造氣空氣鼓風(fēng)機(jī)串聯(lián)汽輪機(jī)的應(yīng)用技術(shù)

游仁平

（福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，福建三明 365000）

1 前言

目前，在氮肥企業(yè)的傳統(tǒng)工藝領(lǐng)域中，造氣工序的熱力系統(tǒng)中使用到大量的蒸汽。在大部分情況下，每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中所用的蒸汽壓力等級(jí)是不同的，而且每個(gè)需要用蒸汽的設(shè)備所要求的壓力也是不相同的。這些蒸汽必須通過(guò)減溫減壓裝置把高品質(zhì)的蒸汽減到工藝系統(tǒng)實(shí)際需要的壓力和溫度。這樣也就伴隨著壓差能量的損失。隨著我國(guó)日益緊張的能源資源，為充分利用這些浪費(fèi)的能源壓力差，三化公司二造氣車間積極推進(jìn)并成功落實(shí)了空氣鼓風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為蒸汽驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目不僅可以降低噸氨電耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，還迎合了當(dāng)下節(jié)能降耗的要求。

2 目前造氣車間工序狀況

三化公司二造氣車間共12臺(tái)造氣爐，由4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)供氣（3開1備，1臺(tái)風(fēng)機(jī)拖4臺(tái)造氣爐）生產(chǎn)。造氣風(fēng)機(jī)是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。造氣車間有蒸汽緩沖罐有3個(gè)，1臺(tái)緩沖罐蒸汽供4臺(tái)造氣爐生產(chǎn)。

三化公司二造氣車間的3#鼓風(fēng)機(jī)是利用原有機(jī)廠的舊風(fēng)機(jī)，存在噪音大，故障率高，維修成本高等問題，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電壓為6kV、電流27A。因此二造氣車間決定對(duì)3#鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)電改造，待改造成功后繼續(xù)改造1#與2#造氣風(fēng)機(jī)。

三化公司二造氣車間生產(chǎn)需要使用的蒸汽由熱電廠的0.42MPa 低壓蒸汽管網(wǎng)提供，溫度為250℃。而造氣車間的造氣工藝要求是入造氣爐的蒸汽壓力為0.065MPa 左右，所以只能通過(guò)減壓閥組將入爐的蒸汽壓力由0.42MPa 減到0.065MPa左右，再進(jìn)入3#蒸汽緩沖罐中進(jìn)行壓力平衡，最后送入9#～12#造氣爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)生產(chǎn)。改造前的外供蒸汽及造氣供風(fēng)系統(tǒng)流程如圖1所示。

3 改造方案

3.1 造氣工序供風(fēng)工藝原理

因?yàn)樵鞖廛囬g在使用低壓蒸汽時(shí)需要將0.42MPa 蒸汽通過(guò)減壓閥組直接降到0.065MPa 左右，極大的能量壓差就會(huì)無(wú)故損失能量，因此要通過(guò)工藝改造，并引入蒸汽透平節(jié)能技術(shù)，利用蒸汽透平機(jī)（即汽輪機(jī)）將0.42MPa 供熱管網(wǎng)提供的蒸汽做功后降至0.065MPa，然后再進(jìn)入3#蒸汽緩沖罐，供造氣爐內(nèi)生產(chǎn)使用。考慮系統(tǒng)蒸汽壓力波動(dòng)影響生產(chǎn)安全，利用3#鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)串聯(lián)一起運(yùn)行。系統(tǒng)蒸汽壓力正常在0.38～0.42MPa時(shí)，電機(jī)基本不作功，達(dá)到節(jié)能節(jié)電的目的。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)（即系統(tǒng)蒸氣壓力＜0.38MPa），電機(jī)開始作功以保證轉(zhuǎn)速。

圖1 改造前外供蒸汽及供風(fēng)流程示意圖

3.2 改造方案的選擇

通過(guò)對(duì)外廠的考察了解到，他們?cè)谥暗母脑爝^(guò)程中都是讓蒸汽透平機(jī)（即汽輪機(jī)）直接帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，再把電機(jī)拆掉。改造后，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)有很多問題，所以大多數(shù)都是不成功的。主要的原因有以下兩方面：

（1）造氣工藝自身的原因造成的。主要是造氣鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷變化非常大，根據(jù)生產(chǎn)的負(fù)荷需要，需要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，有時(shí)候是滿負(fù)荷生產(chǎn)，有時(shí)候是1/2負(fù)荷生產(chǎn)。而汽輪機(jī)在這樣的負(fù)荷變化中運(yùn)行，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之發(fā)生很大的變化，這樣汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)法精準(zhǔn)控制，從而導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)出口的風(fēng)壓不穩(wěn)定，無(wú)法滿足造氣車間生產(chǎn)工藝的需求。

（2）鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷的變化很大會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的使用壽命造成很大的影響，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)故障頻繁。

考慮到上述問題，所以此次改造選擇電機(jī)串聯(lián)鼓風(fēng)機(jī)再串聯(lián)汽輪機(jī)的方式，這樣的改造方式有以下優(yōu)點(diǎn)：①充分回收了蒸汽減壓造成的壓力差能的損失。當(dāng)蒸汽汽輪機(jī)與造氣鼓風(fēng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如果汽輪機(jī)進(jìn)出口的蒸汽壓差和進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量不變，汽輪機(jī)所做的功也是不會(huì)變化的，而變化就只有鼓風(fēng)機(jī)和電機(jī)的負(fù)荷。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷變少時(shí)，汽輪機(jī)所作的功就會(huì)轉(zhuǎn)移給電機(jī)，使其多發(fā)電；當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷增加時(shí)，電機(jī)的發(fā)電量就會(huì)相應(yīng)減少。鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷和電機(jī)負(fù)荷在此消彼長(zhǎng)中相互轉(zhuǎn)化，這樣就使得汽輪機(jī)的輸出功率全部得到轉(zhuǎn)化，充分回收了蒸汽減壓造成的壓力差能損失。由于三化公司造氣車間在對(duì)3#鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電改造時(shí)，電機(jī)為利舊電機(jī)，暫時(shí)不具備發(fā)電并網(wǎng)功能。因此存在小部分能量損失。②可以穩(wěn)定造氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量減少、壓力降低時(shí)，汽輪機(jī)做功的輸出功率不足以驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，此時(shí)電機(jī)開始對(duì)外做功帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)速因此得到很好的控制，從而穩(wěn)定鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，滿足造氣車間生產(chǎn)工藝的需求。

3.3 設(shè)備條件

（1）新增鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)

型號(hào)：D450-21，軸功率：240.3kW，轉(zhuǎn)速：2 960r/min，進(jìn)口流量：450m3/min。

（2）新增汽輪機(jī)參數(shù)見表1。

表1 新增汽輪機(jī)參數(shù)

（3）電機(jī)參數(shù)

利舊電機(jī)，功率355kW，電壓6kV，電流≤28A。

3.4 改造后的造氣供風(fēng)的工藝流程

三化公司熱電廠來(lái)的0.42MPa 低壓蒸汽（溫度250℃）先進(jìn)入汽輪機(jī)主汽門，推動(dòng)汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，汽輪機(jī)出口后的蒸汽壓力會(huì)減壓到0.09MPa，然后0.09MPa的蒸汽再進(jìn)入3#蒸汽緩沖罐進(jìn)行穩(wěn)壓，再送入供9#～12#造氣爐內(nèi)造氣生產(chǎn)使用。如果進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量不能完全滿足造氣工藝需要時(shí)，可以通過(guò)原先管道上的自動(dòng)減壓閥組來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入3#蒸汽緩沖罐的蒸汽流量。若通過(guò)汽輪機(jī)的蒸汽量達(dá)到額定流量時(shí)（10～12t/h），9#～12#造氣又不能完全消化此蒸汽量時(shí)，因此將3#蒸汽緩沖罐與2#蒸汽緩沖罐進(jìn)行連通，通過(guò)連通管道，平衡蒸汽流量和壓力，防止3#蒸汽緩沖罐超壓引起安全閥起跳。改造后的造氣供風(fēng)工藝流程圖如圖2所示。

圖2 改造后的造氣供風(fēng)工藝流程圖

4 投用后經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

該項(xiàng)目從汽輪機(jī)的選型、管道的設(shè)計(jì)，到設(shè)備管道的安裝，蒸汽管道吹掃及試車，直到投運(yùn)后穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常。并通過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)收集及經(jīng)濟(jì)測(cè)算，節(jié)能節(jié)電效果明顯。

以下數(shù)據(jù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)據(jù)收集：

1）原3#鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流為27A；

日耗電量W=27*6.2*1.732*0.85*24=5 915kW（實(shí)際電壓為6.2kV，電機(jī)運(yùn)行效率為0.85）。

2）新3#鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流為24A；

日耗電量：W=24*6.2*1.732*0.85*24=5 258kW。

3）汽輪機(jī)投用后：電機(jī)實(shí)際功率測(cè)試結(jié)果為14kW，實(shí)際日耗電量：W=14*24=336kW。

4）汽輪機(jī)蒸汽損失5t/d，蒸汽成本按100元/t，按全年運(yùn)行時(shí)間330d，電價(jià)格按0.43元/（kW·h）計(jì)，計(jì)算得出全年汽輪機(jī)蒸汽耗：5*0.01萬(wàn)元/d*330d=16.5萬(wàn)元，

年效益：（5 915-336）*0.43/10 000*330-16.5=62.67萬(wàn)元。

該項(xiàng)目投資包括設(shè)備費(fèi)、土建施工費(fèi)、管道閥門及安裝費(fèi)用等共計(jì)約為78萬(wàn)元，計(jì)算得出投資回收期=78/62.67=1.2a。

5 結(jié)論

三化公司二造氣車間對(duì)該項(xiàng)目實(shí)施并投入生產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，通過(guò)不斷的觀察，操作改進(jìn)，造氣工序使用經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)做功后的蒸汽，蒸汽緩沖罐的壓力相對(duì)比較穩(wěn)定，有利于穩(wěn)定造氣爐的爐況。根據(jù)汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)測(cè)算，一臺(tái)汽輪機(jī)的日節(jié)電量為5 579kW，每日節(jié)約電費(fèi)為2 400元，每年節(jié)約電費(fèi)79.17萬(wàn)元，扣除蒸汽損耗，年效益約為62.67萬(wàn)元。該裝置不僅能滿足生產(chǎn)工藝需要，還達(dá)到了節(jié)能節(jié)電的目的，為公司帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。下一步三化公司二造氣車間擬對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)進(jìn)行改造，如果汽輪機(jī)發(fā)電量大時(shí)，其發(fā)電量還可以并入電網(wǎng)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和增加公司效益。