高背壓汽輪機(jī)拖動(dòng)鍋爐給水泵在尿素廠的技術(shù)應(yīng)用

程中先

(安徽節(jié)源環(huán)?？萍加邢薰荆不?合肥 230031)

安徽某尿素廠有1臺(tái)130t/h的循環(huán)流化床鍋爐，蒸汽參數(shù)為8.83MPa/505℃，鍋爐給水泵為2臺(tái)1 000kW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵。企業(yè)一直使用1臺(tái)減溫減壓器將高溫高壓蒸汽減溫減壓為3.6MPa/390℃中壓蒸汽使用，用量約25t/h。經(jīng)汽輪機(jī)廠家研究計(jì)算，若將蒸汽通過(guò)高背壓式汽輪機(jī)做功代替減溫減壓器，可回收約1 000kW的功率，正好用于驅(qū)動(dòng)1臺(tái)鍋爐給水泵。由于采用了高背壓汽輪機(jī)，在制造、控制和操作等方面存在一定的難度[1]。

1 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機(jī)稱為背壓汽輪機(jī)，是利用蒸汽的熱能來(lái)做功的旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)，工作時(shí)先將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成為蒸汽的動(dòng)能，再把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在鍋爐給水泵房空地處，布置1臺(tái)汽輪機(jī)和1臺(tái)給水泵，配套蒸汽、冷卻水、鍋爐給水管道和儀控等，利用汽輪機(jī)拖動(dòng)給水泵，滿足鍋爐給水流量和壓力的要求，同時(shí)將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵作為聯(lián)鎖備用泵。汽機(jī)排汽管道設(shè)置減溫器，將排汽溫度從415℃降至390℃，送至3.6MPa蒸汽網(wǎng)管，原減溫減壓器處于熱備用狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)采用和利時(shí)T800系統(tǒng)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)送至現(xiàn)有鍋爐控制室，改造的系統(tǒng)見(jiàn)圖1，虛線內(nèi)為新增設(shè)備。

圖1 改造系統(tǒng)圖

3 設(shè)備選型

3.1 汽輪機(jī)

汽輪機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 汽輪機(jī)參數(shù)

汽輪機(jī)為單缸背壓式汽輪機(jī)，本體主要由轉(zhuǎn)子部分和靜子部分組成。轉(zhuǎn)子部分包括整鍛轉(zhuǎn)子、葉片、盤(pán)車齒輪、聯(lián)軸器等；靜子部分包括汽缸、主汽門(mén)、蒸汽室、噴嘴組、隔板、汽封、軸承、軸承座、調(diào)節(jié)汽閥、盤(pán)車裝置等。

3.2 給水泵

給水泵參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 給水泵參數(shù)

DGB型給水泵是單殼體節(jié)段式多級(jí)離心泵。DGB型鍋爐給水泵為DG型給水泵的改進(jìn)型號(hào)，泵的進(jìn)、出水段和中段采用鍛造結(jié)構(gòu)，其金屬機(jī)械性能比鑄造件更好，克服了鑄件的缺陷。平衡機(jī)構(gòu)采用雙平衡機(jī)構(gòu)，平衡效果更佳。設(shè)計(jì)在高壓高溫下運(yùn)行。

4 裝置的調(diào)試和遇到的問(wèn)題

機(jī)組為廠商制造的第一臺(tái)此類參數(shù)汽輪機(jī)，開(kāi)機(jī)時(shí)廠商派多位技術(shù)人員到場(chǎng)指導(dǎo)，一次開(kāi)機(jī)成功，但也有如下幾個(gè)問(wèn)題暴露出來(lái)。

4.1 過(guò)臨界振動(dòng)大

從調(diào)試過(guò)程看，機(jī)組溫度低于280℃時(shí)，振動(dòng)一直有上升趨勢(shì)，必須在汽機(jī)500～1 000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，將機(jī)組溫度暖到280℃以上。過(guò)臨界轉(zhuǎn)速2 580r/min時(shí)，振動(dòng)較大，達(dá)到0.145mm，過(guò)臨界后振動(dòng)平穩(wěn)。據(jù)了解，該機(jī)組在廠家測(cè)試時(shí)，因?yàn)檫M(jìn)汽溫度低、暖機(jī)不夠充分等原因，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)值一直超過(guò)設(shè)計(jì)值的0.15mm，在多次調(diào)整進(jìn)汽溫度和充分暖機(jī)后，才達(dá)到合理的振動(dòng)范圍。故要求開(kāi)機(jī)，尤其是冷態(tài)開(kāi)機(jī)，必須充分暖管和暖機(jī)，并嚴(yán)格按照升溫曲線操作。

4.2 排汽溫度高

汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，排汽溫高于設(shè)計(jì)值的415℃，達(dá)到421℃，咨詢汽輪機(jī)廠家，解釋為可能是由于汽輪機(jī)噴嘴設(shè)計(jì)略微偏小或排汽管網(wǎng)壓力偏高等原因造成。

4.3 汽封冷卻器抽汽量不夠

軸封漏氣溫度高達(dá)400℃以上，汽封冷卻器換熱面積較小，且尿素廠循環(huán)水水質(zhì)較差，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)結(jié)垢，汽封開(kāi)始有漏氣現(xiàn)象。經(jīng)多次研究討論，最終決定在汽封冷卻器后增加強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，及時(shí)抽走軸封漏氣。由于投用時(shí)間較短，暫未設(shè)置漏氣回收口，未來(lái)需要設(shè)置漏氣回收，接到低壓蒸氣管網(wǎng)。

在試運(yùn)行一個(gè)月后，對(duì)裝置進(jìn)行了性能測(cè)試。進(jìn)汽達(dá)到23.5t/h時(shí)，鍋爐給水流量平均為137.2t/h，壓力14.2MPa，根據(jù)水泵廠家提供的參數(shù)表，此工況下水泵的效率約為68.2%，聯(lián)軸器效率按98%計(jì)，減速機(jī)效率按97%計(jì)，核算汽輪機(jī)軸功率約753.3kW，與設(shè)計(jì)值偏差較小。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

高背壓汽輪機(jī)拖動(dòng)給水泵的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

注：蒸汽成本計(jì)算，汽機(jī)漏氣和補(bǔ)充中壓蒸汽量合計(jì)按1.5t/h計(jì)算，蒸汽價(jià)格按150元/t。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)從安全運(yùn)行上看，目前裝置運(yùn)行平穩(wěn)，隨著下游熱用戶的調(diào)整，汽輪機(jī)輸出功率在750～950kW。

(2)從經(jīng)濟(jì)效益分析來(lái)看，項(xiàng)目每年可實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)174.355萬(wàn)元，靜態(tài)回收周期3.33年，總體經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

(3)從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)講，高背壓汽輪機(jī)拖動(dòng)本身對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 125.8t/a，減少CO2排放量6 326.6t/a。

(4)從國(guó)家和行業(yè)政策來(lái)講，化肥行業(yè)的優(yōu)惠電價(jià)將逐步取消，節(jié)能降耗對(duì)企業(yè)的生存和發(fā)展意義重大[3]。

綜上所述，在尿素行業(yè)，高背壓機(jī)組替代減溫減壓器運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益明顯，靜態(tài)投資回報(bào)周期短，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。