循環(huán)冷卻水余壓發(fā)電節(jié)能改造

房曉權(quán)

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司(簡稱華鶴公司)是中海石油化學(xué)股份有限公司全資子公司，成立于2010年9月，其年產(chǎn)30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素項(xiàng)目自2015 年5 月底正式投產(chǎn)以來，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，整體狀況良好。

1 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析

1.1 循環(huán)水系統(tǒng)基本配置

該項(xiàng)目循環(huán)水系統(tǒng)共有6臺(tái)循環(huán)水泵，由上海連成水泵廠生產(chǎn)，運(yùn)行方式為4開2備，循環(huán)水泵額定體積流量為10 000～11 500 m3/h。循環(huán)水系統(tǒng)有10座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逆流式冷卻塔，冷卻塔總設(shè)計(jì)冷卻體積流量達(dá)50 000 m3/h。

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況

華鶴公司自提出節(jié)能改造以來，定期收集循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。由于冬季、夏季水溫及熱負(fù)荷變化，其運(yùn)行方式存在差異，分別對冬季、夏季運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行收集(見表1)。夏季循環(huán)水泵平均揚(yáng)程為47.95 m，合計(jì)體積流量為44 400 m3/h；冬季循環(huán)水泵平均揚(yáng)程為48.55 m，合計(jì)體積流量為42 200 m3/h。

表1 冷卻塔運(yùn)行數(shù)據(jù)

1.3 可利用余壓能發(fā)電潛力

循環(huán)水系統(tǒng)夏季和冬季供給體積流量分別為44 400 m3/h和42 200 m3/h。考慮系統(tǒng)需要5%流量不經(jīng)過冷卻塔直接進(jìn)入旁路裝置，因此夏季和冬季分別有42 180 m3/h和40 090 m3/h水量進(jìn)入冷卻塔，每座冷卻塔的過水體積流量分別為4 218 m3/h和4 009 m3/h。

夏季回水壓力為0.28 MPa，冬季回水壓力為0.31 MPa，測量點(diǎn)位高1.2 m，則夏季回水水頭P0為29.77 m，冬季回水水頭為32.83 m；噴頭預(yù)留余壓壓頭P1為1.0 m，新增2個(gè)蝶閥阻力壓頭Pd1為3.0 m，考慮一定的可調(diào)整裕量Pd2為2.0 m，則可利用水頭H[1-2]為：

H=P0-H0-P1-Pd1-Pd2

(1)

由式(1)計(jì)算可得：夏季水輪機(jī)發(fā)電可利用水頭為15.97 m，冬季水輪機(jī)發(fā)電可利用水頭為19.03 m。

根據(jù)上述結(jié)果，夏季和冬季可利用水力能分別為179.6 kW和204.0 kW。按照發(fā)電綜合效率80%計(jì)算，則夏季和冬季單臺(tái)水輪機(jī)發(fā)電功率分別為143.7 kW和163.2 kW。

2 余壓發(fā)電改造方案

2.1 工藝流程

在冷卻塔回水管道蝶閥后開孔，增設(shè)旁路用于安裝水輪發(fā)電機(jī)組，用貫流式水輪機(jī)替代部分回水管道。在水輪機(jī)進(jìn)出口分別加裝閥門(其中入口為電動(dòng)閥)，同時(shí)主管路增加1個(gè)電動(dòng)閥，如遇機(jī)組故障，2個(gè)電動(dòng)閥通過聯(lián)鎖控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換至主管路，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。工藝流程改造方案見圖1[3-4]。

圖1 工藝流程改造方案圖

2.2 電氣流程

為了保證原系統(tǒng)的保護(hù)配置及參數(shù)不受影響，發(fā)電系統(tǒng)作為獨(dú)立的小電源進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過升壓到10 kV后就近接入水處理變電所10 kV系統(tǒng)(見圖2)，所發(fā)電能可以就地消納，減少網(wǎng)損。

TB—變壓器； QF—斷路器； QS—刀閘； GS—漏電斷路器； F—發(fā)電機(jī)。

3 節(jié)電效果

10臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組2019年11月22日全部投用，在保證冷卻水供、回水系統(tǒng)壓力分別為0.42 MPa、0.28 MPa不變的情況下，機(jī)組平均發(fā)電量大于1 399 kW，達(dá)到預(yù)期發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)有效回收回水余壓能的目的。

4 結(jié)語

此次改造非常成功，不僅滿足了生產(chǎn)，而且節(jié)電效益明顯，可達(dá)到節(jié)能、減排、增收的目的，降低了運(yùn)行成本。此次改造過程提高了工藝人員對系統(tǒng)的掌控能力，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，為水處理裝置的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行提供保障。