某化工廠轉(zhuǎn)動設備驅(qū)動方式改造方案設計

楊 佼

(中鐵三局集團有限公司勘測設計分公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

某化工廠以焦爐氣為原料，年產(chǎn)18萬t合成氨、30萬t尿素，其工藝流程如下：焦爐氣輸送→氣柜→濕法脫流→壓縮→干法脫硫→轉(zhuǎn)化→變換→補碳→脫碳→精脫硫→甲烷化→氨合成→尿素合成→尿素造粒。其中合成氨裝置工藝流程采用氣柜、濕法脫硫、壓縮、轉(zhuǎn)化、變換、補碳、脫碳和甲烷化工序，最后經(jīng)合成工段生成液氨。尿素生產(chǎn)工藝采用二氧化碳汽提法生產(chǎn)工藝，使用合成氨生產(chǎn)中生產(chǎn)出來的液氨及來自合成氨生產(chǎn)脫碳工序的原料CO2氣體來合成尿素。生產(chǎn)工藝包括原料的供應、合成與汽提、低壓分解回收、尿素溶液的蒸發(fā)、解吸水解、大顆粒尿素等6個部分。

該化工廠現(xiàn)存工藝轉(zhuǎn)動設備驅(qū)動方式均為電動機驅(qū)動，運行時，廠用電率較高，影響全廠的經(jīng)濟運行指標。為進一步節(jié)約能源、降低能耗，提高全廠經(jīng)濟效益，擬將該廠部分用電設備改為汽輪機驅(qū)動。經(jīng)全面排查，可供改造設備見表1。

表1 改造機組信息表

2 改造方案選擇

考慮將表1用電設備改為汽輪機驅(qū)動，汽輪機所需蒸汽配置采用三級管網(wǎng)，改造方案如下：

方案一：此方案考慮三級管網(wǎng)，蒸汽平衡圖如圖1所示。第一級管網(wǎng)為9.0 MPa(a),530 ℃，第二級管網(wǎng)為2.6 MPa(a),380 ℃，第三級管網(wǎng)為0.7 MPa(a),270 ℃。

進汽采用第一級管網(wǎng)，排汽去第二級管網(wǎng)的機組為空分SVK一臺(2 087 kW)，空分MCL一臺(3 796 kW)，CO2壓縮機2臺(2 270 kW×2)。考慮到空分機組是整個廠內(nèi)工藝中最重要的機組，所以將其放在第一級管網(wǎng)上。CO2壓縮機廠房距空分車間廠房較近，所以這4臺機組進汽用同一個管網(wǎng)，可減少高溫高壓蒸汽管道的布置。

功率較小的機組可以做成進汽采用第二級管網(wǎng)蒸汽，排汽去第三級管網(wǎng)。此類機組有造氣風機2臺(416 kW×2)、尿素循環(huán)水泵2臺(400 kW×2)、鼓風機3臺(311 kW×3)。主要是考慮這些機組功率較小，采用這個等級的蒸汽，效率相對較高，機組改造比較方便。

剩下的機組做成進汽0.7 MPa(a)的冷凝式汽輪機，此類機組有冰機3臺(978 kW×3)、循環(huán)水泵2臺(900 kW×2)、汽輪機循環(huán)水泵2臺(900 kW×2)，這幾臺機組現(xiàn)場有放冷凝器空間，所以考慮采用冷凝機型。

將鍋爐給水泵(948 kW)中的一臺選為汽輪機驅(qū)動，進汽采用第二級管網(wǎng)，排汽去第三級管網(wǎng)。將除氧器低壓加熱蒸汽接入第三級管網(wǎng)。另外，二級管網(wǎng)富裕蒸汽可設一臺高壓加熱器，加熱鍋爐給水，以降低鍋爐煤耗。

此方案為三級蒸汽管網(wǎng)，每級管網(wǎng)上均有備用電機，遇到機組檢修或廠內(nèi)生產(chǎn)蒸汽有調(diào)整時，均可通過開電機驅(qū)動的備用機組，對管網(wǎng)重新進行平衡。

此方案軸功率20 470 kW，其中，改造功率19 522 kW，改造機組18臺。需要高溫高壓蒸汽約158 t/h?？紤]汽水損失，此方案需鍋爐蒸發(fā)量為162.9 t/h。標煤消耗量16.4 t/h，脫鹽水消耗量40.2 t/h，發(fā)電量20 470 kW。

汽輪機的額定功率是汽輪機設計時需考慮的余量，鍋爐設計需按照汽輪機額定功率時耗汽量來設計，汽機額定功率下，擬選用鍋爐額定蒸發(fā)量約180 t/h。

方案二：將方案一中CO2壓縮機(2 270 kW)一臺改為汽輪機驅(qū)動，鍋爐給水泵一臺設為汽輪機驅(qū)動，不設高壓加熱器，蒸汽平衡圖見圖2。

此方案按軸功率計算鍋爐蒸發(fā)量為149.6 t/h。標煤消耗量15.99 t/h，脫鹽水消耗量40.97 t/h，發(fā)電量18 147 kW。汽機額定功率下，擬選用鍋爐額定蒸發(fā)量約170 t/h。

方案三：將方案一中CO2壓縮機(2 270 kW)一臺改為汽輪機驅(qū)動，鍋爐給水泵全部為電驅(qū)，不設高壓加熱器，蒸汽平衡圖見圖3。

此方案按軸功率計算鍋爐蒸發(fā)量為148.5 t/h。標煤消耗量15.87 t/h，脫鹽水消耗量41.57 t/h，發(fā)電量17 252 kW。汽機額定功率下，擬選用鍋爐額定蒸發(fā)量約170 t/h。

與方案一相比，標煤耗量相同時，方案二與方案三的發(fā)電量更少，為合理利用能源，降低發(fā)供電標煤耗，提高全廠經(jīng)濟效益，選擇方案一更合適。

3 主機選型及主要工藝流程

擬選用燃料適用范圍廣的高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。主汽參數(shù)：9.81 MPa，540 ℃；給水溫度：180 ℃～215 ℃；鍋爐效率：90%。

各工藝轉(zhuǎn)動設備改為汽輪機驅(qū)動，各汽輪機組選型見表1。

除灰渣系統(tǒng)：采用灰渣分除系統(tǒng)；脫硫系統(tǒng)：利用本廠氨源，采用氨法脫硫；脫硝系統(tǒng)：采用SNCR脫硝。

4 投資情況

本項目為節(jié)能技改項目，包括兩大部分。

4.1 汽輪機驅(qū)動改造部分

汽輪機18套，包含油站、冷凝器、齒箱、控制系統(tǒng)；冷卻塔1套。

4.2 鍋爐房部分

燃料供應系統(tǒng)充分利用原有系統(tǒng)進行改造，供水可由老廠區(qū)接入，脫鹽水由老廠區(qū)接入，水處理費用僅考慮加藥取樣費用。其余系統(tǒng)按新上項目考慮。

4.3 總投資估算

根據(jù)初步估算，本工程建設總投資15 400萬元，折單位投資6 839.16元/kW。其中靜態(tài)投資為14 840萬元，動態(tài)投資15 340萬元，詳見表2。

表2 總投資估算表

5 成本費用測算

成本費用計算的主要參數(shù)如下：

汽水損失按3%考慮，鍋爐排污率按2%考慮，自用電率按12.74%考慮，鍋爐熱效率按90%考慮。

標煤價由26 840 kJ/kg，289.8元/t折算為316.05元/t，脫鹽水價5.9元/t，電價0.47元/度。

脫硫費用收入與支出大致持平，暫不考慮。

修理費率2.5%，折舊設備按20年，土建按30年，凈殘值率5%，全廠人員50人，工資4萬元/(人·年)，管理費率為工資總額的50%。

總投資中30%為企業(yè)自有資金，其余70%向銀行申請貸款解決，年利率4.9%。

主要計算了方案一的成本費用，詳見表3。

表3 技術經(jīng)濟指標

6 總平面布置

結(jié)合廠址區(qū)域位置及與周邊廠區(qū)的協(xié)作條件、地形與氣象條件，方案鍋爐房位于廠區(qū)的西北角現(xiàn)有鍋爐房區(qū)域，處于廠內(nèi)全年最小頻率風向的上風側(cè)。占地面積2 480 m2(34 m×73 m)。

7 結(jié)論及全廠經(jīng)濟技術指標

方案一的全廠經(jīng)濟技術指標詳見表3。

全廠投資15 400萬元，折單位投資6 839.16元/kW；發(fā)電成本0.2元/度，供電成本0.214元/度；供熱成本46.6元/t(折2.5 MPa,225 ℃)；靜態(tài)投資回收期3.42年(不含建設期)。從經(jīng)濟技術及投資回收期的角度來看，本方案設計是可行的。