飽和蒸汽輪機在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用與實踐

韓元培 , 李　琦 , 王彥輝 , 冷棟云

(開封龍宇化工有限公司 ， 開封市聚甲醛基新材料重點實驗室 ， 河南 杞縣　475200)

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飽和蒸汽輪機在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用與實踐

韓元培 , 李琦 , 王彥輝 , 冷棟云

(開封龍宇化工有限公司 ， 開封市聚甲醛基新材料重點實驗室 ， 河南 杞縣475200)

摘要：通過對聚甲醛裝置循環(huán)水泵進(jìn)行改造，將減溫減壓器消耗的能量利用起來，實現(xiàn)了飽和蒸汽驅(qū)動汽輪機，從而帶動循環(huán)水泵的零電耗運行，達(dá)到了節(jié)能和發(fā)電的目的，實現(xiàn)年節(jié)約用電4.48×106 kW·h、發(fā)電1.76×106 kW·h。

關(guān)鍵詞：飽和蒸汽 ； 汽輪機 ； 循環(huán)水泵 ； 節(jié)能

0前言

在工業(yè)生產(chǎn)中，低壓飽和蒸汽廣泛存在。低壓飽和蒸汽由于壓力小、溫度低，很難長距離輸送并高效利用。一般冷凝后作為鍋爐除氧器給水，直接進(jìn)入采暖系統(tǒng)或者冷卻后重新利用制備工業(yè)用脫鹽水，造成了很大的浪費。飽和蒸汽汽輪機的發(fā)展為低壓飽和蒸汽利用提供了新的途徑。

飽和蒸汽輪機也稱為濕蒸汽輪機，用飽和蒸汽作為進(jìn)汽。由于壓力、溫度都較低，單位質(zhì)量的蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹作功時發(fā)出的可用熱量約少一半，即單位功率所需的新汽質(zhì)量流量約大1倍。

低壓飽和蒸汽輪機的進(jìn)氣壓力范圍為0.35~2.50 MPa、功率范圍為100~6 000 kW、轉(zhuǎn)速300~18 000 r/min。其基本結(jié)構(gòu)特征為沖動式原理、單缸、單級或多級、噴嘴配汽、整段剛性或撓性轉(zhuǎn)子、可傾瓦徑向滑動軸承、整體基座[1]。

國內(nèi)飽和蒸汽輪機生產(chǎn)廠家如青島華捷透平動力有限公司、湖南湘東化工機械有限公司等都開發(fā)了自己的專利技術(shù)，具有使用壽命長、控制操作簡單、安全性能可靠、經(jīng)濟效益顯著等特點，基本解決了濕蒸汽流中的微小水滴對汽輪機效率的影響及縫隙部位受濕蒸汽泄漏引起的侵蝕問題。國內(nèi)飽和蒸汽輪機技術(shù)目前已趨于成熟。

1995年青島華捷首次在國內(nèi)提出“熱功聯(lián)產(chǎn)”這一嶄新概念，并將這一概念連同熱功聯(lián)產(chǎn)工業(yè)汽輪機成功地應(yīng)用于給水泵、風(fēng)機、壓縮機等動力設(shè)備的節(jié)能技術(shù)當(dāng)中[2]。

1循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)狀

開封龍宇化工有限公司聚甲醛裝置循環(huán)水系統(tǒng)，采用江蘇海鷗技術(shù)，符合安全、環(huán)保、工業(yè)衛(wèi)生等方面要求。循環(huán)冷卻水站的主要作用是將全公司各生產(chǎn)裝置冷卻設(shè)備的溫升水通過機械通風(fēng)逆流式冷卻塔降低水溫后，由循環(huán)水泵加壓，再供給不同的冷卻設(shè)備循環(huán)使用。同時，通過加藥設(shè)備對該循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理，通過旁濾池控制循環(huán)水的懸浮物含量，保證工藝?yán)鋮s設(shè)備的熱效率。主要裝置是2座循環(huán)冷卻水塔、4臺循環(huán)水泵、2臺旁濾過濾器、1套加酸裝置和2套加緩蝕阻垢劑裝置，系統(tǒng)冷卻水量為9 000 m3/h。來自管網(wǎng)的循環(huán)冷卻回水(≥0.2 MPa)直接進(jìn)入冷卻塔，經(jīng)噴頭、填料與空氣換熱后落入塔底水池，被循環(huán)水泵提升壓力，分別供給各工藝裝置和鍋爐房使用。

循環(huán)水系統(tǒng)供水壓力為0.47 MPa，溫度24~32 ℃，回水上塔壓力0.2 MPa，溫度32~40 ℃。冷卻塔兩座，風(fēng)機為電機驅(qū)動，雙級調(diào)速，功率185 kW/75 kW。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計為560 kW水泵4臺，兩開兩備，電機驅(qū)動功率560 kW。圖1為循環(huán)水冷卻塔示意圖。

圖1　循環(huán)水冷卻塔系統(tǒng)示意圖

開封龍宇生產(chǎn)裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)時，需兩臺鍋爐提供1.2 MPa(表壓)的飽和蒸汽80 t/h。其中有30 t/h蒸汽未經(jīng)過做功直接通過減壓裝置從1.2 MPa減壓至0.4 MPa供后續(xù)使用，其中的能量未加以利用，造成大量浪費。擬采用飽和蒸汽輪機進(jìn)行改造。

2改造方案

公司循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵飽和蒸汽輪機項目，對循環(huán)水泵的驅(qū)動方式進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能改造，采用1臺800 kW飽和蒸汽背壓式汽輪機直接拖動1臺560 kW循環(huán)水泵和與其配套高壓異步電動機，在實現(xiàn)節(jié)電和異步發(fā)電雙重效果的基礎(chǔ)上，又可將做過功的0.4 MPa的汽輪機背壓排汽提供給后續(xù)系統(tǒng)使用。

項目實施流程主要包括：設(shè)計方案確定；工藝管道、設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計；工藝管道材料采購；汽輪機及其輔助設(shè)備和儀表供貨；循環(huán)水泵雙伸軸改造；汽輪機與水泵機組之間的就位安裝，設(shè)備基礎(chǔ)一次灌漿；汽水管道系統(tǒng)安裝；汽輪機與隨機控制柜之間的電氣及控制部分安裝及現(xiàn)場調(diào)試；汽輪機系統(tǒng)進(jìn)、排氣蒸汽管道吹掃；汽輪機主蒸汽管和排汽管道水壓試驗；汽輪機單機試車及聯(lián)動試車。項目選用青島華捷飽和蒸汽輪機，設(shè)備具體參數(shù)見表1。

3效果評估

項目完成后，為保證機組正常運行，循環(huán)水泵改造成汽輪機與電機兩驅(qū)裝置，在系統(tǒng)蒸汽產(chǎn)能較高時以便汽輪機足夠做功來驅(qū)動循環(huán)水泵正常運行，并且電動機還可以輔助向內(nèi)網(wǎng)發(fā)、供電，節(jié)省用電費用。循環(huán)水泵配置為汽電兩驅(qū)：汽輪機+減速機+電機+循環(huán)水泵，汽輪機由調(diào)整系統(tǒng)根據(jù)蒸汽供給情況自動調(diào)節(jié)運行，在系統(tǒng)負(fù)荷不足時電機輔助向內(nèi)網(wǎng)發(fā)、供電。

表1　項目選用汽輪機參數(shù)

3.1經(jīng)濟效益

循環(huán)水系統(tǒng)功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能綜合改造完成后，平均每小時節(jié)電560 kW、每小時發(fā)電220 kW，設(shè)備年運行時間按8 000 h計算，全年節(jié)約用電6.424×106kW·h。電價按0.62元計算，則每年可節(jié)約電費386.88萬元。

3.2社會及環(huán)境效益

根據(jù)電力折標(biāo)煤系數(shù)，該項目年節(jié)電6.424×106kW·h，折標(biāo)煤為789.5 t，可減少二氧化碳排放2 555.8 t，減少二氧化硫排放23.5 t，減少氮氧化物排放6.9 t。

4小結(jié)

熱電聯(lián)產(chǎn)是既產(chǎn)電又產(chǎn)熱的先進(jìn)能源利用形式，與熱電分產(chǎn)相比具有很多優(yōu)點：降低能源消耗、提高空氣質(zhì)量、補充電源、節(jié)約城市用地、提高供熱質(zhì)量、便于綜合利用、改善城市形象、減少安全事故。熱電聯(lián)產(chǎn)由于具有許多優(yōu)點，應(yīng)加大發(fā)展力度，從設(shè)計環(huán)節(jié)入手，綜合考慮裝置能耗狀況。

工業(yè)是我國能源消費的大戶，占全國能源消費總量的70%左右，化工、鋼鐵等高能耗企業(yè)又是工業(yè)能源消費的大戶。做好高耗能企業(yè)的節(jié)能減排工作,促進(jìn)企業(yè)加快節(jié)能技術(shù)改造,提高能源利用效率,對提高企業(yè)經(jīng)濟效益，緩解經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的能源和環(huán)境約束，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝業(yè)平.低壓飽和蒸汽汽輪機的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].節(jié)能技術(shù),2011,29(1):61-65.

[2]王春曉.低壓飽和蒸汽輪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化[D].青島:青島科技大學(xué),2013.

煙氣干法脫硫脫氮新工藝誕生經(jīng)過五年多的科技攻關(guān)，中石化集團公司科研課題催化裂化煙氣脫硫脫氮技術(shù)工業(yè)側(cè)線試驗(干法脫硫脫氮試驗)日前完成攻關(guān)任務(wù)，通過中國石化科技部組織的由曹湘洪院士擔(dān)任評議委員會主任的技術(shù)評議。

該試驗裝置通過催化劑直接脫除煙氣中的硫化物和氮氧化物。相對于傳統(tǒng)的濕法脫硫脫氮技術(shù)，干法脫硫脫氮新技術(shù)不僅環(huán)保效果好，并且整個工藝路線也更加方便、高效、經(jīng)濟，具有設(shè)備精簡、占地面積小、運行管理方便、生產(chǎn)成本低、無廢水二次污染等優(yōu)點。

試驗結(jié)果表明：催化裂化煙氣中硫氧化物、氮氧化物的脫除率分別高達(dá)95%和60%，硫氧化物和氮氧化物的質(zhì)量濃度最小值均低于10 mg/m3，且無二次污染物排放，對煙氣適應(yīng)能力強，吸附劑可作為催化裂化的催化劑使用。

據(jù)介紹，該項目由中國石化工程建設(shè)公司、石科院、中原油田聯(lián)合承擔(dān)。試驗裝置建在中原油田石油化工總廠，采用吸附—再生連續(xù)循環(huán)模式，以催化裂化催化劑為吸附劑、以含氫或小分子飽和烴介質(zhì)為還原劑，實現(xiàn)硫氧化物到硫化氫的資源化回收、氮氧化物到氮氣的無害化排放目標(biāo)。試驗裝置自2013年10月建成開始試驗，兩年來，經(jīng)過科技人員的精心調(diào)試，反復(fù)測驗，各項指標(biāo)達(dá)到預(yù)期，凈化后的煙氣達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)有的煙氣干法脫硫脫氮技術(shù)是一體化路線，其特點是整體效率高，占地面積小，但其脫除NOx時使用了氨氣，容易導(dǎo)致氨逃逸形成二次污染。至于在燃煤電廠煙氣脫硫中采用的半干法技術(shù)，則由于吸附劑沒有再生能力，在達(dá)到吸附飽和后只能外排而形成固體廢物，結(jié)果要么形成二次污染，要么需要增加投入進(jìn)一步治理。

中國石化此次開發(fā)的干法脫硫脫氮新技術(shù)，使用催化裂化催化劑作為吸附劑，采用循環(huán)流化床吸附—再生工藝，不改動催化裂化裝置的現(xiàn)有流程和操作條件，吸附劑可以循環(huán)使用。與此同時，催化裂化干氣等經(jīng)過再生還原后，吸附劑上的硫氧化物被還原為硫化氫，后續(xù)加以利用，氮氧化物被還原為氮氣無害排放，凈化煙氣中夾帶的吸附劑粉塵，可以采用成熟的干式除塵方式予以回收。

中圖分類號：TQ050.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467(2016)01-0042-03

作者簡介：韓元培(1985-)，男，工程師，從事共聚甲醛技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)管理工作，電話：13723215045。

收稿日期：2015-12-11