27萬(wàn)t/a雙加壓法稀硝酸裝置“四合一”機(jī)組汽改電項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

萬(wàn)栓紅,趙海寶,張艷萍,景麗穎,劉 斌,王育紅

(1.河南永昌硝基肥有限公司, 河南新鄉(xiāng) 453621;2.天津華景工程技術(shù)有限公司, 天津 300400;3.西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司, 陜西西安 710000)

河南永昌硝基肥有限公司(以下簡(jiǎn)稱永昌硝基肥)擁有27萬(wàn)t/a稀硝酸、10萬(wàn)t/a硝鎂法濃硝酸、10萬(wàn)t/a大顆粒工業(yè)硝酸銨[1-2]、10萬(wàn)t/a滾筒流化床造粒[3]硝銨磷、10萬(wàn)t/a三元硝基(NPK)復(fù)合肥裝置各一套。永昌硝基肥以新鄉(xiāng)市永昌化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱永昌化工)生產(chǎn)的合成氨為原料。永昌化工有15萬(wàn)t/a固定層間歇?dú)饣铣砂毖b置和15萬(wàn)t/a濃硝酸裝置各一套，還建有兩臺(tái)鍋爐(40.00 t/h、4.0 MPa)。2020年年初，河南省淘汰落后產(chǎn)能工作領(lǐng)導(dǎo)小組將30萬(wàn)t/a以下固定層間歇?dú)饣铣砂毖b置列為落后工藝與產(chǎn)能，并要求于當(dāng)年12月底前完成淘汰工作。永昌化工的兩臺(tái)鍋爐是配套固定層間歇?dú)饣铣砂毖b置的三廢混燃爐，擔(dān)負(fù)永昌硝基肥27萬(wàn)t/a稀硝酸裝置的開車啟動(dòng)和工藝用汽。一旦合成氨裝置停產(chǎn)退出，兩臺(tái)三廢混燃爐也將隨之停用，27萬(wàn)t/a稀硝酸裝置開車就失去蒸汽動(dòng)力來(lái)源，硝酸下游的生產(chǎn)裝置也將隨之停產(chǎn)。鑒于上述情況，公司下決心解決27萬(wàn)t/a稀硝酸裝置開車啟動(dòng)及其下游裝置運(yùn)行所需蒸汽來(lái)源的問(wèn)題，論證汽改電項(xiàng)目的可行性。

1 前期技術(shù)論證

在收到關(guān)于將固定層間歇?dú)饣铣砂毖b置列為落后工藝與產(chǎn)能的通知后，永昌硝基肥與天津華景工程技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱天津華景)、西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱西安陜鼓)進(jìn)行了多次汽改電方案技術(shù)論證，詳細(xì)分析了改造的可行性及風(fēng)險(xiǎn)，并與國(guó)內(nèi)外電機(jī)生產(chǎn)廠家就高速電機(jī)問(wèn)題進(jìn)行了多次技術(shù)交流，考察了兩家電機(jī)廠在國(guó)內(nèi)其他行業(yè)運(yùn)行高轉(zhuǎn)速、大功率電機(jī)的業(yè)績(jī)。最終確定由天津華景負(fù)責(zé)27萬(wàn)t/a稀硝酸裝置汽改電土建結(jié)構(gòu)、工藝配管、應(yīng)力計(jì)算、電纜敷設(shè)、聯(lián)鎖修改、生產(chǎn)操作等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作；由西安陜鼓負(fù)責(zé)采購(gòu)高速變頻電機(jī)、高壓變頻器、油浸變壓器。另外，確定“四合一”機(jī)組汽改電后，稀硝酸裝置副產(chǎn)中壓蒸汽(4.0 MPa、440 ℃)先送去背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，背壓發(fā)電汽輪機(jī)出口蒸汽再送至稀硝酸裝置下游，供工藝裝置使用。

2 技術(shù)改造內(nèi)容

2.1 用高速變頻電機(jī)替代原汽輪機(jī)

原“四合一”機(jī)組采用NK40/45/20汽輪機(jī)作為機(jī)組主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備。該汽輪機(jī)為凝汽式汽輪機(jī)，100%負(fù)荷下汽耗(4.0 MPa、440 ℃的中壓蒸汽)為34.38 t/h。改造后，采用高速變頻電機(jī)替代，稀硝酸裝置自產(chǎn)蒸汽全部外送。

2.2 保持氧化爐-廢熱鍋爐系統(tǒng)原有工藝參數(shù)不變

原裝置采用汽輪機(jī)拖動(dòng)時(shí)，自產(chǎn)蒸汽在保證汽輪機(jī)用汽的前提下，富余的蒸汽通過(guò)外送蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥(PV117)送到稀硝酸裝置外的蒸汽管網(wǎng)上，維持蒸汽系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。機(jī)組改為高速變頻電機(jī)拖動(dòng)后，自產(chǎn)蒸汽要全部外送給背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，然后將背壓1.0 MPa的蒸汽送去稀硝酸下游裝置。因下游裝置的蒸汽用量會(huì)影響背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)口壓力及氧化爐-廢鍋系統(tǒng)的壓力，故在外送主蒸汽的管線上增加一臺(tái)PN100、DN250、ZJM-100I壓力調(diào)節(jié)閥，以維持原氧化爐-廢熱鍋爐系統(tǒng)工藝參數(shù)不變。

2.3 選擇更適合的透平機(jī)械油

改用高速變頻電機(jī)拖動(dòng)后，為更有效地降低高速電機(jī)軸承使用溫度，降低軸承摩擦機(jī)械磨損，經(jīng)永昌硝基肥、天津華景、西安陜鼓、電機(jī)廠家四方商定，更換之前的潤(rùn)滑油型號(hào)，選擇更適合的透平機(jī)械油[4]。

3 安裝調(diào)試

本項(xiàng)目電機(jī)及附屬設(shè)施安裝調(diào)試和機(jī)組整體的PLC組態(tài)由西安陜鼓負(fù)責(zé)。

本項(xiàng)目所有電氣設(shè)備調(diào)試由電機(jī)廠家負(fù)責(zé)。

本項(xiàng)目改造完成后，稀硝酸裝置的試車、開車方案由天津華景負(fù)責(zé)。

4 運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)

2021年8月6日，汽改電項(xiàng)目安裝調(diào)試完成，投入試生產(chǎn)。5個(gè)多月來(lái)，其間因高壓斷路開關(guān)零序電流參數(shù)設(shè)置偏低和電網(wǎng)閃電引起兩次緊急停車以外，其余時(shí)間工藝及設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，負(fù)荷也從試車初期的80%逐步增加到105%?，F(xiàn)總結(jié)不同運(yùn)行負(fù)荷下的主要運(yùn)行參數(shù)，見表1、表2。

表1 不同負(fù)荷下高速變頻電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 稀硝酸裝置主要運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 汽改電的優(yōu)點(diǎn)

5.1 縮短開車時(shí)間

稀硝酸裝置原用NK40/45/20汽輪機(jī)拖動(dòng)，裝置停車后，設(shè)備管道降至常溫再開車時(shí)，需要經(jīng)歷氧化爐-廢熱鍋爐系統(tǒng)升溫升壓、汽輪機(jī)暖管暖機(jī)、啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)、低速暖機(jī)、升速充壓、建立液位、引氨配比、氧化爐點(diǎn)火等環(huán)節(jié)。整個(gè)開車時(shí)長(zhǎng)為10～12 h。

汽改電項(xiàng)目實(shí)施后，無(wú)汽輪機(jī)暖管暖機(jī)、啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)、低速暖機(jī)環(huán)節(jié)，從電機(jī)啟機(jī)到升至額定轉(zhuǎn)速，時(shí)長(zhǎng)僅需8.6 min，整個(gè)開車過(guò)程僅需5～6 h。

同時(shí)，汽改電后，控制及連鎖點(diǎn)減少，操作上更加安全，開停車簡(jiǎn)單方便。

5.2 節(jié)約開車費(fèi)用

對(duì)比汽輪機(jī)和高速變頻電機(jī)前后開車時(shí)間，后者比前者縮短了5 h。按蒸汽成本為185.00元/t、電價(jià)為0.62元/(kW·h)計(jì)算，前者單次開車的費(fèi)用約為10.20萬(wàn)元，后者單次開車的費(fèi)用約為6.20萬(wàn)元。汽改電后，稀硝酸裝置單次開車可節(jié)約4萬(wàn)元。

5.3 增加經(jīng)濟(jì)效益

改造后，在100%負(fù)荷工況下，雖然裝置耗電增加了5 024 kW/h，耗脫鹽水增加了34.38 t/h，但是外送蒸汽增加了34.38 t/h，其它指標(biāo)沒(méi)有變化。

按照蒸汽成本為185.00元/t、脫鹽水成本為5.00元/t、用電成本為0.62元/(kW·h)計(jì)算，則每年(7 200 h)增加經(jīng)濟(jì)效益2 213萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

永昌硝基肥27萬(wàn)t/a稀硝酸裝置“四合一”機(jī)組汽改電完成后，運(yùn)行安全平穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期效果，并且解決了其它生產(chǎn)裝置用汽的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)有120多套雙加壓法稀硝酸裝置，此次汽改電項(xiàng)目的成功實(shí)施，為有汽改電需求的稀硝酸生產(chǎn)企業(yè)提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。