饱和蒸汽轮机在循环水系统中的应用与实践

韩元培 , 李　琦 , 王彦辉 , 冷栋云

(开封龙宇化工有限公司 ， 开封市聚甲醛基新材料重点实验室 ， 河南 杞县　475200)



饱和蒸汽轮机在循环水系统中的应用与实践

韩元培 , 李琦 , 王彦辉 , 冷栋云

(开封龙宇化工有限公司 ， 开封市聚甲醛基新材料重点实验室 ， 河南 杞县475200)

摘要：通过对聚甲醛装置循环水泵进行改造，将减温减压器消耗的能量利用起来，实现了饱和蒸汽驱动汽轮机，从而带动循环水泵的零电耗运行，达到了节能和发电的目的，实现年节约用电4.48×106 kW·h、发电1.76×106 kW·h。

关键词：饱和蒸汽 ； 汽轮机 ； 循环水泵 ； 节能

0前言

在工业生产中，低压饱和蒸汽广泛存在。低压饱和蒸汽由于压力小、温度低，很难长距离输送并高效利用。一般冷凝后作为锅炉除氧器给水，直接进入采暖系统或者冷却后重新利用制备工业用脱盐水，造成了很大的浪费。饱和蒸汽汽轮机的发展为低压饱和蒸汽利用提供了新的途径。

饱和蒸汽轮机也称为湿蒸汽轮机，用饱和蒸汽作为进汽。由于压力、温度都较低，单位质量的蒸汽在汽轮机内膨胀作功时发出的可用热量约少一半，即单位功率所需的新汽质量流量约大1倍。

低压饱和蒸汽轮机的进气压力范围为0.35~2.50 MPa、功率范围为100~6 000 kW、转速300~18 000 r/min。其基本结构特征为冲动式原理、单缸、单级或多级、喷嘴配汽、整段刚性或挠性转子、可倾瓦径向滑动轴承、整体基座[1]。

国内饱和蒸汽轮机生产厂家如青岛华捷透平动力有限公司、湖南湘东化工机械有限公司等都开发了自己的专利技术，具有使用寿命长、控制操作简单、安全性能可靠、经济效益显著等特点，基本解决了湿蒸汽流中的微小水滴对汽轮机效率的影响及缝隙部位受湿蒸汽泄漏引起的侵蚀问题。国内饱和蒸汽轮机技术目前已趋于成熟。

1995年青岛华捷首次在国内提出“热功联产”这一崭新概念，并将这一概念连同热功联产工业汽轮机成功地应用于给水泵、风机、压缩机等动力设备的节能技术当中[2]。

1循环水系统现状

开封龙宇化工有限公司聚甲醛装置循环水系统，采用江苏海鸥技术，符合安全、环保、工业卫生等方面要求。循环冷却水站的主要作用是将全公司各生产装置冷却设备的温升水通过机械通风逆流式冷却塔降低水温后，由循环水泵加压，再供给不同的冷却设备循环使用。同时，通过加药设备对该循环冷却水进行水质稳定处理，通过旁滤池控制循环水的悬浮物含量，保证工艺冷却设备的热效率。主要装置是2座循环冷却水塔、4台循环水泵、2台旁滤过滤器、1套加酸装置和2套加缓蚀阻垢剂装置，系统冷却水量为9 000 m3/h。来自管网的循环冷却回水(≥0.2 MPa)直接进入冷却塔，经喷头、填料与空气换热后落入塔底水池，被循环水泵提升压力，分别供给各工艺装置和锅炉房使用。

循环水系统供水压力为0.47 MPa，温度24~32 ℃，回水上塔压力0.2 MPa，温度32~40 ℃。冷却塔两座，风机为电机驱动，双级调速，功率185 kW/75 kW。循环水系统设计为560 kW水泵4台，两开两备，电机驱动功率560 kW。图1为循环水冷却塔示意图。

图1　循环水冷却塔系统示意图

开封龙宇生产装置满负荷生产时，需两台锅炉提供1.2 MPa(表压)的饱和蒸汽80 t/h。其中有30 t/h蒸汽未经过做功直接通过减压装置从1.2 MPa减压至0.4 MPa供后续使用，其中的能量未加以利用，造成大量浪费。拟采用饱和蒸汽轮机进行改造。

2改造方案

公司循环水系统循环水泵饱和蒸汽轮机项目，对循环水泵的驱动方式进行功热电联产节能改造，采用1台800 kW饱和蒸汽背压式汽轮机直接拖动1台560 kW循环水泵和与其配套高压异步电动机，在实现节电和异步发电双重效果的基础上，又可将做过功的0.4 MPa的汽轮机背压排汽提供给后续系统使用。

项目实施流程主要包括：设计方案确定；工艺管道、设备基础设计；工艺管道材料采购；汽轮机及其辅助设备和仪表供货；循环水泵双伸轴改造；汽轮机与水泵机组之间的就位安装，设备基础一次灌浆；汽水管道系统安装；汽轮机与随机控制柜之间的电气及控制部分安装及现场调试；汽轮机系统进、排气蒸汽管道吹扫；汽轮机主蒸汽管和排汽管道水压试验；汽轮机单机试车及联动试车。项目选用青岛华捷饱和蒸汽轮机，设备具体参数见表1。

3效果评估

项目完成后，为保证机组正常运行，循环水泵改造成汽轮机与电机两驱装置，在系统蒸汽产能较高时以便汽轮机足够做功来驱动循环水泵正常运行，并且电动机还可以辅助向内网发、供电，节省用电费用。循环水泵配置为汽电两驱：汽轮机+减速机+电机+循环水泵，汽轮机由调整系统根据蒸汽供给情况自动调节运行，在系统负荷不足时电机辅助向内网发、供电。

表1　项目选用汽轮机参数

3.1经济效益

循环水系统功热电联产节能综合改造完成后，平均每小时节电560 kW、每小时发电220 kW，设备年运行时间按8 000 h计算，全年节约用电6.424×106kW·h。电价按0.62元计算，则每年可节约电费386.88万元。

3.2社会及环境效益

根据电力折标煤系数，该项目年节电6.424×106kW·h，折标煤为789.5 t，可减少二氧化碳排放2 555.8 t，减少二氧化硫排放23.5 t，减少氮氧化物排放6.9 t。

4小结

热电联产是既产电又产热的先进能源利用形式，与热电分产相比具有很多优点：降低能源消耗、提高空气质量、补充电源、节约城市用地、提高供热质量、便于综合利用、改善城市形象、减少安全事故。热电联产由于具有许多优点，应加大发展力度，从设计环节入手，综合考虑装置能耗状况。

工业是我国能源消费的大户，占全国能源消费总量的70%左右，化工、钢铁等高能耗企业又是工业能源消费的大户。做好高耗能企业的节能减排工作,促进企业加快节能技术改造,提高能源利用效率,对提高企业经济效益，缓解经济社会发展面临的能源和环境约束，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]谢业平.低压饱和蒸汽汽轮机的应用及其发展前景[J].节能技术,2011,29(1):61-65.

[2]王春晓.低压饱和蒸汽轮机的结构设计与优化[D].青岛:青岛科技大学,2013.

烟气干法脱硫脱氮新工艺诞生经过五年多的科技攻关，中石化集团公司科研课题催化裂化烟气脱硫脱氮技术工业侧线试验(干法脱硫脱氮试验)日前完成攻关任务，通过中国石化科技部组织的由曹湘洪院士担任评议委员会主任的技术评议。

该试验装置通过催化剂直接脱除烟气中的硫化物和氮氧化物。相对于传统的湿法脱硫脱氮技术，干法脱硫脱氮新技术不仅环保效果好，并且整个工艺路线也更加方便、高效、经济，具有设备精简、占地面积小、运行管理方便、生产成本低、无废水二次污染等优点。

试验结果表明：催化裂化烟气中硫氧化物、氮氧化物的脱除率分别高达95%和60%，硫氧化物和氮氧化物的质量浓度最小值均低于10 mg/m3，且无二次污染物排放，对烟气适应能力强，吸附剂可作为催化裂化的催化剂使用。

据介绍，该项目由中国石化工程建设公司、石科院、中原油田联合承担。试验装置建在中原油田石油化工总厂，采用吸附—再生连续循环模式，以催化裂化催化剂为吸附剂、以含氢或小分子饱和烃介质为还原剂，实现硫氧化物到硫化氢的资源化回收、氮氧化物到氮气的无害化排放目标。试验装置自2013年10月建成开始试验，两年来，经过科技人员的精心调试，反复测验，各项指标达到预期，净化后的烟气达到国家排放标准。

现有的烟气干法脱硫脱氮技术是一体化路线，其特点是整体效率高，占地面积小，但其脱除NOx时使用了氨气，容易导致氨逃逸形成二次污染。至于在燃煤电厂烟气脱硫中采用的半干法技术，则由于吸附剂没有再生能力，在达到吸附饱和后只能外排而形成固体废物，结果要么形成二次污染，要么需要增加投入进一步治理。

中国石化此次开发的干法脱硫脱氮新技术，使用催化裂化催化剂作为吸附剂，采用循环流化床吸附—再生工艺，不改动催化裂化装置的现有流程和操作条件，吸附剂可以循环使用。与此同时，催化裂化干气等经过再生还原后，吸附剂上的硫氧化物被还原为硫化氢，后续加以利用，氮氧化物被还原为氮气无害排放，净化烟气中夹带的吸附剂粉尘，可以采用成熟的干式除尘方式予以回收。

中图分类号：TQ050.3

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2016)01-0042-03

作者简介：韩元培(1985-)，男，工程师，从事共聚甲醛技术开发与生产管理工作，电话：13723215045。

收稿日期：2015-12-11