螺桿膨脹發(fā)電機(jī)在蒸汽梯級(jí)利用中的運(yùn)用

孔令竑 李 華

（1.浙江晉巨化工有限公司；2.巨化集團(tuán)公司生產(chǎn)運(yùn)營部：浙江 衢州324004）

某氮肥企業(yè)甲醇合成裝置，其廢熱鍋爐在額定負(fù)荷情況下能夠利用甲醇合成反應(yīng)熱生產(chǎn)副產(chǎn)蒸汽，蒸汽質(zhì)量流量8～12t/h、壓力1.4～2.0MPa（表），通過自動(dòng)減壓閥將蒸汽減壓至0.5～0.6MPa后并入低壓蒸汽管網(wǎng)，除供甲醇精餾使用外余量供其他低壓蒸汽用戶使用。

1.4～2.0MPa的中壓蒸汽直接減壓為0.5～0.6 MPa的低壓蒸汽使用，造成了梯級(jí)蒸汽能量損失，同時(shí)也因不同品質(zhì)的蒸汽價(jià)格而造成經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定采用技術(shù)先進(jìn)的螺桿膨脹發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)蒸汽的梯級(jí)利用

1 發(fā)電機(jī)原理與特性

蒸汽型螺桿膨脹發(fā)電機(jī)，主要由一對(duì)轉(zhuǎn)子加上機(jī)殼組成。高溫壓蒸汽從上側(cè)的高壓孔口進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔，首先充滿第1個(gè)工作容積。在壓力作用下，陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)工作腔脫離開進(jìn)汽口時(shí)，不再充汽，然后進(jìn)入膨脹過程。在膨脹過程中，蒸汽溫度、壓力均會(huì)下降。當(dāng)工作容積前方齒到達(dá)排汽孔口時(shí)，工作容積與排汽腔相通，蒸汽排出膨脹機(jī)。在壓力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，連接發(fā)電機(jī)，輸出電力。

螺桿膨脹發(fā)電機(jī)在熱源壓力、溫度、流量、熱負(fù)荷及負(fù)載功率等參數(shù)在大范圍波動(dòng)情況下能保持高效率穩(wěn)定運(yùn)行，啟動(dòng)及正常運(yùn)行時(shí)操作維修方便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及安全可靠，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人值守、遠(yuǎn)距離監(jiān)控、長期無大修。

螺桿膨脹發(fā)電機(jī)為塊裝、集裝式機(jī)組，可集中、可分散、可移動(dòng)，最適合熱源會(huì)衰減、位置可變化的場合。

2 設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行模式

采用蒸汽型螺桿膨脹發(fā)電機(jī)型號(hào)為KSGE329/125-/260，額定最大蒸汽質(zhì)量流量12t/h，額定最大發(fā)電功率310kW。

甲醇裝置副產(chǎn)的質(zhì)量流量8～12t/h、壓力1.4～2.0MPa、溫度185～215℃的中壓蒸汽，經(jīng)過蒸汽型螺桿膨脹發(fā)電機(jī)發(fā)電、減壓后，出口壓力0.45～0.5 MPa、溫度150～165℃的蒸汽送低壓蒸汽管網(wǎng)，與原減壓送入低壓蒸汽管網(wǎng)一樣，不會(huì)引起低壓蒸汽管網(wǎng)壓力的波動(dòng)，只是蒸汽溫度會(huì)有所下降。而螺桿膨脹發(fā)電機(jī)發(fā)出的電全部送入低壓電網(wǎng)。

加裝螺桿膨脹發(fā)電機(jī)后的工藝流程見圖1。

圖1 加裝螺桿膨脹發(fā)電機(jī)后的流程Fig 1 Process diagram after installation of screw expansion power generator

根據(jù)該企業(yè)甲醇生產(chǎn)工藝，從甲醇合成副產(chǎn)中壓蒸汽的減壓調(diào)節(jié)閥組的副線閥前新引出一路蒸汽管道，管徑為DN125，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，通過調(diào)節(jié)閥控制，進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)，同時(shí)調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)出口壓力排汽壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)汽流量，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，出螺桿膨脹機(jī)后的排汽送入內(nèi)部低壓蒸汽管網(wǎng)，用于其他工序生產(chǎn)。

發(fā)電機(jī)為三相異步發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電能直接接入附近低壓配電室。如遇突發(fā)事件，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置能與電網(wǎng)自動(dòng)分閘，確保電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的安全。

正常停機(jī)時(shí)，先關(guān)斷蒸汽調(diào)節(jié)閥；當(dāng)發(fā)電功率小于30kW時(shí)，快速切斷閥動(dòng)作，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降至同步轉(zhuǎn)速以下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)解列；緊急情況停機(jī)時(shí)，快速切斷閥及蒸汽調(diào)節(jié)閥同時(shí)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)立即解列。

3 運(yùn)行效果

螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組完成安裝調(diào)試后已經(jīng)運(yùn)行4個(gè)月，期間72h試運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

受甲醇生產(chǎn)裝置負(fù)荷不穩(wěn)定等因素影響，發(fā)電效率目前只達(dá)到額定值的60%，平均發(fā)電功率為170kW。

盡管試運(yùn)行期間供汽壓力在1.3MPa左右，為設(shè)計(jì)值的39%，發(fā)電效率為設(shè)計(jì)值的60%，但與螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組安裝投運(yùn)前相比，蒸汽壓差得到了充分利用，形成了新增的純發(fā)電量。

螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組共投資155萬元。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用后，年運(yùn)行時(shí)間按8000h、電價(jià)按0.675元/kWh計(jì)算，則年發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益為92萬元。

4 結(jié)束語

螺桿膨脹發(fā)電機(jī)將蒸汽減壓過程中原來沒有利用的約0.8MPa壓差的顯能進(jìn)行回收發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了能源梯級(jí)利用的效果。

煤化工等氮肥企業(yè)，電費(fèi)成本約占其生產(chǎn)能源成本的33%以上，采用此項(xiàng)節(jié)能新技術(shù)來降本增效是行之有效的途徑和方法。該氮肥企業(yè)采用螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)，在目前運(yùn)行狀況下約1.5a左右即可收回成本，今后如果控制條件進(jìn)一步優(yōu)化，運(yùn)行效果將更加明顯。

表1 螺桿膨脹發(fā)電機(jī)72h試運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab 1 72 h performance data of screw expansion power generator