尾气膨胀发电机组工艺流程及开车操作简介

刘斌

【摘 要】介绍了尾气向心膨胀发电机组装置的设计要点及工艺流程，阐述了该类机组在开车时的操作步骤。

【关键词】尾气膨胀发电机组；工艺流程；开车；升速；并网；RTO

引言

随着PTA等工艺在国民经济中的广泛应用，其工艺流程中产生的大量的高压尾气（主要以氮气为主，含微量酸性气体等）如何有效的利用成为了热门的研究方向。尾气膨胀发电机组正是利用工艺流程中产生的高压尾气，通过膨胀机转化成机械能从而驱动发电机发电的能量回收装置，有效的解决了尾气的能量回收问题。发电机组所发电力并入用户公司电网，膨胀机排放尾气进入高温氧化焚烧炉（RTO）进行无害化处理。

1机组主要设备配置及简介

上图是尾气膨胀发电机组的安装现场，主要设备从左至右为向心膨胀机+电动发电机，黄色盖子为联轴器保护罩，其他辅助设备有入口预加热器、中间加热器、润滑油系统等组成。

1.1向心式尾气膨胀机

向心式尾气膨胀机为沈阳透平机械有限公司在多年开发的向心膨胀机基础上，自主开发设计制造的整体组装式向心膨胀机。该组装式向心膨胀机采用两级两段膨胀，采用半开式三元叶轮级。结构上，采用平行轴齿轮箱，第一级与第二级分别与两个小齿轮连接。通过两个膨胀级采用不同的转速设计，确保较高的能量回收效率与可靠的性能。该膨胀机大齿轮与发电机设计为同一转速，通过挠性联轴器直接连接。

1.2电动发电机

发电机采用6极同步发电机，输出频率：50HZ。发电机通过联轴器与膨胀机大齿轮直连。

1.3尾气加热器

采用固定管板式蒸汽加热器，管侧走尾气，壳侧走蒸汽。设备布置型式为卧式，具体的换热过程如下：尾气经进气口进入管箱，通过管板孔进入换热管内；蒸汽从进口流经管束后冷凝，放出的潜热加热管内的尾气，完成热量转移，达到换热目的，实现其设备功能。

加热器换热管采用光管，提高了设备的安全性及耐用性。蒸汽进口设置防冲挡板，管束中间加设了支撑板，确保蒸汽分布均匀，使冷热介质换热充分，提高了换热效率，减少设备体积，降低投资成本。

1.4润滑油系统

润滑油系统是统一为膨胀机、发电机强制供给润滑油、顶升油，设计成独立系统。润滑油系统是由润滑油站、高位油箱、中间连接管路以及各种控制阀门和仪表所组成，其中润滑油站由油箱、油泵、冷油器、滤油器、压力调节阀、安全阀、油气分离器（带排烟风机）、蓄能器、各种检测仪表以及油管路和阀门等组成。润滑油站上的所有设备均安装在结构底盘上，构成一集装式供油系统。

1.5联轴器和安全护罩

联轴器用于连接膨胀机和发电机转子，安全有效地传递转速和功率。安全护罩用于保护联轴器。

2尾气膨胀发电机组的工艺流程简介

尾气发电机组工艺流程简图

如上图所示，PTA工艺流程中产生的高压尾气通过预加热器加热后进入膨胀机一级膨胀做功，一级出口的尾气进入中间加热器再加热后进入膨胀机二级膨胀做功，最后膨胀机排放的尾气进入高温氧化焚烧炉（RTO）进行无害化处理。尾气膨胀机将高温高压的尾气转化成机械能驱动发电机发电。

采用进口预加热器及中间加热器来提高尾气的温度，是为了使高压力的尾气在膨胀机内更好的膨胀做功，提高能量的转化效率。

管道过滤器放置在膨胀机一级入口前，将管网来流的尾气过滤净化，不仅能够保护膨胀机中叶轮等转动部件，同时可以提高尾气能量的转化效率。尾气开关阀是根据管道的直径及尾气的流速来选择的，其本身为切断阀，无调节功能。机组开车启动前为关闭状态，开车时未全开状态。

入口调节阀的选型跟尾气开关阀同理，其同时具备调节尾气进气量的功能，该阀门在机组起车状态下是关闭的，当机组增加载荷时逐渐打开，调节尾气进气量的大小来满足机组所要求的发电量。

放空阀的作用是在机组停车时，并不能完全通过RTO将膨胀机内的尾气排尽，需要经过该放空阀门将剩余的尾气排至高点。

起车阀门的选择需要根据机组的升速曲线及膨胀机模型级的相关参数计算得出。该阀门在开车时逐渐打开，根据计算出的开度进行调节来满足升速曲线各个工况转速的要求，该阀门在尾气调节阀逐渐打开后，逐渐关小直至关闭。

3机组开车操作简介

3.1检查各设备是否具备开车运行的条件

3.1.1确认各单体设备都已按照安装手册安装完毕。

3.1.2检查油系统有无泄漏。注意：在首次开车之前，由于油管道中有可能存有脏物，因此必需事先串油进行油洗（请确认已进行过酸洗）。直至管路中的油品符合要求为止。然后更换油过滤器滤芯、清洁油箱。

3.1.3检查仪表气体系统，确认管线系统被吹扫过；确认外部仪表气体存在，其品质满足设计要求。

3.1.4检查仪控系统，确认仪表控制系统能够正确地发挥功能。

3.1.5检查气管路系统，确认密封管线无泄漏，确认仪器阀门能够正确发挥功能。

3.1.6确认电动发电机具备开车条件。

3.2机组的启动、升速及发电机并網

3.2.1启动油系统。

首先观察进油温度，当油箱中的润滑油加热至22℃时启动主油泵，进行润滑油循环加热，同时缓慢打开高位油箱进油管线三阀组中的截止阀，向高位油箱充油至回油视镜中观察到有油流回油箱时为止。当润滑油加热至40℃时关闭油加热器（40-45℃为机组运行时的轴承进油温度）；然后检查油压，分别调节进膨胀机及发电机的进油支管油压并达到设计要求。

3.2.2启动顶轴装置及盘车装置

在油温加热到35℃时即可启动顶轴装置，当顶轴油压达到设计值后，可开始启动盘车装置，对机组进行盘车。盘车过程中观测机组运行是否有异响及刮碰，如果发现上述情况须立刻停机检查。机组的盘车时间约为1小时。

3.2.3机组的启动升速及并网

3.2.3.1盘车达到规定时间后可进行机组的启动升速操作，确认膨胀机一级入口IGV导叶已经调至微开状态，确认蒸汽入口阀门打开，全开膨胀机入口开关阀，同时开启膨胀机入口起车阀，通过调整起车阀阀门开度的方式控制膨胀机入口流量和压力，使机组转速按照升速曲线到达临界前的稳机转速，并在该转速下稳定20至30分钟；

3.2.3.2继续开大起车阀，增加尾气进气量，使机组转速快速通过临界转速区域，通过时间一般在150秒左右，同时密切监控轴振动、轴瓦温度、轴位移等各项技术指标，如发现异常应立即停机检查。

3.2.3.3机组越过临界转速区后一直加速到距并网转速差30rpm时，向发电机发出准备同步并网的信号，同时控制机组转速缓慢达到并网转速后稳定在该转速上，并等待发电机并网；此时电动发电机采用自动同期装置投入励磁，转速稳定在并网转速后完成并网。注：机组在此状态下需稳定运行4小时后方可增加负荷提高发电量。

4结语

尾气膨胀发电机组是能量回收装置中一种常用的也是重要的机组，在当今提倡节能环保的社会环境下，其发挥的重要作用显而易见。该类机组必将在未来工业发展的道路上继续做出巨大贡献。

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