張光宇

(青島華捷透平動(dòng)力有限公司,山東青島 266022)

我公司首創(chuàng)的“熱功聯(lián)產(chǎn)”和“功熱電聯(lián)產(chǎn)”節(jié)能技術(shù)是與氮肥企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能相結(jié)合的一項(xiàng)非常新穎的節(jié)能新技術(shù)。幾年來該技術(shù)在電力、供熱、造紙、化工等行業(yè)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用,并為這些企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸在部分化肥企業(yè)得到應(yīng)用。

1 熱功聯(lián)產(chǎn)及功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)的適用范圍及節(jié)能原理

眾所周知,在化肥和化工生產(chǎn)中要使用大量蒸汽,而且在各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中所使用的蒸汽壓力的等級是不同的。由于不同的生產(chǎn)工藝要使用不同壓力的蒸汽,這就使得大量蒸汽必須通過閥門或減溫減壓裝置將其減到合適的壓力來使用,從而造成巨大能量浪費(fèi),非?？上?。

為了將上述蒸汽的壓差能充分回收,可以采用熱功聯(lián)產(chǎn)或功熱電聯(lián)產(chǎn)的方式,使用專利型特種汽輪機(jī)將這部分蒸汽的壓差能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?取代電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)化肥生產(chǎn)工藝中的某些動(dòng)力設(shè)備,或同時(shí)拖動(dòng)異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)功熱電聯(lián)產(chǎn),從而可以節(jié)約大量廠用電,充分實(shí)現(xiàn)蒸汽能量的綜合利用。

應(yīng)該指出的是,熱功聯(lián)產(chǎn)及功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)是化工企業(yè)全廠蒸汽壓差或余熱蒸汽的綜合利用,屬于熱力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。

1.1 熱功聯(lián)產(chǎn)及功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)的適用范圍

在合成氨企業(yè)或其他化工企業(yè)中,所有蒸汽在化工生產(chǎn)中進(jìn)行減壓使用的地方都適用該技術(shù)。因?yàn)檎羝麥p壓使用=壓力能浪費(fèi)。

1.2 熱功聯(lián)產(chǎn)及功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)的基本原理

1.2.1 熱功聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)基本原理

1.2.2 功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)基本原理

1.3 熱功聯(lián)產(chǎn)、功熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能方式的比較

1.3.1 熱電聯(lián)產(chǎn)

熱電聯(lián)產(chǎn)是壓力較高的蒸汽通過熱電汽輪機(jī)做功后拖動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電,其所發(fā)出的電能直接并入電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)壓差發(fā)電節(jié)能,汽輪機(jī)排出的蒸汽供生產(chǎn)工藝中的低壓工序使用。

優(yōu)點(diǎn) 熱電聯(lián)產(chǎn)目前在許多大型化工企業(yè)得到應(yīng)用,熱電聯(lián)產(chǎn)一般適用于減壓蒸汽量較大的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。熱電聯(lián)產(chǎn)所采用的熱電汽輪機(jī)功率一般都比較大,熱電轉(zhuǎn)換效率較高、熱電設(shè)備布置集中、管理集中。

缺點(diǎn) 由于熱電汽輪機(jī)功率較大,因此熱電聯(lián)產(chǎn)所能提供減壓蒸汽的壓力等級有限,在一般情況下最多只能滿足減壓2組低壓蒸汽;此外熱電聯(lián)產(chǎn)一般采用同步發(fā)電,而同步發(fā)電項(xiàng)目必須經(jīng)過有關(guān)部門的立項(xiàng)和審批,因此過程較為繁瑣,同時(shí)發(fā)電設(shè)備管理要求嚴(yán)格,運(yùn)行需要專人管理,設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較高。

1.3.2 熱功聯(lián)產(chǎn)

熱功聯(lián)產(chǎn)是壓力較高的蒸汽通過熱功汽輪機(jī)做功后完全取代電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)某動(dòng)力設(shè)備,直接實(shí)現(xiàn)節(jié)電節(jié)能,汽輪機(jī)排出的蒸汽供生產(chǎn)工藝中的低壓工序使用。

優(yōu)點(diǎn) 熱功聯(lián)產(chǎn)對化工生產(chǎn)工藝中的每個(gè)壓差段所產(chǎn)生的壓差能都可以加以利用,設(shè)備任意選定,能量轉(zhuǎn)換效率高,管理維護(hù)較為簡單,基本上可以無人管理;采用該技術(shù)投資小、運(yùn)行管理費(fèi)用低、投資回報(bào)率高。

缺點(diǎn) 由于在實(shí)際應(yīng)用中要講究熱功平衡,因此應(yīng)用范圍受限制;在蒸汽負(fù)荷變動(dòng)大及負(fù)載負(fù)荷變動(dòng)大的場合都難以采用該節(jié)能技術(shù)。

1.3.3 功熱電聯(lián)產(chǎn)

功熱電聯(lián)產(chǎn)是壓力較高的蒸汽通過熱功汽輪機(jī)做功后同時(shí)拖動(dòng)某動(dòng)力設(shè)備和異步電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)充分利用各種環(huán)境下蒸汽壓差能的節(jié)能。當(dāng)在某壓差下可利用蒸汽量較大從而使汽輪機(jī)功率大于所拖動(dòng)動(dòng)力設(shè)備功率時(shí),異步電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)發(fā)電;當(dāng)蒸汽量較小使汽輪機(jī)功率小于所拖動(dòng)動(dòng)力設(shè)備時(shí),異步電動(dòng)機(jī)可以自動(dòng)補(bǔ)充不足部分功率。

優(yōu)點(diǎn) 功熱電聯(lián)產(chǎn)彌補(bǔ)了熱功聯(lián)產(chǎn)熱功不平衡所造成的節(jié)能盲點(diǎn),使得其在蒸汽大幅度變化或設(shè)備負(fù)荷大幅度變化時(shí)都可以應(yīng)用,因而在化工企業(yè)中實(shí)現(xiàn)了無盲點(diǎn)壓差充分節(jié)能。

缺點(diǎn) 在利用異步電動(dòng)機(jī)發(fā)電時(shí),并且發(fā)電功率比電動(dòng)機(jī)額定有功功率小很多時(shí),發(fā)電效率相對較低。

2 “功熱電聯(lián)產(chǎn)”專利節(jié)能技術(shù)在化工行業(yè)的六大應(yīng)用

2.1 合成氨廠固定床造氣熱力系統(tǒng)功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

該技術(shù)主要利用從 0.4～1.3 MPa降至0.08 MPa用于造氣的蒸汽壓差,通過熱功汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)造氣鼓風(fēng)機(jī)及其電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功熱電聯(lián)產(chǎn),從而達(dá)到充分節(jié)電和發(fā)電綜合節(jié)能目的。上述專利技術(shù)已經(jīng)在全國70%以上氮肥企業(yè)得到應(yīng)用,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目被列為全國振興氮肥行業(yè)技術(shù)支撐項(xiàng)目之一。

2.2 合成氨廠三廢混燃爐及吹風(fēng)器余熱回收鍋爐熱力系統(tǒng)功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

合成氨廠采用三廢混燃爐或吹風(fēng)氣廢鍋時(shí)所產(chǎn)生的3.82 MPa中壓蒸汽,通常需要逐級降至2.5 MPa、1.3 MPa、0.6 MPa及0.08 MPa供尿素、變換、精餾、造氣等工序使用。在上述蒸汽逐級降壓的過程中可以利用熱功汽輪機(jī)拖動(dòng)鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、貧液泵、異步發(fā)電機(jī)等設(shè)備,進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)換和回收,使蒸汽壓力逐步降至所需要的壓力,實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能。

2.3 合成廢鍋熱功及功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

合成廢鍋所產(chǎn)生的3.4 MPa/2.4 MPa飽和蒸汽,通過冰機(jī)、脫碳泵及異步發(fā)電設(shè)備等進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn),能量轉(zhuǎn)換后降至0.6～1.2 MPa及以下使用,回收壓差能,從而實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能。

2.4 粉煤氣化工藝中的低壓余熱飽和蒸汽功熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

采用水煤漿、航天爐等煤氣化工藝進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的企業(yè),其工藝中所產(chǎn)生的無法利用的閃蒸蒸汽或低壓飽和蒸汽(壓力在0.3 MPa以上),完全可以通過貧液泵、冰機(jī)、循環(huán)水泵等設(shè)備進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)換,回收這部分能量。

2.5 硫酸、磷酸行業(yè)余熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

在硫酸及磷酸企業(yè)中,硫酸廢熱鍋爐產(chǎn)生的3.82 MPa中溫中壓過熱蒸汽,可以通過硫酸風(fēng)機(jī)進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn)的能量轉(zhuǎn)換,將蒸汽壓力降至磷酸生產(chǎn)所需壓力或其他壓力使用或排空,從而實(shí)現(xiàn)充分節(jié)能。

3 節(jié)能方案的確定

化工企業(yè)熱力系統(tǒng)節(jié)能方案的確定非常重要,確定整個(gè)企業(yè)熱力系統(tǒng)的熱平衡必須結(jié)合生產(chǎn)工藝及其設(shè)備布局。制定企業(yè)熱力系統(tǒng)節(jié)能方案可以明確企業(yè)所具有的節(jié)能潛力、節(jié)能量、節(jié)能效益和所需投資。目前,搞好化肥企業(yè)整體節(jié)能方案的最簡潔和最直接的方法就是請國內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)節(jié)能專家,直接到企業(yè)去協(xié)助企業(yè)對現(xiàn)有的蒸汽利用情況和化工工藝情況進(jìn)行調(diào)查和分析,對工藝生產(chǎn)中所使用的主要設(shè)備進(jìn)行調(diào)查和了解,在此基礎(chǔ)上對全廠的能源利用情況作全面的評估,并作出切實(shí)可行的,投資小收益高的節(jié)能方案。

4 合成氨廠節(jié)能方案實(shí)施實(shí)例

4.1 浙江衢州巨化集團(tuán)合成氨公司造氣風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

浙江衢州巨化集團(tuán)合成氨公司在造氣工序中使用0.1 MPa(表壓)過熱蒸汽26 t/h以上,而熱電廠供熱管網(wǎng)給造氣工序提供的過熱蒸汽壓力為0.5 MPa,這使得過熱蒸汽在使用過程中存在節(jié)流損失和能量浪費(fèi)。

為回收這部分能量,巨化合成氨廠采用了我公司生產(chǎn)的2臺(tái)特種工業(yè)汽輪機(jī)來拖動(dòng)造氣風(fēng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī),汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為0.5 MPa,排汽壓力為0.1 MPa,排汽用于造氣工序。

在改造過程中新增了2臺(tái)500 kW雙驅(qū)動(dòng)特種汽輪機(jī)并配置部分管路。工業(yè)汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)造氣風(fēng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。

利用工業(yè)汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析如下。

(1)經(jīng)濟(jì)效益

改造后日節(jié)電量 2.4×104kW·h

改造后月節(jié)電量 72×104kW·h

改造后月節(jié)約電費(fèi) 28.8萬元[電價(jià)0.4元/(kW·h)]

全年節(jié)約電費(fèi) 316.8萬元(按全年運(yùn)行11個(gè)月計(jì))

(2)投資回收期 3個(gè)半月

4.2 紅日阿康化工有限公司三廢鍋爐節(jié)能技術(shù)改造

紅日阿康化工有限公司合成氨生產(chǎn)中有1臺(tái)30 t/h三廢鍋爐,其蒸汽為壓力3.82 MPa、溫度430℃。這部分蒸汽中有12 t/h經(jīng)過減溫減壓降至0.6 MPa左右送往復(fù)合肥生產(chǎn)系統(tǒng),其余18 t/h再減溫減壓至0.08 MPa用于造氣工序,因而能量損失巨大。據(jù)測算,30 t/h蒸汽通過熱功轉(zhuǎn)換后由3.5MPa降至0.6MPa具有1800kW左右節(jié)電能力;而18t/h蒸汽通過熱功轉(zhuǎn)換后由0.6MPa降至0.08MPa具有720kW左右節(jié)電能力。

為了充分回收蒸汽在上述使用過程中的壓差能,該公司采用了我公司專利節(jié)能技術(shù)“功熱電聯(lián)產(chǎn)”節(jié)能方式對廠內(nèi)部分設(shè)備進(jìn)行功熱電聯(lián)產(chǎn)改造。其具體實(shí)施方案為,采用1臺(tái)700 kW熱功汽輪機(jī)拖動(dòng)1臺(tái)700 kW脫碳泵和與其配套的電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)功熱電聯(lián)產(chǎn);采用1臺(tái)1 000 kW熱功汽輪機(jī)拖動(dòng)1臺(tái)800 kW貧液泵和與其配套的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功熱電聯(lián)產(chǎn)。汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)為,進(jìn)汽壓力 3.4 MPa、溫度 430℃,排汽壓力0.6 MPa、溫度303℃。改造完成后節(jié)約電負(fù)荷1 500 kW左右;此外還采用1臺(tái)400 kW熱功汽輪機(jī)拖動(dòng) 1臺(tái) D500造氣風(fēng)機(jī)和與其配套的315 kW電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功熱電聯(lián)產(chǎn)。汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力 0.55 MPa、進(jìn)汽溫度 295℃,排汽壓力0.08 MPa、排汽溫度211℃。改造完成后節(jié)約電負(fù)荷450 kW左右。

全部改造完成后,全廠實(shí)現(xiàn)節(jié)約電負(fù)荷1 900 kW左右。

(1)改造后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

日節(jié)廠用電量 5.04×104kW·h(按平均節(jié)電負(fù)荷2 100 kW計(jì))

每月減少廠用電量 151.2×104kW·h

每月減少電費(fèi)支出 52.92萬元[電價(jià)0.35元/(kW·h)]

全年減少電費(fèi)支出 582.12萬元(按照全年運(yùn)行11個(gè)月計(jì))

日增加燃煤消耗 5.08 t

月增加燃煤消耗 152 t

月增加燃煤支出 9.14萬元(燃料煤價(jià)格600元/t)

每月實(shí)際增加節(jié)能收入 43.78萬元

全年實(shí)際增加節(jié)能收入 481.58萬元

(2)投資回收期 3.4個(gè)月