大型SO2鼓風機高效節(jié)能運行實踐

張鵬云，馬瑩，王輝，馬俊

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

大型SO2鼓風機高效節(jié)能運行實踐

張鵬云，馬瑩，王輝，馬俊

(金川集團股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

冶煉煙氣制酸裝置SO2鼓風機電耗占總電耗的40%以上，采取電機變頻器調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)節(jié)、風機進口導葉調(diào)節(jié)等方式可實現(xiàn)風機節(jié)電。介紹了金川集團股份有限公司化工廠在工藝改造、生產(chǎn)操作方面的節(jié)能措施和經(jīng)驗，如減少補氣閥操作、冷激閥門緩開緩關、清理煙道煙灰等，實現(xiàn)了大型SO2鼓風機高效節(jié)能運行。

硫酸生產(chǎn) 冶煉煙氣 鼓風機 節(jié)能技術 運行措施

金川集團股份有限公司(以下簡稱金川集團)配套銅熔煉合成爐、轉爐煙氣環(huán)保處理建成530，330 kt/a 2套制酸裝置，利用熔煉合成爐產(chǎn)生的高濃度SO2煙氣與歷史遺留的一、二期轉爐低濃度SO2煙氣進行匹配，達到冶煉煙氣綜合治理的目的。這兩套裝置核心設備SO2鼓風機為德國KK＆K公司(現(xiàn)并入西門子)產(chǎn)品［1］。

制酸系統(tǒng)中SO2鼓風機是最大用電設備，其電耗約占系統(tǒng)總電耗的40%以上。因此，要想實現(xiàn)制酸電耗的有效控制，必須從風機節(jié)電方法入手;鼓風機節(jié)電大致可分為工藝改造節(jié)電、生產(chǎn)操作節(jié)電和設備改進節(jié)電3種［2］。一般SO2鼓風機設計選型負荷遠大于系統(tǒng)實際生產(chǎn)負荷，風機常處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，設備低效率運行。生產(chǎn)操作方面，冶煉煙氣制酸中煙氣波動頻繁，操作中需不停的調(diào)整生產(chǎn)系統(tǒng)，SO2鼓風機不經(jīng)濟的操作會造成系統(tǒng)運行成本增加。另外，SO2鼓風機長期運行會出現(xiàn)諸多問題，如:風機啟動大電流延時、風機潤滑油冷卻器油溫增加、液力耦合器調(diào)速范圍下降。金川集團在生產(chǎn)過程中逐步完善系統(tǒng)生產(chǎn)匹配化改造，生產(chǎn)中更加注重能源管控、經(jīng)濟操作和設備效率三方面管理;通過日常操作總結、冶煉生產(chǎn)格局調(diào)整，金川集團實現(xiàn)了SO2鼓風機優(yōu)化節(jié)能運行。

1 工藝設備節(jié)電

1.1 液力耦合器調(diào)節(jié)

目前制酸系統(tǒng)中風機節(jié)電最常用的方法有2種:①變頻調(diào)速技術，即通過電機安裝變頻器調(diào)節(jié)風機轉速;②液力耦合器調(diào)節(jié)技術，即電機與風機使用液力耦合器連接調(diào)節(jié)風機轉速［3］。

考慮大型SO2鼓風機節(jié)能效果，在滿足工藝要求的情況下盡量減小軸功率是降低能耗的重點。金川集團530 kt/a硫酸裝置2006年建成運行時，SO2鼓風機即采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式，其特征表現(xiàn)為:①無級調(diào)速，在恒定的輸入轉速下，可在輸入轉速的30%～100%連續(xù)無級的調(diào)節(jié)輸出轉速，設備節(jié)電效果明顯;②輕載啟動，電機空載起步然后輕載啟動載荷，可降低啟動均值電流和縮短啟動時間，減少電網(wǎng)大幅波動;③軟啟動、軟停車，可以和緩的啟動、加速、減速和停止。

1.2 進口導葉調(diào)節(jié)

大型冶煉煙氣制酸裝置大多采用進口離心風機。由于風機穩(wěn)定工況點較少，在生產(chǎn)操作中風量調(diào)節(jié)范圍又較大，為便于風量調(diào)節(jié)，最好的調(diào)節(jié)方式就是采用進口導葉，對風機入口流量進行調(diào)節(jié)(見圖1)。

圖1 SO2鼓風機入口安裝前導向

進口導葉安裝于風機入口處，導葉對進口氣流有預旋作用，既有利于保護風機葉輪，又有利于減少風機軸震動，降低設備損耗。在系統(tǒng)SO2濃度下降時，通過操作前導向，減少風機過多功率損失，對于系統(tǒng)節(jié)電具有很大意義。

在長期實踐過程中，當進口導葉開度為θ(0°～90°)時，進口導葉將使氣流進口的絕對速度沿圓周速度方向偏轉θ角，同時對氣流進口的速度有一定的節(jié)流作用，這種預旋和節(jié)流作用將改善風機運行工況，減少設備功率損耗。當進口導葉開度為90°時，此時進口導葉全開，導葉對進口氣流基本上無作用，氣流將以徑向流入葉輪葉片;當進口導葉開度為0°時，進口導葉關閉，此時系統(tǒng)處于孤立狀態(tài)。

金川集團制酸裝置SO2鼓風機安裝進口導葉后，系統(tǒng)孤立運行時風機最小風量由原來1.2×105m3/h將至6.5×104m3/h;系統(tǒng)低效運行時可最大程度降低空耗［4］。

2 生產(chǎn)操作節(jié)電

2.1 制酸系統(tǒng)滿負荷運行，減少風機空耗

在冶煉煙氣制酸裝置運行過程中，多套系統(tǒng)共同平衡煙氣;首先協(xié)調(diào)冶煉高投料量，在保證大系統(tǒng)滿負荷生產(chǎn)的同時，兼顧小系統(tǒng)。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)只有當制酸系統(tǒng)滿負荷生產(chǎn)時，系統(tǒng)電單耗下降，風機使用效率提高，風機故障率下降，系統(tǒng)電單耗處于最佳狀態(tài)。金川集團冶煉不同生產(chǎn)負荷下SO2鼓風機的月耗電量見表1。

由表1可見:冶煉投料量穩(wěn)定在120～133 t/h時，SO2鼓風機月耗電量為最佳水平。

2.2 根據(jù)煙氣波動情況隨時調(diào)節(jié)風機氣量

冶煉煙氣制酸的特點是爐窯吹送周期短，煙氣氣量波動大。在日常操作中，需根據(jù)冶煉爐窯吹送情況，隨時對系統(tǒng)風機進行調(diào)整。當冶煉轉爐停爐送料時，系統(tǒng)應根據(jù)凈化入口負壓增加情況，減少風機前導向開度，將凈化入口壓力控制在－200～350 kPa。當冶煉轉爐正常吹煉時，制酸系統(tǒng)應根據(jù)系統(tǒng)SO2濃度對風機進行調(diào)整。SO2濃度低時，應盡量減少大系統(tǒng)風量，增加小系統(tǒng)風量;SO2濃度高時，應減少小系統(tǒng)風量，將高濃度SO2煙氣盡量引入大系統(tǒng)，平穩(wěn)氣量，充分維持大系統(tǒng)高效率生產(chǎn)。因此，在生產(chǎn)過程中要及時監(jiān)測冶煉爐窯停吹情況，長時間停料，要及時孤立系統(tǒng);短時間停料，要及時縮小風機前導向開度，避免風機用電空耗。另外，系統(tǒng)控制應明確關鍵指標節(jié)點及冶煉生產(chǎn)操作規(guī)律，并根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)成本進行有效控制，使制酸系統(tǒng)運行更合理、更經(jīng)濟。

2.3 盡量減少補氣閥的操作

制酸系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，遇到系統(tǒng)SO2濃度升高時，不應立即開大補氣閥進行補氣，而應時刻根據(jù)轉化器一段出口溫度進行適度調(diào)節(jié)。正常生產(chǎn)中轉化器一段催化劑底層溫度最高可控制在630℃以內(nèi)，出口溫度控制在600℃。在此范圍內(nèi)，轉化器因煙氣瞬時SO2濃度增高，導致一段催化劑底層溫度增加，是合理的溫升;相反，由于冶煉煙氣制酸特點，煙氣SO2濃度頻繁波動。以金川集團530 kt/a制酸系統(tǒng)為例，系統(tǒng)設計煙氣量1.7×105m3/h，φ(SO2) 8%～10%;煙氣實際SO2濃度與轉化器一段催化劑底層及一段出口煙氣溫度趨勢變化見表2。

表2 轉化器一段操作工況

由表2可見:煙氣SO2濃度瞬時升高，造成催化劑溫度隨之升高，此時的溫度在催化劑耐溫范圍內(nèi);并且在此溫度下耐高溫催化劑轉化率較高。若對φ(SO2)9%煙氣進行補氣，過大的氣量不僅造成轉化工序SO2濃度波動，同時會造成大型風機電流值增加2～5 A，設備運行很不經(jīng)濟。

在風機開、關補氣閥時，氣體密度近似為相同值。若風機入口流量增加，其配套高壓電機輸出功率上升，風機運行電流值也隨之增加。而頻繁的調(diào)整補氣閥勢必造成風機耗電量上升。因此，冶煉煙氣制酸生產(chǎn)過程中，考慮風機盡可能接近設計參數(shù)運行，是系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)、高效節(jié)電最有效的措施。

2.4 冷激閥調(diào)節(jié)需緩開、緩關

制酸系統(tǒng)設置冷激煙道時，若冷激煙道1 600 mm以上，在調(diào)節(jié)冷激閥時，快開或快關閥門，會造成轉化工序煙氣量波動;冷激煙道管徑過大，對風機流量影響也較大。因此，在系統(tǒng)生產(chǎn)中，特別是冷激煙道管徑較大的轉化工序，在開、關冷激閥時，要注意降低風機前導向，再對冷激閥進行調(diào)整，以免造成風機運行效率下降，電耗增加。

2.5 強化檢修開、停車管理，減少風機空耗

在制酸系統(tǒng)停產(chǎn)檢修內(nèi)容確定以后，需要制定完善的系統(tǒng)開、停車方案，不僅可以明確時間節(jié)點及全程檢修施工操作順序，而且可以對檢修任務量及檢修成本進行有效控制。通過細化檢修開、停車方案，以最經(jīng)濟的方案開、停風機，避免風機空耗，使制酸系統(tǒng)檢修更合理、更經(jīng)濟。

2.6 及時清理煙道煙灰，降低風機電耗

一般制酸系統(tǒng)應每年申請一次年度檢修，檢修時要及時對制酸系統(tǒng)煙道煙灰進行清理。若制酸系統(tǒng)凈化工序前煙道積灰較厚，會減少煙道流通面積，增加風機入口管損，制酸產(chǎn)量下降，用電單耗上升。煙道積灰情況見圖2。

圖2 制酸系統(tǒng)凈化工序入口煙道積灰情況

3 結語

基于冶煉煙氣制酸系統(tǒng)運行特點，要想實現(xiàn)系統(tǒng)用電消耗有效控制，就要根據(jù)實際運行需要，積極摸索生產(chǎn)、工藝、操作、設備運行等過程中用電規(guī)律。同時，考慮到制酸生產(chǎn)中大型SO2鼓風機耗電在整個系統(tǒng)中用電比重，立足制酸系統(tǒng)生產(chǎn)管理實際，結合制酸系統(tǒng)大型設備運行特點，總結生產(chǎn)經(jīng)驗，通過減少風機電耗，最終達到控制整個制酸系統(tǒng)用電消耗，實現(xiàn)系統(tǒng)高效節(jié)電的目的。

［1］孫治忠，彭國華，張曦文.金川硫酸生產(chǎn)技術進展綜述［J］.硫磷設計與粉體工程，2016(2):1－8.

［2］張龍銀.我國硫酸工業(yè)入世十年嬗變［J］.硫酸工業(yè)，2012(6):1－4.

［3］劉虎.淺析變頻調(diào)速技術在風機上的應用［J］.石化技術，2016，23(8):36－37.

［4］孫治忠.現(xiàn)代硫酸生產(chǎn)操作與技術指南［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2016:264.

Operation practice of high efficiency energy saving of large SO2blower

ZHANG Pengyun，MA Ying，WANG Hui，MA Jun
(Chemical Plant，Jinchuan Group Go.，Ltd.，Jinchang，Gansu，737100，China)

The power consumption of SO2blower power in smelter acid plant accounted for more than 40%of the total consumption.The blower power saving can be realized by electric machine inverter adjustment，hydraulic coupler adjustment，blower inlet guide vane adjustment.The energy-saving measures and experience in the process transformation and production operation of Jinchuan Group are introduced，such as reducing valve operation，cold shock valve slow open off，and cleaning flue ash.The high efficiency and energy saving operation of large SO2blower are realized.

sulphuric acid production;smelting off-gas;blower;energy saving technology;operation practice

TQ111.16

B

1002－1507(2017)02－0030－03

2016－10－02。

張鵬云，男，金川集團股份有限公司化工廠工程師，現(xiàn)從事設備管理工作。E-mail:hgzpy@jnmc.com。