精細調(diào)節(jié)與系統(tǒng)節(jié)能的探索研究

宋仁委，李圣君，呂云辰

(河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司， 河南新鄉(xiāng) 453731)

某合成氨公司在項目改造過程中，出現(xiàn)了鍋爐設計負荷與實際運行負荷不匹配，導致運行不經(jīng)濟的情況。通過精細化調(diào)節(jié)，使鍋爐給水與鍋爐用水最大程度地保持一致，對于公司節(jié)能降耗具有重要意義。

1 項目概況

該合成氨公司共有180 t/h鍋爐3臺，運行方式為2開1備，考慮到排污、內(nèi)漏等損失為4%，單爐用水質(zhì)量流量約170 t/h。鍋爐給水泵共有4臺，運行方式為2開2備，平均每臺鍋爐給水泵負荷約為170 t/h[1]。經(jīng)調(diào)查，目前鍋爐給水泵運行情況見表1，給水管線運行參數(shù)見表2[2-3]。

表1 鍋爐給水泵數(shù)據(jù)調(diào)查表

2 存在的問題

(1) 鍋爐給水泵設計體積流量偏大。鍋爐最大蒸發(fā)體積流量為180 m3/h，考慮排污、內(nèi)漏等各項損失，最大用水體積流量為190～200 m3/h，而鍋爐給水泵設計體積流量為240 m3/h,明顯偏大。

表2 給水管線參數(shù)調(diào)查表

(2) 鍋爐給水泵設計揚程偏大。鍋爐給水泵設計揚程為1 600 m，實際原始打壓可達到17 MPa[4]以上，除去給水管線損失，仍有較大的余量。經(jīng)過鍋爐給水泵改造后，1#、4#給水泵去葉輪，2#、3#給水泵上變頻器后該問題有所改善，但還有節(jié)能的空間。

(3) 給水管線設計參數(shù)高。該給水管線管道材質(zhì)為20G,由表2可以看出給水管線的運行參數(shù)遠遠低于設計參數(shù)。

(4) 工藝指標設定值高。經(jīng)查該合成氨公司水汽車間操作規(guī)程，鍋爐給水壓力指標為13～16 MPa，在指標控制下，操作彈性較小。

(5) 給水調(diào)節(jié)余量偏大。目前給水調(diào)節(jié)閥組開度一般控制在52%左右，調(diào)節(jié)閥前后壓差保持在3.3 MPa左右，阻力損失較大。經(jīng)與調(diào)節(jié)閥供應商聯(lián)系，調(diào)節(jié)閥組實際阻力較小，在保證流量的情況下調(diào)節(jié)閥前后壓差可以控制在0.8 MPa以內(nèi)。

3 改造方案設計

3.1 給水母管壓力確定

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鍋爐運行中汽包壓力一般保持在9.7～10.0 MPa，給水調(diào)節(jié)閥閥后壓力一般保持在10.0～10.2 MPa可保證鍋爐正常上水。鍋爐給水需要考慮的損失主要有主管線阻力損失、變換高溫凝液預熱器阻力損失、高溫加熱器阻力損失、調(diào)節(jié)閥組阻力損失、位差損失、省煤器阻力損失等。經(jīng)調(diào)查計算，各段阻力損失情況如下：

(1) 管線阻力損失：熱回收工段至鍋爐給水平臺管線長度約817 m，阻力損失12 m；共有80個90°彎頭，2個45°彎頭，阻力損失16 m；130 ℃水密度為0.934 6 g/cm3，管線阻力損失為0.267 MPa。

(2) 變換高溫凝液預熱器阻力損失：變換工段用差壓表實際檢測，變換高溫凝液預熱器實際壓降為0.055 MPa。

(3) 高溫加熱器阻力損失：由于鍋爐給水經(jīng)變換高溫凝液預熱器加熱后溫度達到180 ℃，所以高壓加熱器一般不投運，給水走近路，故不考慮高溫加熱器阻力。

(4) 調(diào)節(jié)閥組阻力損失：經(jīng)與閥門供應商聯(lián)系，在保證給水流量的情況下，調(diào)節(jié)閥組阻力可以控制在0.8 MPa以下，本次計算按0.8 MPa考慮。

(5) 位差損失和省煤器阻力損失：經(jīng)多次查鍋爐操作界面，給水閥后壓力與汽包壓力差一般保持在0.3 MPa左右。

綜上,給水系統(tǒng)的阻力損失合計為1.422 MPa，即給水母管壓力達到11.5 MPa即可為鍋爐上水。為安全起見，保留0.5 MPa的調(diào)節(jié)余量，將給水母管壓力設定為12 MPa。

3.2 試驗方案

鍋爐給水泵變頻調(diào)節(jié)試驗的關(guān)鍵在于保證給水調(diào)節(jié)閥后壓力不低于10.2 MPa，同時控制調(diào)節(jié)閥組開度與鍋爐給水泵變頻頻率。在保證給水體積流量(200 m3/h)的前提下，可保證調(diào)節(jié)閥自身阻力不高于0.8 MPa，并制定了流量系數(shù)與閥門開度關(guān)系(見表3)。

表3 流量系數(shù)與閥門開度關(guān)系表

由表3可以看出：在閥前壓力11 MPa，閥門開度72.75%時，即可過水150 m3/h，滿足鍋爐正常用水需求；在閥前壓力11 MPa，閥門開度84.95%時，可過水200 m3/h ，滿足鍋爐最大用水需求，此時閥門開度還有上調(diào)空間。優(yōu)化方案為:

(1) 當閥前壓力高于12 MPa時，調(diào)整給水泵頻率和調(diào)節(jié)閥組開度，使調(diào)節(jié)閥組閥前壓力每次調(diào)低0.5 MPa，并維持汽包水位，穩(wěn)定0.5 h。

(2) 當閥前壓力低于12 MPa時，調(diào)整給水泵頻率和調(diào)節(jié)閥組開度，使調(diào)節(jié)閥組閥前壓力每次調(diào)低0.3 MPa，并維持汽包水位，穩(wěn)定0.5 h。

(3) 當調(diào)節(jié)閥組開度達到75%或閥前壓力低于11.5 MPa，調(diào)節(jié)試驗停止，記錄變頻器調(diào)節(jié)頻率。維持汽包水位，穩(wěn)定12 h。

(4) 固化給水泵變頻器頻率，鍋爐穩(wěn)定運行時，通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥組來維持汽包水位；當鍋爐負荷大幅度調(diào)整時，調(diào)節(jié)給水泵變頻器頻率維持汽包水位。

(5) 搜集給水泵運行數(shù)據(jù)，計算平均電耗，對比調(diào)整前后電耗數(shù)據(jù),計算節(jié)能率。

4 試驗前后數(shù)據(jù)分析

記錄降壓試驗后1個月(2019-06-26—2019-07-25)的電耗數(shù)據(jù),與降壓試驗前1個月(2019-04-01—2019-04-30)的電耗數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果見表4。

表4 試驗前后1個月電耗數(shù)據(jù)對比表

按給水質(zhì)量流量350 t/h，年運行時間8 000 h計，電價按照0.56元/(kW·h)計算，調(diào)節(jié)前每年2#、3#高壓鍋爐給水泵電耗約為886.6萬kW·h，調(diào)節(jié)后每年2#、3#高壓鍋爐給水電耗約為1 506.4萬kW·h,年經(jīng)濟效益為347.1萬元。

5 結(jié)語

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)節(jié)，鍋爐給水泵運行壓力降低至12.5 MPa左右，工頻給水泵噸水平均電耗由6.33 kW·h降低至5.92 kW·h，節(jié)能效果明顯。

按給水質(zhì)量流量350 t/h，年運行時間8 000 h計，調(diào)節(jié)前每年鍋爐給水電耗1 506.4萬kW·h，調(diào)節(jié)后每年鍋爐給水電耗886.6萬kW·h，年節(jié)電619.8萬kW·h。用電成本按0.56元/(kW·h)計，年經(jīng)濟效益347.1萬元。

對于合成氨系統(tǒng)來說，技術(shù)改造一般需要在系統(tǒng)停車的時候進行，具有很大的限制。該試驗從設計值和運行值的差異來進行系統(tǒng)的平衡，通過調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)系統(tǒng)能量的優(yōu)化，為合成氨系統(tǒng)節(jié)能改造提供了一種簡便可行的操作手段。