用工业汽轮机实现热回收系统蒸汽能梯级利用

赵信刚

(湖北大峪口化工有限责任公司，湖北钟祥 431910)

用工业汽轮机实现热回收系统蒸汽能梯级利用

赵信刚

(湖北大峪口化工有限责任公司，湖北钟祥 431910)

介绍了大峪口化工800 kt/a硫磺制酸装置HRS系统。从汽轮机的结构特点、调速和保护方面叙述了大峪口化工利用HRS饱和蒸汽驱动汽轮机拖动锅炉给水泵的改造情况，并对改造过程中的注意事项作了说明。改造后充分利用了蒸汽减压损失的技术功，实现了蒸汽能源的梯级利用，节电效益明显。

硫酸生产 汽轮机 热回收系统 蒸汽能 梯级利用

在当今资源、能源利用效率要求不断提高的情况下，国内大型磷复肥企业硫磺制酸装置配套低温余热回收系统已经是普遍和成熟配置。低温余热回收系统产生的低压饱和蒸汽通常为0.8 MPa、176℃左右，其用途一般有二:①作为熔硫系统蒸汽热源;②减压后并入0.3～0.5 MPa低压蒸汽管网供磷酸浓缩或选矿用汽［1］。

湖北大峪口化工有限责任公司(以下简称大峪口化工)800 kt/a硫磺制酸装置HRS系统满负荷运行时，产出0.8 MPa低压蒸汽47 t/h左右，熔硫生产用汽量为8～10 t/h，多余的蒸汽通过调节阀减压后与SO2主风机透平背压蒸汽一起并入0.49 MPa低压蒸汽管网，供后续用汽装置使用。蒸汽在减压前后焓值未发生变化，但损失了大量的技术功。为了充分利用这部分能源，实现装置能耗的最低化，2016年4月大峪口化工技改安装了1台工业汽轮机用于拖动余热锅炉给水泵，工业汽车轮机用HRS产汽驱动，做功后的背压蒸汽再并入低压蒸汽管网。

利用生产中副产的蒸汽作为动力源，驱动工业汽轮机来拖动给水泵等高耗能转动设备，蒸汽通过汽轮机降温、降压释放能量来做功，背压蒸汽又得到继续使用，既实现了蒸汽能源的梯级利用，提高了能源的利用率，又能降低电网负荷，具有良好的经济效益和社会效益［2］。

1 汽轮机结构特点［3］

汽轮机为单级双支点冲动式背压汽轮机，单层布置，具有结构简单、调节方便、安全可靠、造价低等特点。由于驱动汽轮机的HRS蒸汽为饱和蒸汽，经汽轮机做功后变为湿蒸汽，为了避免汽轮机水冲击和叶片发生水蚀，在进汽管上设有汽水分离器;汽阀总成、汽缸及进汽、排汽管上均设有疏水管，进行强制疏水，将蒸汽流动过程中产生的水滴通过疏水有效排出。

汽轮机汽缸和蒸汽室材质为ZG25A铸钢;叶轮材质选用35CrMoA合金钢，具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限。叶片材质为硬度较高、韧性和耐腐蚀性较好的1Cr13不锈钢。汽轮机前、后汽封泄漏的少量蒸汽经汽封冷却器冷却后变为凝结水排入地沟。汽轮机前、后共有2个轴承，轴承座与汽缸相连，轴承润滑采用甩油环采油、循环水冷却的润滑方式，前轴承分为径向轴承和推力轴承。转子前端装有转速发讯器，通过转速传感器把转速信号传给调速器及数字式转速表。转子后端装有联轴器与水泵连接以传递功率。

2 改造情况

改造增加的工业汽轮机型号为B20.45－0.9/ 0.5，设计运行工况为0.9 MPa(绝压)，进汽温度176℃，排汽压力0.5 MPa(绝压);额定功率450 kW，汽轮机额定转速3 000 r/min，跳闸转速3 250～3 300 r/min，顺时针旋转，汽耗率64.8 kg/kWh。用于拖动的锅炉给水泵型号为DG150－130×5，流量165 m3/h，扬程600 m，布置在除氧器框架一层地面上。

为方便汽轮机进汽和排汽等蒸汽管道就近布置，在拆除水泵原配的电动机后，利用水泵现有的基础和底座，将水泵调头安装与新增的汽轮机连接，汽轮机单独配置基础和底座。汽轮机为单进汽双排汽，从水泵上方的管廊HRS产汽管道上引出蒸汽，经隔离阀进入汽轮机汽阀总成，再进入汽缸，经喷嘴组、冲动叶轮做功后，蒸汽排入背压管网。在装置开车初期和停车无蒸汽期间，启动另一台备用的电动给水泵给余热锅炉供水。HRS产汽大部分用于驱动汽轮机，但仍有1/3左右的富余蒸汽需要通过调节阀减压后直接并入低压蒸汽管网。

为了改善汽轮机的运行工况，避免背压蒸汽含湿量大、温度低及凝结水损失，从现场附近的3.8 MPa过热蒸汽DN20排汽管上接了一路蒸汽并入汽轮机进汽管。汽轮机运行时打开此路蒸汽，可使进汽温度提高10℃左右，排汽温度也在饱和蒸汽温度以上，加上管道设备良好的保温，除了汽封的少量泄漏外;基本消除了蒸汽冷凝水的产生，而且可以将汽水分离器拆除不用，减少蒸汽管路的阻力。

3 调速与保护

根据给水泵需要的工作压力调节，调速系统采用电子调速方式。采用法国施耐德公司人机界面及模块组成控制器，执行器为日本光荣公司电子执行器。通过手动或自动方式让控制器输出4～20 mA控制信号给电子执行器，以控制执行机构动作调节汽阀。将转速、轴瓦温度、进汽和排汽温度、压力及控制器的信号引入DCS系统，实现汽轮机各项运行参数的远程显示和控制。

汽轮机还有一种调速方式，即保持调节汽阀全开、电子调速器不动作，通过调节HRS产汽直接并入低压管网调节阀的开度来调节汽轮机的进汽压力，也可在一定范围内调整汽轮机的转速。进汽压力调节范围为0.63～0.72 MPa，排汽压力为低压蒸汽管网压力，一般为0.33～0.4 MPa，汽轮机前后温差30℃，压差0.3 MPa左右，低于设计值。

汽轮机设有超速保护装置。在转子的接长轴上装有飞锤式危急遮断器，在超速时飞锤离心力大于弹簧预紧力而击出，打在危急遮断器连杆的击出杆上，带动整个连杆机构动作，从而使汽阀总成上的转轴旋转，主汽门脱扣而迅速关闭。按下紧急停车按钮使电磁阀动作，也能使主汽门脱扣关闭而迅速停机。

4 注意事项

为保证汽轮机拖动的余热锅炉给水泵正常稳定运行，需要注意以下几个方面:

1)汽轮机受热膨胀后转子中心略高于冷态工况，安装时需注意汽轮机和水泵转子同轴度偏差，避免转子不同轴影响正常运行。

2)锅炉水位用给水调节阀自动调节，汽轮机转速应保持基本稳定从而保证给水压力稳定，因而进汽量需要保持稳定，尽量避免装置负荷变化过大，引起蒸汽产量的大幅变化，调节不及时造成热网用户蒸汽压力波动，或汽轮机因进汽量不足、转速下降影响锅炉给水供应。

3)在低压管网用户突然减汽、背压升高时，为避免汽轮机压差过小出力不足，应将部分背压蒸汽排空或倒换为电动泵运行。

4)避免运行中因水泵设备振动对汽轮机转子振动造成影响。

5)装置停车或水泵故障时，应迅速启动备用的电动水泵，停下汽轮机，以保证锅炉供水安全。

6)汽轮机停机后应定时盘车，防止转子受热不均匀发生热弯曲。

5 经济效益

锅炉给水泵原配用电机额定功率为450 kW，运行时已达到额定电流。改为HRS产汽驱动工业汽轮机拖动水泵、充分利用了蒸汽减压损失的技术功，汽轮机运行稳定、噪声低，节省了电机消耗的电能，按年运行8 000 h，电价0.5元/kWh计，则每年节电效益为180万元，折标煤442 t/a。蒸汽驱动汽轮机做功后，焓值有所降低，与透平风机背压蒸汽混合后，管网蒸汽温度下降7℃左右，但蒸汽的过热度得到了降低，对浓缩装置运行有利，故可不考虑蒸汽焓值下降损失的价值。

［1］张晓迁，胡曾毅，陈清宪.磷铵生产过程中蒸汽的梯级利用［J］.磷肥与复肥，2011，26(5):39－40.

［2］吴仕勇，杨承谱，钱淑芳.热功联产汽轮机在硫酸装置中的应用［J］.硫酸工业，2012(3):40－43.

［3］董洪伟.硫酸装置余热利用中汽轮机的选型及应用［J］.硫磷设计与粉体工程，2016(2):36－39.

Realization of cascade utilization of steam energy by industrial steam turbine

ZHAO Xingang
(Hubei Dayukou Chemical Co.，Ltd.，Zhongxiang，Hubei，431910，China)

HRS system of Dayukou chemical 800 kt/a sulphuric acid is introduced，with respects of the structural features of the turbine，speed control and protection，Dayukou Chemical modification of HRS saturated steam driven turbine driven boiler feed pump are described，the matters needing attention in the course of reformation are explained.After the reform，the technical work of the steam pressure loss is fully utilized，and the cascade utilization of steam energy is realized.

sulphuric acid production;steam turbine;heat recovery system;steam energy;cascade utilization

TQ111.16;

B

1002－1507(2017)02－0033－03

2016－10－18。

赵信刚，男，湖北大峪口化工有限责任公司工程师，长期从事硫酸生产管理工作。电话:0724－4893054;E-mail:zxg07dyk@126.com。