高背壓汽輪機拖動鍋爐給水泵在尿素廠的技術(shù)應(yīng)用

程中先

(安徽節(jié)源環(huán)保科技有限公司，安徽 合肥 230031)

安徽某尿素廠有1臺130t/h的循環(huán)流化床鍋爐，蒸汽參數(shù)為8.83MPa/505℃，鍋爐給水泵為2臺1 000kW的電動機驅(qū)動泵。企業(yè)一直使用1臺減溫減壓器將高溫高壓蒸汽減溫減壓為3.6MPa/390℃中壓蒸汽使用，用量約25t/h。經(jīng)汽輪機廠家研究計算，若將蒸汽通過高背壓式汽輪機做功代替減溫減壓器，可回收約1 000kW的功率，正好用于驅(qū)動1臺鍋爐給水泵。由于采用了高背壓汽輪機，在制造、控制和操作等方面存在一定的難度[1]。

1 汽輪機驅(qū)動原理

排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機稱為背壓汽輪機，是利用蒸汽的熱能來做功的旋轉(zhuǎn)式原動機，工作時先將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成為蒸汽的動能，再把蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的機械功[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

在鍋爐給水泵房空地處，布置1臺汽輪機和1臺給水泵，配套蒸汽、冷卻水、鍋爐給水管道和儀控等，利用汽輪機拖動給水泵，滿足鍋爐給水流量和壓力的要求，同時將電動機驅(qū)動泵作為聯(lián)鎖備用泵。汽機排汽管道設(shè)置減溫器，將排汽溫度從415℃降至390℃，送至3.6MPa蒸汽網(wǎng)管，原減溫減壓器處于熱備用狀態(tài)。控制系統(tǒng)采用和利時T800系統(tǒng)，監(jiān)控數(shù)據(jù)送至現(xiàn)有鍋爐控制室，改造的系統(tǒng)見圖1，虛線內(nèi)為新增設(shè)備。

圖1 改造系統(tǒng)圖

3 設(shè)備選型

3.1 汽輪機

汽輪機參數(shù)見表1。

表1 汽輪機參數(shù)

汽輪機為單缸背壓式汽輪機，本體主要由轉(zhuǎn)子部分和靜子部分組成。轉(zhuǎn)子部分包括整鍛轉(zhuǎn)子、葉片、盤車齒輪、聯(lián)軸器等；靜子部分包括汽缸、主汽門、蒸汽室、噴嘴組、隔板、汽封、軸承、軸承座、調(diào)節(jié)汽閥、盤車裝置等。

3.2 給水泵

給水泵參數(shù)見表2。

表2 給水泵參數(shù)

DGB型給水泵是單殼體節(jié)段式多級離心泵。DGB型鍋爐給水泵為DG型給水泵的改進型號，泵的進、出水段和中段采用鍛造結(jié)構(gòu)，其金屬機械性能比鑄造件更好，克服了鑄件的缺陷。平衡機構(gòu)采用雙平衡機構(gòu)，平衡效果更佳。設(shè)計在高壓高溫下運行。

4 裝置的調(diào)試和遇到的問題

機組為廠商制造的第一臺此類參數(shù)汽輪機，開機時廠商派多位技術(shù)人員到場指導(dǎo)，一次開機成功，但也有如下幾個問題暴露出來。

4.1 過臨界振動大

從調(diào)試過程看，機組溫度低于280℃時，振動一直有上升趨勢，必須在汽機500～1 000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，將機組溫度暖到280℃以上。過臨界轉(zhuǎn)速2 580r/min時，振動較大，達到0.145mm，過臨界后振動平穩(wěn)。據(jù)了解，該機組在廠家測試時，因為進汽溫度低、暖機不夠充分等原因，過臨界轉(zhuǎn)速時振動值一直超過設(shè)計值的0.15mm，在多次調(diào)整進汽溫度和充分暖機后，才達到合理的振動范圍。故要求開機，尤其是冷態(tài)開機，必須充分暖管和暖機，并嚴(yán)格按照升溫曲線操作。

4.2 排汽溫度高

汽輪機運行時，排汽溫高于設(shè)計值的415℃，達到421℃，咨詢汽輪機廠家，解釋為可能是由于汽輪機噴嘴設(shè)計略微偏小或排汽管網(wǎng)壓力偏高等原因造成。

4.3 汽封冷卻器抽汽量不夠

軸封漏氣溫度高達400℃以上，汽封冷卻器換熱面積較小，且尿素廠循環(huán)水水質(zhì)較差，運行一段時間后出現(xiàn)結(jié)垢，汽封開始有漏氣現(xiàn)象。經(jīng)多次研究討論，最終決定在汽封冷卻器后增加強排風(fēng)機，及時抽走軸封漏氣。由于投用時間較短，暫未設(shè)置漏氣回收口，未來需要設(shè)置漏氣回收，接到低壓蒸氣管網(wǎng)。

在試運行一個月后，對裝置進行了性能測試。進汽達到23.5t/h時，鍋爐給水流量平均為137.2t/h，壓力14.2MPa，根據(jù)水泵廠家提供的參數(shù)表，此工況下水泵的效率約為68.2%，聯(lián)軸器效率按98%計，減速機效率按97%計，核算汽輪機軸功率約753.3kW，與設(shè)計值偏差較小。

5 經(jīng)濟效益分析

高背壓汽輪機拖動給水泵的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表3。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

注：蒸汽成本計算，汽機漏氣和補充中壓蒸汽量合計按1.5t/h計算，蒸汽價格按150元/t。

6 結(jié)語

(1)從安全運行上看，目前裝置運行平穩(wěn)，隨著下游熱用戶的調(diào)整，汽輪機輸出功率在750～950kW。

(2)從經(jīng)濟效益分析來看，項目每年可實現(xiàn)凈利潤174.355萬元，靜態(tài)回收周期3.33年，總體經(jīng)濟效益十分明顯。

(3)從環(huán)境保護的角度來講，高背壓汽輪機拖動本身對環(huán)境沒有污染，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 125.8t/a，減少CO2排放量6 326.6t/a。

(4)從國家和行業(yè)政策來講，化肥行業(yè)的優(yōu)惠電價將逐步取消，節(jié)能降耗對企業(yè)的生存和發(fā)展意義重大[3]。

綜上所述，在尿素行業(yè)，高背壓機組替代減溫減壓器運行，經(jīng)濟效益明顯，靜態(tài)投資回報周期短，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，值得推廣應(yīng)用。