何 洋，姚元宏，舒曉亮

（新疆中泰創(chuàng)新技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830000）

中泰紡織科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱中泰紡織）在生產(chǎn)黏膠纖維的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含CS2，H2S等成分的廢氣，出于環(huán)保和硫資源回收的考慮，該公司采用硫磺與廢氣聯(lián)合制酸工藝生產(chǎn)硫酸，產(chǎn)能為200 kt/a。制酸裝置配有1套30 t/h的余熱鍋爐，副產(chǎn)3.43 MPa、248 ℃的中壓飽和蒸汽，通過(guò)減溫減壓至0.60 MPa、148 ℃后并入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)。雖然蒸汽在減壓前后，其焓值沒有發(fā)生變化，但損失了大量的技術(shù)功，造成了能量浪費(fèi)。提升硫酸裝置的余熱利用率是提高制酸企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑之一。利用制酸生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)的蒸汽作動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵等高能耗設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，是提高制酸裝置能源利用率的有效方法。關(guān)于汽輪機(jī)在硫酸行業(yè)中的應(yīng)用，已有的相關(guān)報(bào)道[1-4]中，汽輪機(jī)大多用過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)，且在運(yùn)行時(shí)完全代替電機(jī)，而關(guān)于采用飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，并使之與電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況卻鮮有報(bào)道。為了進(jìn)一步推廣汽輪機(jī)在硫酸生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用，筆者詳細(xì)介紹了中泰紡織利用中壓飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)拖動(dòng)二氧化硫風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)改造情況，以供后續(xù)類似項(xiàng)目借鑒。

1 蒸汽余熱利用系統(tǒng)改造

為了充分利用蒸汽的能量，減少制酸裝置運(yùn)行的電耗，中泰紡織決定增設(shè)1臺(tái)汽輪機(jī)拖動(dòng)二氧化硫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。改造后的蒸汽余熱利用系統(tǒng)見圖1。

圖1 蒸汽余熱利用系統(tǒng)

從余熱鍋爐汽包中引出3.43 MPa、248 ℃的中壓飽和蒸汽，經(jīng)汽液分離器處理后接入汽輪機(jī)。蒸汽在汽輪機(jī)中做功后減溫減壓至0.98 MPa、185 ℃，再經(jīng)過(guò)減溫減壓器變?yōu)?.60 MPa、148 ℃后并入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)。汽輪機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的0.70 MPa、165℃乏汽供給鍋爐除氧器使用。

二氧化硫風(fēng)機(jī)為高壓變頻風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量2 200 m3/min，全壓35 kPa，功率1 800 kW。在制酸裝置開車時(shí)，僅使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)不運(yùn)行；待裝置能夠穩(wěn)定產(chǎn)出蒸汽時(shí)，啟動(dòng)汽輪機(jī)，通過(guò)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)逐漸調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，并在超越離合器的作用下，汽輪機(jī)和風(fēng)機(jī)自動(dòng)嚙合，使風(fēng)機(jī)由原來(lái)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)變?yōu)殡姍C(jī)與汽輪機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。隨后，通過(guò)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，汽輪機(jī)功率逐漸增大，電機(jī)功率逐漸減小，在達(dá)到工況下汽輪機(jī)的最大功率后，裝置逐漸平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置，當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)障礙時(shí)，可以立即與二氧化硫風(fēng)機(jī)“脫鉤”，在保證安全的情況下，不影響正常生產(chǎn)。

汽輪機(jī)機(jī)組使用XHL-30A型全自動(dòng)單向超越離合器，通過(guò)齒輪元件傳遞功率。汽輪機(jī)和二氧化硫風(fēng)機(jī)依靠汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)嚙合或脫離，不需外部控制。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高于電機(jī)時(shí)，離合器自動(dòng)嚙合；反之，自動(dòng)脫離。

2 汽輪機(jī)控制設(shè)置

2.1 汽輪機(jī)的技術(shù)參數(shù)

該改造項(xiàng)目選用由山東淄博荏奧汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的B1.01-3.43/1.1型汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)為單級(jí)背壓式，單側(cè)水平進(jìn)汽結(jié)構(gòu)，汽缸為合金鑄鋼件，徑向軸承為滑動(dòng)軸承，采用稀油站強(qiáng)制潤(rùn)滑。汽輪機(jī)機(jī)組汽封采用不銹鋼迷宮式和蜂窩接觸式組合汽封，以加強(qiáng)汽封效果。汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)采用德國(guó)西門子電子調(diào)速系統(tǒng)+日本光榮直行程執(zhí)行器電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以通過(guò)上傳下送4~20 mA電信號(hào)接入DCS系統(tǒng)，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。汽輪機(jī)帶有機(jī)械、手動(dòng)和自動(dòng)電超速三重超速保護(hù)裝置，配備3支CS-1型速度傳感器，實(shí)現(xiàn)3選2測(cè)速保護(hù)，并傳到就地轉(zhuǎn)速表及控制室。汽輪機(jī)機(jī)組裝有跳機(jī)電磁閥，接受各種停機(jī)信號(hào)，廠內(nèi)失電后自行停車。

汽輪機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

2.2 汽輪機(jī)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

汽輪機(jī)機(jī)組設(shè)置完善的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)掌握汽輪機(jī)的運(yùn)行狀況。汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置情況見表2。

表2 汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置情況

2.3 汽輪機(jī)機(jī)組控制系統(tǒng)

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和自動(dòng)控制裝置

汽輪機(jī)機(jī)組使用西門子S7-200 SMART裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于1 000 r/min時(shí)，采用手動(dòng)控制。通過(guò)升速和降速2個(gè)按鈕控制汽輪機(jī)進(jìn)汽電磁閥的開度，控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速；另外，還設(shè)置有緊急停車按鈕指令，在運(yùn)行發(fā)生異常時(shí)，便于技術(shù)人員及時(shí)處理故障。

當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1 000 r/min時(shí)，使用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。由PLC實(shí)現(xiàn)與設(shè)定值的比較并進(jìn)行一系列運(yùn)算和處理，最后輸出一個(gè)4~20 mA的電流信號(hào)，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽電磁閥開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制。除此之外，控制系統(tǒng)還具有超速超溫的聲光報(bào)警功能，在運(yùn)行異常時(shí)，通過(guò)電磁脫扣系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)停車保護(hù)。

2.3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

汽輪機(jī)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)控制裝置產(chǎn)生的通訊信號(hào)可以上傳到制酸裝置DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)不僅可以對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，還可以設(shè)定控制電流，通過(guò)PLC對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.4 汽輪機(jī)安全保護(hù)措施

二氧化硫風(fēng)機(jī)作為整個(gè)制酸裝置的動(dòng)力源，保證其安全、平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)制酸生產(chǎn)非常關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)此次改造，二氧化硫風(fēng)機(jī)由原來(lái)的僅靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，變?yōu)橛呻姍C(jī)和汽輪機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，在一定程度上增加了操作和監(jiān)管的難度。為了保證設(shè)備安全運(yùn)行，此次改造制定了比較完善的報(bào)警和聯(lián)鎖措施，具體如下：

1）軸瓦溫度高于85 ℃時(shí)報(bào)警；高于100 ℃時(shí)，汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，離合器自動(dòng)脫開。

2）軸瓦潤(rùn)滑油回油溫度超過(guò)65 ℃時(shí)報(bào)警；高于70 ℃時(shí)，二次報(bào)警。

3）汽輪機(jī)軸位移超過(guò)±0.4 mm時(shí)報(bào)警；大于±0.7 mm時(shí)汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

4）軸瓦振動(dòng)大于63 μm時(shí)報(bào)警；大于162 μm時(shí)汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

5）潤(rùn)滑油油壓低于0.08 MPa時(shí)，聲光報(bào)警；出口壓力連續(xù)低于0.02 MPa時(shí)，汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

6）排汽壓力大于1.5 MPa時(shí)，汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

7）轉(zhuǎn)速大于3 200 r/min時(shí)，聲光報(bào)警；大于3 260 r/min 時(shí)，汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

8）收到系統(tǒng)發(fā)出的停機(jī)信號(hào)時(shí)，汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。

9）有需要時(shí)，可以通過(guò)操作現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)手動(dòng)使汽輪機(jī)停機(jī)。

10）通過(guò)DCS遠(yuǎn)程操作，使汽輪機(jī)停機(jī)。

11）汽輪機(jī)設(shè)置有超速緊急脫扣裝置，通過(guò)該裝置可以進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)并能在進(jìn)汽管維持正常壓力的情況下復(fù)位。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

該項(xiàng)目購(gòu)買汽輪機(jī)及配件、新建汽輪機(jī)基礎(chǔ)、潤(rùn)滑油站等共花費(fèi)114萬(wàn)元；由于汽輪機(jī)和鍋爐距離較遠(yuǎn)，為了輸送蒸汽，新增管廊及管道共花費(fèi)89萬(wàn)元。汽輪機(jī)投入運(yùn)行后，在進(jìn)汽量為27 t/h的情況下，可節(jié)約用電900 kWh/h，電價(jià)按0.4元/kWh計(jì)，可節(jié)省電費(fèi)360元/h。1年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h計(jì)，可節(jié)約電費(fèi)288萬(wàn)元/a。相對(duì)于203萬(wàn)元的項(xiàng)目總投資，運(yùn)行9個(gè)月左右收回成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 改造注意事項(xiàng)

為了新增汽輪機(jī)改造項(xiàng)目的順利實(shí)施，下列問(wèn)題需要著重考慮：

1）由于缺少基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，此次技改前期工作比較艱難。為了順利完成項(xiàng)目建設(shè)，工藝技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)、已有裝置運(yùn)行情況等進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，準(zhǔn)確地向土建、自控等下游專業(yè)提出要求，方便各專業(yè)進(jìn)一步開展工作。

2）汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作狀態(tài)是影響節(jié)能效率的關(guān)鍵因素。自控技術(shù)人員需要設(shè)定合理的監(jiān)測(cè)位點(diǎn)、汽輪機(jī)控制系統(tǒng)及聯(lián)鎖裝置，保證設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行，并避免發(fā)生安全事故。

3）為了避免汽輪機(jī)與二氧化硫風(fēng)機(jī)因?yàn)樵O(shè)備基礎(chǔ)沉降造成運(yùn)行事故，需要結(jié)構(gòu)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)汽輪機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)，充分考慮這一特殊情況，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

4）新增汽輪機(jī)采用中壓飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)，在蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)前需要進(jìn)行汽液分離，避免冷凝液對(duì)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子造成損害。

5 結(jié)語(yǔ)

中泰紡織200 kt/a廢氣聯(lián)合硫磺制酸裝置投用的B1.01-3.43/1.1型汽輪機(jī)，采用中壓飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)類似的技改項(xiàng)目具有較強(qiáng)的借鑒意義，值得同行參考。