用工業(yè)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱回收系統(tǒng)蒸汽能梯級利用

趙信剛

(湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北鐘祥 431910)

用工業(yè)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)熱回收系統(tǒng)蒸汽能梯級利用

趙信剛

(湖北大峪口化工有限責(zé)任公司，湖北鐘祥 431910)

介紹了大峪口化工800 kt/a硫磺制酸裝置HRS系統(tǒng)。從汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、調(diào)速和保護(hù)方面敘述了大峪口化工利用HRS飽和蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)拖動鍋爐給水泵的改造情況，并對改造過程中的注意事項(xiàng)作了說明。改造后充分利用了蒸汽減壓損失的技術(shù)功，實(shí)現(xiàn)了蒸汽能源的梯級利用，節(jié)電效益明顯。

硫酸生產(chǎn) 汽輪機(jī) 熱回收系統(tǒng) 蒸汽能 梯級利用

在當(dāng)今資源、能源利用效率要求不斷提高的情況下，國內(nèi)大型磷復(fù)肥企業(yè)硫磺制酸裝置配套低溫余熱回收系統(tǒng)已經(jīng)是普遍和成熟配置。低溫余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽通常為0.8 MPa、176℃左右，其用途一般有二:①作為熔硫系統(tǒng)蒸汽熱源;②減壓后并入0.3～0.5 MPa低壓蒸汽管網(wǎng)供磷酸濃縮或選礦用汽［1］。

湖北大峪口化工有限責(zé)任公司(以下簡稱大峪口化工)800 kt/a硫磺制酸裝置HRS系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)出0.8 MPa低壓蒸汽47 t/h左右，熔硫生產(chǎn)用汽量為8～10 t/h，多余的蒸汽通過調(diào)節(jié)閥減壓后與SO2主風(fēng)機(jī)透平背壓蒸汽一起并入0.49 MPa低壓蒸汽管網(wǎng)，供后續(xù)用汽裝置使用。蒸汽在減壓前后焓值未發(fā)生變化，但損失了大量的技術(shù)功。為了充分利用這部分能源，實(shí)現(xiàn)裝置能耗的最低化，2016年4月大峪口化工技改安裝了1臺工業(yè)汽輪機(jī)用于拖動余熱鍋爐給水泵，工業(yè)汽車輪機(jī)用HRS產(chǎn)汽驅(qū)動，做功后的背壓蒸汽再并入低壓蒸汽管網(wǎng)。

利用生產(chǎn)中副產(chǎn)的蒸汽作為動力源，驅(qū)動工業(yè)汽輪機(jī)來拖動給水泵等高耗能轉(zhuǎn)動設(shè)備，蒸汽通過汽輪機(jī)降溫、降壓釋放能量來做功，背壓蒸汽又得到繼續(xù)使用，既實(shí)現(xiàn)了蒸汽能源的梯級利用，提高了能源的利用率，又能降低電網(wǎng)負(fù)荷，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益［2］。

1 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)［3］

汽輪機(jī)為單級雙支點(diǎn)沖動式背壓汽輪機(jī)，單層布置，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、安全可靠、造價(jià)低等特點(diǎn)。由于驅(qū)動汽輪機(jī)的HRS蒸汽為飽和蒸汽，經(jīng)汽輪機(jī)做功后變?yōu)闈裾羝?，為了避免汽輪機(jī)水沖擊和葉片發(fā)生水蝕，在進(jìn)汽管上設(shè)有汽水分離器;汽閥總成、汽缸及進(jìn)汽、排汽管上均設(shè)有疏水管，進(jìn)行強(qiáng)制疏水，將蒸汽流動過程中產(chǎn)生的水滴通過疏水有效排出。

汽輪機(jī)汽缸和蒸汽室材質(zhì)為ZG25A鑄鋼;葉輪材質(zhì)選用35CrMoA合金鋼，具有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞極限。葉片材質(zhì)為硬度較高、韌性和耐腐蝕性較好的1Cr13不銹鋼。汽輪機(jī)前、后汽封泄漏的少量蒸汽經(jīng)汽封冷卻器冷卻后變?yōu)槟Y(jié)水排入地溝。汽輪機(jī)前、后共有2個(gè)軸承，軸承座與汽缸相連，軸承潤滑采用甩油環(huán)采油、循環(huán)水冷卻的潤滑方式，前軸承分為徑向軸承和推力軸承。轉(zhuǎn)子前端裝有轉(zhuǎn)速發(fā)訊器，通過轉(zhuǎn)速傳感器把轉(zhuǎn)速信號傳給調(diào)速器及數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)子后端裝有聯(lián)軸器與水泵連接以傳遞功率。

2 改造情況

改造增加的工業(yè)汽輪機(jī)型號為B20.45－0.9/ 0.5，設(shè)計(jì)運(yùn)行工況為0.9 MPa(絕壓)，進(jìn)汽溫度176℃，排汽壓力0.5 MPa(絕壓);額定功率450 kW，汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，跳閘轉(zhuǎn)速3 250～3 300 r/min，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，汽耗率64.8 kg/kWh。用于拖動的鍋爐給水泵型號為DG150－130×5，流量165 m3/h，揚(yáng)程600 m，布置在除氧器框架一層地面上。

為方便汽輪機(jī)進(jìn)汽和排汽等蒸汽管道就近布置，在拆除水泵原配的電動機(jī)后，利用水泵現(xiàn)有的基礎(chǔ)和底座，將水泵調(diào)頭安裝與新增的汽輪機(jī)連接，汽輪機(jī)單獨(dú)配置基礎(chǔ)和底座。汽輪機(jī)為單進(jìn)汽雙排汽，從水泵上方的管廊HRS產(chǎn)汽管道上引出蒸汽，經(jīng)隔離閥進(jìn)入汽輪機(jī)汽閥總成，再進(jìn)入汽缸，經(jīng)噴嘴組、沖動葉輪做功后，蒸汽排入背壓管網(wǎng)。在裝置開車初期和停車無蒸汽期間，啟動另一臺備用的電動給水泵給余熱鍋爐供水。HRS產(chǎn)汽大部分用于驅(qū)動汽輪機(jī)，但仍有1/3左右的富余蒸汽需要通過調(diào)節(jié)閥減壓后直接并入低壓蒸汽管網(wǎng)。

為了改善汽輪機(jī)的運(yùn)行工況，避免背壓蒸汽含濕量大、溫度低及凝結(jié)水損失，從現(xiàn)場附近的3.8 MPa過熱蒸汽DN20排汽管上接了一路蒸汽并入汽輪機(jī)進(jìn)汽管。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)打開此路蒸汽，可使進(jìn)汽溫度提高10℃左右，排汽溫度也在飽和蒸汽溫度以上，加上管道設(shè)備良好的保溫，除了汽封的少量泄漏外;基本消除了蒸汽冷凝水的產(chǎn)生，而且可以將汽水分離器拆除不用，減少蒸汽管路的阻力。

3 調(diào)速與保護(hù)

根據(jù)給水泵需要的工作壓力調(diào)節(jié)，調(diào)速系統(tǒng)采用電子調(diào)速方式。采用法國施耐德公司人機(jī)界面及模塊組成控制器，執(zhí)行器為日本光榮公司電子執(zhí)行器。通過手動或自動方式讓控制器輸出4～20 mA控制信號給電子執(zhí)行器，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作調(diào)節(jié)汽閥。將轉(zhuǎn)速、軸瓦溫度、進(jìn)汽和排汽溫度、壓力及控制器的信號引入DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程顯示和控制。

汽輪機(jī)還有一種調(diào)速方式，即保持調(diào)節(jié)汽閥全開、電子調(diào)速器不動作，通過調(diào)節(jié)HRS產(chǎn)汽直接并入低壓管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力，也可在一定范圍內(nèi)調(diào)整汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。進(jìn)汽壓力調(diào)節(jié)范圍為0.63～0.72 MPa，排汽壓力為低壓蒸汽管網(wǎng)壓力，一般為0.33～0.4 MPa，汽輪機(jī)前后溫差30℃，壓差0.3 MPa左右，低于設(shè)計(jì)值。

汽輪機(jī)設(shè)有超速保護(hù)裝置。在轉(zhuǎn)子的接長軸上裝有飛錘式危急遮斷器，在超速時(shí)飛錘離心力大于彈簧預(yù)緊力而擊出，打在危急遮斷器連桿的擊出桿上，帶動整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)動作，從而使汽閥總成上的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，主汽門脫扣而迅速關(guān)閉。按下緊急停車按鈕使電磁閥動作，也能使主汽門脫扣關(guān)閉而迅速停機(jī)。

4 注意事項(xiàng)

為保證汽輪機(jī)拖動的余熱鍋爐給水泵正常穩(wěn)定運(yùn)行，需要注意以下幾個(gè)方面:

1)汽輪機(jī)受熱膨脹后轉(zhuǎn)子中心略高于冷態(tài)工況，安裝時(shí)需注意汽輪機(jī)和水泵轉(zhuǎn)子同軸度偏差，避免轉(zhuǎn)子不同軸影響正常運(yùn)行。

2)鍋爐水位用給水調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)保持基本穩(wěn)定從而保證給水壓力穩(wěn)定，因而進(jìn)汽量需要保持穩(wěn)定，盡量避免裝置負(fù)荷變化過大，引起蒸汽產(chǎn)量的大幅變化，調(diào)節(jié)不及時(shí)造成熱網(wǎng)用戶蒸汽壓力波動，或汽輪機(jī)因進(jìn)汽量不足、轉(zhuǎn)速下降影響鍋爐給水供應(yīng)。

3)在低壓管網(wǎng)用戶突然減汽、背壓升高時(shí)，為避免汽輪機(jī)壓差過小出力不足，應(yīng)將部分背壓蒸汽排空或倒換為電動泵運(yùn)行。

4)避免運(yùn)行中因水泵設(shè)備振動對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動造成影響。

5)裝置停車或水泵故障時(shí)，應(yīng)迅速啟動備用的電動水泵，停下汽輪機(jī)，以保證鍋爐供水安全。

6)汽輪機(jī)停機(jī)后應(yīng)定時(shí)盤車，防止轉(zhuǎn)子受熱不均勻發(fā)生熱彎曲。

5 經(jīng)濟(jì)效益

鍋爐給水泵原配用電機(jī)額定功率為450 kW，運(yùn)行時(shí)已達(dá)到額定電流。改為HRS產(chǎn)汽驅(qū)動工業(yè)汽輪機(jī)拖動水泵、充分利用了蒸汽減壓損失的技術(shù)功，汽輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、噪聲低，節(jié)省了電機(jī)消耗的電能，按年運(yùn)行8 000 h，電價(jià)0.5元/kWh計(jì)，則每年節(jié)電效益為180萬元，折標(biāo)煤442 t/a。蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)做功后，焓值有所降低，與透平風(fēng)機(jī)背壓蒸汽混合后，管網(wǎng)蒸汽溫度下降7℃左右，但蒸汽的過熱度得到了降低，對濃縮裝置運(yùn)行有利，故可不考慮蒸汽焓值下降損失的價(jià)值。

［1］張曉遷，胡曾毅，陳清憲.磷銨生產(chǎn)過程中蒸汽的梯級利用［J］.磷肥與復(fù)肥，2011，26(5):39－40.

［2］吳仕勇，楊承譜，錢淑芳.熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)在硫酸裝置中的應(yīng)用［J］.硫酸工業(yè)，2012(3):40－43.

［3］董洪偉.硫酸裝置余熱利用中汽輪機(jī)的選型及應(yīng)用［J］.硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2016(2):36－39.

Realization of cascade utilization of steam energy by industrial steam turbine

ZHAO Xingang
(Hubei Dayukou Chemical Co.，Ltd.，Zhongxiang，Hubei，431910，China)

HRS system of Dayukou chemical 800 kt/a sulphuric acid is introduced，with respects of the structural features of the turbine，speed control and protection，Dayukou Chemical modification of HRS saturated steam driven turbine driven boiler feed pump are described，the matters needing attention in the course of reformation are explained.After the reform，the technical work of the steam pressure loss is fully utilized，and the cascade utilization of steam energy is realized.

sulphuric acid production;steam turbine;heat recovery system;steam energy;cascade utilization

TQ111.16;

B

1002－1507(2017)02－0033－03

2016－10－18。

趙信剛，男，湖北大峪口化工有限責(zé)任公司工程師，長期從事硫酸生產(chǎn)管理工作。電話:0724－4893054;E-mail:zxg07dyk@126.com。