造气空气鼓风机串联汽轮机的应用技术

宁刚

摘要：在大多数情况下，每个生产过程中使用的蒸汽压力等级是不同的，每个需要蒸汽的设备所需的压力也不同。蒸汽必须通过降温减压装置降至工艺系统的实际压力和温度。这伴随着压差中能量的损失。随着日益紧张的能源资源,浪费能源的充分利用压差,某公司积极推动和实现成功两个气化车间风机代替蒸汽由电动机驱动的项目,该项目不仅可以减少电力消耗每吨氨、提高企业的经济效益,也符合当前节能降耗的要求。

关键词：造气空气；鼓风机；串联汽轮机；应用技术

1目前造气车间工序状况

某公司二造气车间共12台造气炉，由4台鼓风机供气（3开1备，1台风机拖4台造气炉）生产。造气风机是由电机直接驱动。造气车间有蒸汽缓冲罐有3个，1台缓冲罐蒸汽供4台造气炉生产。

该公司二造气车间的3#鼓风机是利用原有机厂的旧风机，存在噪音大，故障率高，维修成本高等问题，风机运行电压为6kV、电流27A。因此二造气车间决定对3#鼓风机进行节电改造，待改造成功后继续改造1#与2#造气风机。

该公司二造气车间生产需要使用的蒸汽由热电厂的0.42MPa低压蒸汽管网提供，温度为250℃。而造气车间的造气工艺要求是入造气炉的蒸汽压力为0.065MPa左右，所以只能通过减压阀组将入炉的蒸汽压力由0.42MPa减到0.065MPa左右，再进入3#蒸汽缓冲罐中进行压力平衡，最后送入9#~12#造气炉内进行反应生产。

改造前的外供蒸汽及造气供风系统流程如图1所示。

图1改造前外供蒸汽及供风流程示意图

2改造方案

2.1造气工序供风工艺原理

因为当使用低压蒸汽气化车间需要0.42 MPa直接蒸汽减压阀组约0.065 MPa,能源大压差将导致能量损失,通过修改,并介绍汽轮机节能技术,利用汽轮机(汽轮机)0.42 MPa供热网络提供蒸汽动力下降到0.065 MPa, # 3,然后进入缓冲罐,用于气化炉生产。考虑到系统蒸汽压力波动对安全生产的影响，采用3#鼓风机电机串联运行。当系统蒸汽压力在0.38~ 0.42mpa正常时，电机基本不工作，达到了节能节电的目的。当汽轮机转速较低时(即系统蒸汽压力< 0.38mpa)，电机开始工作以保证转速。

2.2改造方案的选择

通过对外厂的考察了解到，他们在之前的改造过程中都是让蒸汽透平机（即汽轮机）直接带动鼓风机运行，再把电机拆掉。改造后，发现运行时有很多问题，所以大多数都是不成功的。主要的原因有以下两方面：

（1）造气工艺自身的原因造成的。主要是造气鼓风机负荷变化非常大，根据生产的负荷需要，需要对鼓风机的鼓风量进行负荷调整，有时候是满负荷生产，有时候是1/2负荷生产。而汽轮机在这样的负荷变化中运行，转速也会随之发生很大的变化，这样汽轮机的转速无法精准控制，从而导致鼓风机出口的风压不稳定，无法满足造气车间生产工艺的需求。

（2）鼓风机负荷的变化很大会对汽轮机的使用寿命造成很大的影响，从而导致汽轮机及鼓风机故障频繁。考虑到上述问题，所以此次改造选择电机串联鼓风机再串联汽轮机的方式，这样的改造方式有以下优点：①充分回收了蒸汽减压造成的压力差能的损失。当蒸汽汽轮机与造气鼓风机及电动机串联运行时，如果汽轮机进出口的蒸汽压差和进入汽轮机的蒸汽量不变，汽轮机所做的功也是不会变化的，而变化就只有鼓风机和电机的负荷。当鼓风机负荷变少时，汽轮机所作的功就会转移给电机，使其多发电；当鼓风机的负荷增加时，电机的发电量就会相应减少。鼓风机负荷和电机负荷在此消彼长中相互转化，这样就使得汽轮机的输出功率全部得到转化，充分回收了蒸汽减压造成的压力差能损失。由于三化公司造气车间在对3#鼓风机节电改造时，电机为利旧电机，暂时不具备发电并网功能。因此存在小部分能量损失。②可以稳定造气鼓风机的转速。进入汽轮机的蒸汽流量减少、压力降低时，汽轮机做功的输出功率不足以驱动鼓风机，此时电机开始对外做功带动鼓风机正常运转，保证鼓风机的正常运转。这样整个装置的转速因此得到很好的控制，从而稳定鼓风机出口风压，满足造气车间生产工艺的需求。

2.3设备条件

（1）新增鼓风机参数型号：D450-21，轴功率：240.3kW，转速：2960r/min，进口流量：450m3/min。

（2）新增汽轮机参数见表1。

表1新增汽轮机参数

（3）电机参数

利旧电机，功率355kW，电压6kV，电流≤28A。

2.4改造后的造气供风的工艺流程

该公司热电厂来的0.42MPa低压蒸汽（温度250℃）先进入汽轮机主汽门，推动汽轮机高速运转，带动鼓风机正常运行，汽轮机出口后的蒸汽压力会减压到0.09MPa，然后0.09MPa的蒸汽再进入3#蒸汽缓冲罐进行稳压，再送入供9#~12#造气炉内造气生产使用。如果进入汽轮机的蒸汽量不能完全满足造气工艺需要时，可以通过原先管道上的自动减压阀组来调节进入3#蒸汽缓冲罐的蒸汽流量。若通过汽轮机的蒸汽量达到额定流量时（10~12t/h），9#~12#造气又不能完全消化此蒸汽量时，因此将3#蒸汽缓冲罐与2#蒸汽缓冲罐进行连通，通过连通管道，平衡蒸汽流量和压力，防止3#蒸汽缓冲罐超压引起安全阀起跳。改造后的造气供风工艺流程图如图2所示。

图2改造后的造气供风工艺流程图

3投用后经济效益计算

该项目从汽轮机的选型、管道的设计，到设备管道的安装，蒸汽管道吹扫及试车，直到投运后稳定运行，各项指标运行正常。并通过一段时间的数据收集及经济测算，节能节电效果明显。

以下数据是根据现场测试及数据收集：

1）原3#鼓风机电机运行电流为27A；日耗电量W=27*6.2*1.732*0.85*24=5915kW（实际电压为6.2kV，电机运行效率为0.85）。

2）新3#鼓风机电机运行电流为24A；日耗电量：W=24*6.2*1.732*0.85*24=5258kW。

3）汽轮机投用后：电机实际功率测试结果为14kW，实际日耗电量：W=14*24=336kW。

4）汽轮机蒸汽损失5t/d，蒸汽成本按100元/t，按全年运行时间330d，电价格按0.43元/（kW·h）计，计算得出全年汽轮机蒸汽耗：5*0.01万元/d*330d=16.5万元，年效益：（5915-336）*0.43/10000*330-16.5=62.67万元。该项目投资包括设备费、土建施工费、管道阀门及安装费用等共计约为78万元，计算得出投资回收期=78/62.67=1.2a。

结束语

该公司第二气化车间经过多年的运行和持续的观察和运行改进，该项目已实施并投产。气化过程中使用的是汽轮机所做的蒸汽，蒸汽缓冲罐的压力相对稳定，有利于气化炉的稳定。根据汽轮机的实际运行效果和经济计算，一台汽轮机日节电5579kW，日节电2400元，全年节电791700元。扣除蒸汽损失后，年效益约为62.67万元。该装置既能满足生产工艺的需要，又能达到节能节电的目的，为公司带来了可观的经济效益。接下来，该公司第二制气车间计划对鼓风机电机进行改造。如果涡轮发电量大，可以将其发电并入电网，进一步实现节能减排，提高公司效益。

参考文献

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[2]张小平.造气节能技术改造[J].小氮肥，2011，39（4）：24.