張鵬云，馬瑩，王輝，馬俊

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

大型SO2鼓風(fēng)機(jī)高效節(jié)能運(yùn)行實(shí)踐

張鵬云，馬瑩，王輝，馬俊

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠，甘肅金昌 737100)

冶煉煙氣制酸裝置SO2鼓風(fēng)機(jī)電耗占總電耗的40%以上，采取電機(jī)變頻器調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等方式可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)電。介紹了金川集團(tuán)股份有限公司化工廠在工藝改造、生產(chǎn)操作方面的節(jié)能措施和經(jīng)驗(yàn)，如減少補(bǔ)氣閥操作、冷激閥門(mén)緩開(kāi)緩關(guān)、清理煙道煙灰等，實(shí)現(xiàn)了大型SO2鼓風(fēng)機(jī)高效節(jié)能運(yùn)行。

硫酸生產(chǎn) 冶煉煙氣 鼓風(fēng)機(jī) 節(jié)能技術(shù) 運(yùn)行措施

金川集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金川集團(tuán))配套銅熔煉合成爐、轉(zhuǎn)爐煙氣環(huán)保處理建成530，330 kt/a 2套制酸裝置，利用熔煉合成爐產(chǎn)生的高濃度SO2煙氣與歷史遺留的一、二期轉(zhuǎn)爐低濃度SO2煙氣進(jìn)行匹配，達(dá)到冶煉煙氣綜合治理的目的。這兩套裝置核心設(shè)備SO2鼓風(fēng)機(jī)為德國(guó)KK＆K公司(現(xiàn)并入西門(mén)子)產(chǎn)品［1］。

制酸系統(tǒng)中SO2鼓風(fēng)機(jī)是最大用電設(shè)備，其電耗約占系統(tǒng)總電耗的40%以上。因此，要想實(shí)現(xiàn)制酸電耗的有效控制，必須從風(fēng)機(jī)節(jié)電方法入手;鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電大致可分為工藝改造節(jié)電、生產(chǎn)操作節(jié)電和設(shè)備改進(jìn)節(jié)電3種［2］。一般SO2鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型負(fù)荷遠(yuǎn)大于系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷，風(fēng)機(jī)常處于“大馬拉小車(chē)”的狀態(tài)，設(shè)備低效率運(yùn)行。生產(chǎn)操作方面，冶煉煙氣制酸中煙氣波動(dòng)頻繁，操作中需不停的調(diào)整生產(chǎn)系統(tǒng)，SO2鼓風(fēng)機(jī)不經(jīng)濟(jì)的操作會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行成本增加。另外，SO2鼓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)諸多問(wèn)題，如:風(fēng)機(jī)啟動(dòng)大電流延時(shí)、風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器油溫增加、液力耦合器調(diào)速范圍下降。金川集團(tuán)在生產(chǎn)過(guò)程中逐步完善系統(tǒng)生產(chǎn)匹配化改造，生產(chǎn)中更加注重能源管控、經(jīng)濟(jì)操作和設(shè)備效率三方面管理;通過(guò)日常操作總結(jié)、冶煉生產(chǎn)格局調(diào)整，金川集團(tuán)實(shí)現(xiàn)了SO2鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行。

1 工藝設(shè)備節(jié)電

1.1 液力耦合器調(diào)節(jié)

目前制酸系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)節(jié)電最常用的方法有2種:①變頻調(diào)速技術(shù)，即通過(guò)電機(jī)安裝變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;②液力耦合器調(diào)節(jié)技術(shù)，即電機(jī)與風(fēng)機(jī)使用液力耦合器連接調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速［3］。

考慮大型SO2鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能效果，在滿足工藝要求的情況下盡量減小軸功率是降低能耗的重點(diǎn)。金川集團(tuán)530 kt/a硫酸裝置2006年建成運(yùn)行時(shí)，SO2鼓風(fēng)機(jī)即采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式，其特征表現(xiàn)為:①無(wú)級(jí)調(diào)速，在恒定的輸入轉(zhuǎn)速下，可在輸入轉(zhuǎn)速的30%～100%連續(xù)無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速，設(shè)備節(jié)電效果明顯;②輕載啟動(dòng)，電機(jī)空載起步然后輕載啟動(dòng)載荷，可降低啟動(dòng)均值電流和縮短啟動(dòng)時(shí)間，減少電網(wǎng)大幅波動(dòng);③軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，可以和緩的啟動(dòng)、加速、減速和停止。

1.2 進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)

大型冶煉煙氣制酸裝置大多采用進(jìn)口離心風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工況點(diǎn)較少，在生產(chǎn)操作中風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍又較大，為便于風(fēng)量調(diào)節(jié)，最好的調(diào)節(jié)方式就是采用進(jìn)口導(dǎo)葉，對(duì)風(fēng)機(jī)入口流量進(jìn)行調(diào)節(jié)(見(jiàn)圖1)。

圖1 SO2鼓風(fēng)機(jī)入口安裝前導(dǎo)向

進(jìn)口導(dǎo)葉安裝于風(fēng)機(jī)入口處，導(dǎo)葉對(duì)進(jìn)口氣流有預(yù)旋作用，既有利于保護(hù)風(fēng)機(jī)葉輪，又有利于減少風(fēng)機(jī)軸震動(dòng)，降低設(shè)備損耗。在系統(tǒng)SO2濃度下降時(shí)，通過(guò)操作前導(dǎo)向，減少風(fēng)機(jī)過(guò)多功率損失，對(duì)于系統(tǒng)節(jié)電具有很大意義。

在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度為θ(0°～90°)時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉將使氣流進(jìn)口的絕對(duì)速度沿圓周速度方向偏轉(zhuǎn)θ角，同時(shí)對(duì)氣流進(jìn)口的速度有一定的節(jié)流作用，這種預(yù)旋和節(jié)流作用將改善風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，減少設(shè)備功率損耗。當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度為90°時(shí)，此時(shí)進(jìn)口導(dǎo)葉全開(kāi)，導(dǎo)葉對(duì)進(jìn)口氣流基本上無(wú)作用，氣流將以徑向流入葉輪葉片;當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度為0°時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉關(guān)閉，此時(shí)系統(tǒng)處于孤立狀態(tài)。

金川集團(tuán)制酸裝置SO2鼓風(fēng)機(jī)安裝進(jìn)口導(dǎo)葉后，系統(tǒng)孤立運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)最小風(fēng)量由原來(lái)1.2×105m3/h將至6.5×104m3/h;系統(tǒng)低效運(yùn)行時(shí)可最大程度降低空耗［4］。

2 生產(chǎn)操作節(jié)電

2.1 制酸系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，減少風(fēng)機(jī)空耗

在冶煉煙氣制酸裝置運(yùn)行過(guò)程中，多套系統(tǒng)共同平衡煙氣;首先協(xié)調(diào)冶煉高投料量，在保證大系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)的同時(shí)，兼顧小系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)制酸系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)電單耗下降，風(fēng)機(jī)使用效率提高，風(fēng)機(jī)故障率下降，系統(tǒng)電單耗處于最佳狀態(tài)。金川集團(tuán)冶煉不同生產(chǎn)負(fù)荷下SO2鼓風(fēng)機(jī)的月耗電量見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn):冶煉投料量穩(wěn)定在120～133 t/h時(shí)，SO2鼓風(fēng)機(jī)月耗電量為最佳水平。

2.2 根據(jù)煙氣波動(dòng)情況隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)氣量

冶煉煙氣制酸的特點(diǎn)是爐窯吹送周期短，煙氣氣量波動(dòng)大。在日常操作中，需根據(jù)冶煉爐窯吹送情況，隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)冶煉轉(zhuǎn)爐停爐送料時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)凈化入口負(fù)壓增加情況，減少風(fēng)機(jī)前導(dǎo)向開(kāi)度，將凈化入口壓力控制在－200～350 kPa。當(dāng)冶煉轉(zhuǎn)爐正常吹煉時(shí)，制酸系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)SO2濃度對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整。SO2濃度低時(shí)，應(yīng)盡量減少大系統(tǒng)風(fēng)量，增加小系統(tǒng)風(fēng)量;SO2濃度高時(shí)，應(yīng)減少小系統(tǒng)風(fēng)量，將高濃度SO2煙氣盡量引入大系統(tǒng)，平穩(wěn)氣量，充分維持大系統(tǒng)高效率生產(chǎn)。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中要及時(shí)監(jiān)測(cè)冶煉爐窯停吹情況，長(zhǎng)時(shí)間停料，要及時(shí)孤立系統(tǒng);短時(shí)間停料，要及時(shí)縮小風(fēng)機(jī)前導(dǎo)向開(kāi)度，避免風(fēng)機(jī)用電空耗。另外，系統(tǒng)控制應(yīng)明確關(guān)鍵指標(biāo)節(jié)點(diǎn)及冶煉生產(chǎn)操作規(guī)律，并根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)成本進(jìn)行有效控制，使制酸系統(tǒng)運(yùn)行更合理、更經(jīng)濟(jì)。

2.3 盡量減少補(bǔ)氣閥的操作

制酸系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中，遇到系統(tǒng)SO2濃度升高時(shí)，不應(yīng)立即開(kāi)大補(bǔ)氣閥進(jìn)行補(bǔ)氣，而應(yīng)時(shí)刻根據(jù)轉(zhuǎn)化器一段出口溫度進(jìn)行適度調(diào)節(jié)。正常生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化器一段催化劑底層溫度最高可控制在630℃以內(nèi)，出口溫度控制在600℃。在此范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化器因煙氣瞬時(shí)SO2濃度增高，導(dǎo)致一段催化劑底層溫度增加，是合理的溫升;相反，由于冶煉煙氣制酸特點(diǎn)，煙氣SO2濃度頻繁波動(dòng)。以金川集團(tuán)530 kt/a制酸系統(tǒng)為例，系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣量1.7×105m3/h，φ(SO2) 8%～10%;煙氣實(shí)際SO2濃度與轉(zhuǎn)化器一段催化劑底層及一段出口煙氣溫度趨勢(shì)變化見(jiàn)表2。

表2 轉(zhuǎn)化器一段操作工況

由表2可見(jiàn):煙氣SO2濃度瞬時(shí)升高，造成催化劑溫度隨之升高，此時(shí)的溫度在催化劑耐溫范圍內(nèi);并且在此溫度下耐高溫催化劑轉(zhuǎn)化率較高。若對(duì)φ(SO2)9%煙氣進(jìn)行補(bǔ)氣，過(guò)大的氣量不僅造成轉(zhuǎn)化工序SO2濃度波動(dòng)，同時(shí)會(huì)造成大型風(fēng)機(jī)電流值增加2～5 A，設(shè)備運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。

在風(fēng)機(jī)開(kāi)、關(guān)補(bǔ)氣閥時(shí)，氣體密度近似為相同值。若風(fēng)機(jī)入口流量增加，其配套高壓電機(jī)輸出功率上升，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流值也隨之增加。而頻繁的調(diào)整補(bǔ)氣閥勢(shì)必造成風(fēng)機(jī)耗電量上升。因此，冶煉煙氣制酸生產(chǎn)過(guò)程中，考慮風(fēng)機(jī)盡可能接近設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，是系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)、高效節(jié)電最有效的措施。

2.4 冷激閥調(diào)節(jié)需緩開(kāi)、緩關(guān)

制酸系統(tǒng)設(shè)置冷激煙道時(shí)，若冷激煙道1 600 mm以上，在調(diào)節(jié)冷激閥時(shí)，快開(kāi)或快關(guān)閥門(mén)，會(huì)造成轉(zhuǎn)化工序煙氣量波動(dòng);冷激煙道管徑過(guò)大，對(duì)風(fēng)機(jī)流量影響也較大。因此，在系統(tǒng)生產(chǎn)中，特別是冷激煙道管徑較大的轉(zhuǎn)化工序，在開(kāi)、關(guān)冷激閥時(shí)，要注意降低風(fēng)機(jī)前導(dǎo)向，再對(duì)冷激閥進(jìn)行調(diào)整，以免造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率下降，電耗增加。

2.5 強(qiáng)化檢修開(kāi)、停車(chē)管理，減少風(fēng)機(jī)空耗

在制酸系統(tǒng)停產(chǎn)檢修內(nèi)容確定以后，需要制定完善的系統(tǒng)開(kāi)、停車(chē)方案，不僅可以明確時(shí)間節(jié)點(diǎn)及全程檢修施工操作順序，而且可以對(duì)檢修任務(wù)量及檢修成本進(jìn)行有效控制。通過(guò)細(xì)化檢修開(kāi)、停車(chē)方案，以最經(jīng)濟(jì)的方案開(kāi)、停風(fēng)機(jī)，避免風(fēng)機(jī)空耗，使制酸系統(tǒng)檢修更合理、更經(jīng)濟(jì)。

2.6 及時(shí)清理煙道煙灰，降低風(fēng)機(jī)電耗

一般制酸系統(tǒng)應(yīng)每年申請(qǐng)一次年度檢修，檢修時(shí)要及時(shí)對(duì)制酸系統(tǒng)煙道煙灰進(jìn)行清理。若制酸系統(tǒng)凈化工序前煙道積灰較厚，會(huì)減少煙道流通面積，增加風(fēng)機(jī)入口管損，制酸產(chǎn)量下降，用電單耗上升。煙道積灰情況見(jiàn)圖2。

圖2 制酸系統(tǒng)凈化工序入口煙道積灰情況

3 結(jié)語(yǔ)

基于冶煉煙氣制酸系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用電消耗有效控制，就要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，積極摸索生產(chǎn)、工藝、操作、設(shè)備運(yùn)行等過(guò)程中用電規(guī)律。同時(shí)，考慮到制酸生產(chǎn)中大型SO2鼓風(fēng)機(jī)耗電在整個(gè)系統(tǒng)中用電比重，立足制酸系統(tǒng)生產(chǎn)管理實(shí)際，結(jié)合制酸系統(tǒng)大型設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)減少風(fēng)機(jī)電耗，最終達(dá)到控制整個(gè)制酸系統(tǒng)用電消耗，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效節(jié)電的目的。

［1］孫治忠，彭國(guó)華，張曦文.金川硫酸生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展綜述［J］.硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2016(2):1－8.

［2］張龍銀.我國(guó)硫酸工業(yè)入世十年嬗變［J］.硫酸工業(yè)，2012(6):1－4.

［3］劉虎.淺析變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用［J］.石化技術(shù)，2016，23(8):36－37.

［4］孫治忠.現(xiàn)代硫酸生產(chǎn)操作與技術(shù)指南［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2016:264.

Operation practice of high efficiency energy saving of large SO2blower

ZHANG Pengyun，MA Ying，WANG Hui，MA Jun
(Chemical Plant，Jinchuan Group Go.，Ltd.，Jinchang，Gansu，737100，China)

The power consumption of SO2blower power in smelter acid plant accounted for more than 40%of the total consumption.The blower power saving can be realized by electric machine inverter adjustment，hydraulic coupler adjustment，blower inlet guide vane adjustment.The energy-saving measures and experience in the process transformation and production operation of Jinchuan Group are introduced，such as reducing valve operation，cold shock valve slow open off，and cleaning flue ash.The high efficiency and energy saving operation of large SO2blower are realized.

sulphuric acid production;smelting off-gas;blower;energy saving technology;operation practice

TQ111.16

B

1002－1507(2017)02－0030－03

2016－10－02。

張鵬云，男，金川集團(tuán)股份有限公司化工廠工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。E-mail:hgzpy@jnmc.com。