剂等；农业上稀释后可做为肥料。目前锅炉烟气脱硫一般采用氨法脱除烟气中的二氧化硫，氨法脱硫中的氨就是氨水，根据不同需求配备不同浓度，锅炉烟气脱硫中使用的氨水使用浓度一般10%-20%。
1.制备氨水的工艺技术方案选择
制备氨水的工艺在国内各个厂家根据不同情况采用不同的生产工艺，工业用氨水制备的方法在工业生产中一般是将液氨溶于水配成工业氨水来使用的。
反应方程式：NH3+H2O=NH4OH+Q
内蒙古鄂尔多斯某企业，有三台锅炉烟气脱硫脱硝需要浓度为15%的氨水量32m3/h。该企业有合成氨装置，氨合成冷量由配套氨冰机提供。氨冰机的作用是将来自氨合成的气氨经过压缩、冷凝成液氨，液氨返回氨合成装置供合成氨装置使用。考虑与冰机系统优化结合制备氨水，采用气氨制备氨水。
拟采用高位吸氨器制备氨水，其工艺流程叙述如下：
来自脱盐水系统的脱盐水温度约为30℃进入脱盐水槽，通过脱盐水泵将脱盐水送至高位吸氨器，气氨进入高位吸氨器后与脱盐水汇合，在高位吸氨器中气氨与脱盐水混合制成氨水，氨水浓度为15%，进入氨水冷却器温度约50℃，由循环水系统来的循环水进入氨水冷却器与氨水进行热量交换，循环水进口温度为36℃，氨水经过氨水冷却器后降温至36℃，随后进入氨水罐，配置好的氨水通过氨水输送泵送至锅炉烟气脱硫脱硝用。
氨与水生成氨水是一个放热过程，防止高位吸氨器内温度过高，通过氨水循环泵将氨水送入高位吸氨器增加循环量来降低温度，温度控制在50℃左右。
氨水浓度可以通过在气氨管线设置调节阀进行流量调节及在脱盐水管道上设置脱盐水的流量调节来达到。
工艺流程图如下：
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氨合成装置如果遇故障或其他原因停车无法提供气氨时，锅炉系统没有停车，烟气脱硫仍需要氨水，考虑这种工况可以自罐区配置一条液氨管线，送至氨水制备装置，用液氨配置氨水。控制温度与气氨一致。
2.节能效果分析
在氨压缩制冷中进入冰机为气氨，来自氨合成的气氨温度为-15℃，压力0.13MPa，气氨分离除去夹带的液氨雾滴后，进入制冷压缩机组出口气氨压力为1.4MPa，温度约100℃， 进入冷凝器进行冷却，冷凝为液氨。液氨压力约为1.4MPa、温度约为36℃，然后送回氨合成工段使用。
氨冰机的方框流程图如下：
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以内蒙古鄂尔多斯某企业生产氨水为案例，锅炉脱硫脱硝需要制备32m3/h15%浓度的氨水，进行以下节能效果分析。
根据计算得出需要的气氨摩尔流量为287.5Kmol/h，质量流量4888kg/h，体积流量为2662m3/h，需要的脱盐水量为28m3/h。采用气氨制作氨水，降低了进入氨冰机的气体总量，从而降低了冰机的负荷，压缩功减少，通过模拟计算，电机效率按照0.88，气氨压力由0.13MPa增压至1.4MPa，气氨量为287.5Kmol/h，流量为2662m3/h时所消耗的压缩功为445KW。如果采用气氨作为生产氨水的原料，则氨压缩机每小时可节省电445KW.h，按年工作时间为7200h计算，则年节电为320.4万KW。
通过查询《综合能耗通则》GB/T2089-2020电力折标准煤系数当量值为0.1229kgce/kW.h，经计算节省标煤耗为320.4X10000X0.1229÷1000=393.8t/a。如果按照等价值（即上年电厂发电标准煤耗）计算时，节省标准煤更多，等价值大部分在0.300kgce/kW.h左右，如果按照0.300kgce/kW.h计算，则节省标准煤消耗为320.4X10000X0.3÷1000=961.2t/a。
从经济效益角度计算，如果当地电价为0.6元/度，则年节约成本为0.6X320.4=192.24万元。在装置设置中该企业氨合成冷量夏天比较紧张，如果采用气氨做氨水，降低了冰机运行负荷，缓解了制冷的压力，有利于生产稳定运行，且经济效益明显。
3.主要设备选型
氨水有一定的腐蚀作用，对铜的腐蚀比较强，钢铁比较差，对水泥腐蚀不大，在设备材质选择是氨水接触设备采用不锈钢。
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脱盐水泵、氨水循环泵及氨水输送泵根据现场布置情况选取扬程。
4.工艺流程设置中应注意的问题
（1）脱盐水温度尽量低。
（2）高位吸氨器脱盐水与气氨生产氨水是放热过程，要控制好出高位吸氨器氨水温度，通过调节氨水循环量来控制出口温度。
（3）高位吸氨器出口管道的直径不能过大，考虑有未溶于水的气氨以气泡形式存在在氨水中，需要在下降过程中溶于水，如果管道直径过大则气泡可能返回高位吸氨器，影响高位吸氨器的稳定性。
（4）气氨或者液氨进入氨水制备装置应设置紧急切断阀。
（5）在设备布置时考虑高位吸氨器的安装高度，及其他重力流设备的位差。
5.结语
通过论述，采用高位吸氨器工艺方案制备氨水时，应该注意高位吸氨器的安装高度，出口管道直径及出口温度不能过高，在合成氨装置中用气氨制备氨水，进入冰机氨气量减少，达到了降低冰机负荷的目的，有利于生产稳定运行，经过计算节能效果及经济效益明显，达到了节能降耗的目标，为企业节能降耗添动力。