氮肥熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)3
近幾年來(lái)，我國的中小氮肥企業(yè)為了提高自身的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品競爭力，在生產(chǎn)規模、產(chǎn)品結構、節能技術(shù)等方面都做了很大調整，取得了非常可觀(guān)的經(jīng)濟效益。
然而，隨著(zhù)國家對化肥行業(yè)能源價(jià)格的逐漸放開(kāi)、化肥用電價(jià)格補貼的逐漸減小，化肥行業(yè)面臨的各種壓力也越來(lái)越大。為此，大部分企業(yè)都在抓緊時(shí)間利用各種先進(jìn)節能技術(shù)和手段對企業(yè)現有的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行節能改造，以期獲得更大的經(jīng)濟效益。
由我公司首創(chuàng )的 “熱功聯(lián)產(chǎn)”和“功熱電聯(lián)產(chǎn)”系統節能技術(shù)是一項已非常新穎的節能新技術(shù)。幾年來(lái)該技術(shù)在電力、供熱、造紙、化工等行業(yè)得到了非常廣泛的應用并為這些企業(yè)創(chuàng )造了非常巨大的經(jīng)濟效益，目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸在部分化肥企業(yè)得到應用。
一、節能原理
眾所周知，在化肥和化工生產(chǎn)中要使用大量蒸汽，而且在各生產(chǎn)工藝環(huán)節中所使用的蒸汽壓力的等級是不同的。由于不同的生產(chǎn)工藝要使用不同壓力的蒸汽，這就使得大量蒸汽必須通過(guò)閥門(mén)或減溫減壓裝置將其減到合適的壓力來(lái)使用，如目前的氮肥生產(chǎn)的造氣工序中，絕大部分企業(yè)都是利用壓力為0.5MPa以上的蒸汽，通過(guò)閥門(mén)降到0.2MPa以下來(lái)使用。而從熱力學(xué)原理的角度來(lái)看，蒸汽由高壓通過(guò)閥門(mén)節流降低到低壓來(lái)使用是一種壓力能損失，非常可惜。據測算，一個(gè)20萬(wàn)噸氮肥廠(chǎng)造氣工序要使用蒸汽約25T/H，而這部分蒸汽若從0.5MPa降到0.2MPa就具有1000KW的作功能力，將其充分利用后，每天可以節電2.4萬(wàn)度，而絕大部分企業(yè)卻將這部分可利用電能白白浪費掉了。
那么如何將這部分電能回收呢？目前利用蒸汽的壓力能作功有三種主要方法，一種是熱電聯(lián)產(chǎn)、一種是熱功聯(lián)產(chǎn)、一種是功熱電聯(lián)產(chǎn)。
對于大部分化工和化肥企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于企業(yè)有自備電廠(chǎng)，因此自備電廠(chǎng)電站鍋爐產(chǎn)生的大量的高溫高壓蒸汽都是通過(guò)汽輪發(fā)電機組將其降某一壓力（如1.0MPa或1.3MPa）來(lái)實(shí)現熱電聯(lián)產(chǎn)的。然而對于各工藝環(huán)節中的蒸汽壓差若采用汽輪發(fā)電機組實(shí)現熱電聯(lián)產(chǎn)就比較困難。首先投資大，其次管理復雜，另外小型發(fā)電項目并網(wǎng)非常困難。在正常情況下，電力部門(mén)是不允許小容量發(fā)電機組并網(wǎng)的。
為了回收化工生產(chǎn)工藝環(huán)節中的蒸汽壓力能，目前最好的方法就是采用熱功聯(lián)產(chǎn)或功熱電聯(lián)產(chǎn)方式。即利用蒸汽的壓力能直接拖動(dòng)化工生產(chǎn)中的某些動(dòng)力設備，如水泵、風(fēng)機、壓縮機或異步電動(dòng)機等，從而既節約了電能，又避免了和電力部門(mén)打交道，并且管理也非常方便。
采用熱功聯(lián)產(chǎn)或功熱電聯(lián)產(chǎn)方式節能的經(jīng)濟效益是非常可觀(guān)的。根據我公司對目前已建成的幾百個(gè)同類(lèi)項目的統計，該節能改造項目的投資回收期一般在3～5個(gè)月之間，最快的2個(gè)月就可以回收全部投資。
二、節能方案的確定
節能方案的確定非常重要，因為該方案可以明確企業(yè)所具有的節能潛力、節能量、節能效益和所需投資。由于化工專(zhuān)業(yè)和熱動(dòng)專(zhuān)業(yè)不同，因此目前搞好化肥企業(yè)整體節能方案的最簡(jiǎn)潔和最直接的方法就是請國內有經(jīng)驗的系統節能專(zhuān)家，直接到企業(yè)去協(xié)助企業(yè)對現有的蒸汽利用情況和化工工藝情況進(jìn)行調查和分析、對工藝生產(chǎn)中所使用的主要設備進(jìn)行調查和了解，在此基礎上對全廠(chǎng)的能源利用情況作出全面的評估，并作出切實(shí)可行的，投資小收益高的節能方案。
目前我公司在國內節能領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，并擁有資深節能專(zhuān)家，如有需要我公司可以免費派專(zhuān)家協(xié)助各企業(yè)作好該項工作。
三、化工廠(chǎng)節能方案實(shí)例
1、浙江衢州巨化集團合成氨公司造氣風(fēng)機節能技術(shù)改造方案
衢州巨化集團合成氨公司在造汽工序中使用0.06MPa（表壓）過(guò)熱蒸汽26T/H以上，而熱電廠(chǎng)給造汽工序提供的過(guò)熱蒸汽壓力為0.5MPa（表壓），這使得過(guò)熱蒸汽在使用過(guò)程中存在蒸汽壓力的節流損失和能量浪費。
為回收這部分能量損失，可以利用工業(yè)汽輪機拖動(dòng)造汽風(fēng)機來(lái)實(shí)現。汽輪機進(jìn)汽壓力為0.5MPa，排汽壓力為0.08MPa，排汽用于造汽工序。
在改造過(guò)程中，只需新增1臺500KW工業(yè)汽輪機并配置部分管路即可。由于造汽風(fēng)機的異步電機后端有輸出軸，因此在改造過(guò)程中只需將汽輪機安裝在該電動(dòng)機的后端即可。
利用工業(yè)汽輪機進(jìn)行節能技術(shù)改造后的經(jīng)濟技術(shù)分析：
A）工業(yè)汽輪機技術(shù)參數：
汽輪機進(jìn)汽壓力： 0.5MPa（表壓）
汽輪機進(jìn)汽溫度： 250℃
汽輪機排汽壓力： 0.08MPa（表壓）
汽輪機排汽溫度： 178℃
汽輪機額定轉速：3000轉/分
汽輪機額定功率：500KW
汽輪機額定耗汽量：12.5T/H
B）改造后經(jīng)濟分析：
改造后日節電量：1.2萬(wàn)度
改造后月節電量：36萬(wàn)度
改造后月節約電費：14.4萬(wàn)元（0.4元/度）
全年節約電費：158.4萬(wàn)元（按全年運行11個(gè)月計）
C）投資：
500KW功熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機 38萬(wàn)元/套
管道閥門(mén)等 6萬(wàn)元
基礎、安裝、保溫等 2萬(wàn)元
合計： 46萬(wàn)元
D）投資回收期： 3個(gè)半月內
2、河北河間化工有限公司鼓風(fēng)機節能技術(shù)改造方案
河北化工公司在化工生產(chǎn)中產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽50多噸，其蒸汽壓力為2.4MPa，溫度為230℃。這部分蒸汽中有24T/H左右通過(guò)閥門(mén)節流降壓至1.1MPa后供給生產(chǎn)工藝流程用，其余部分全部排空。
上述副產(chǎn)蒸汽的使用方式存在極大的能量損失。為此可以采用熱功聯(lián)產(chǎn)方式將這部分能量予以回收，從而給企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟效益。具體改造方案如下：
A、采用2臺工業(yè)汽輪機拖動(dòng)2臺800KW鼓風(fēng)機：
工業(yè)汽輪機的技術(shù)參數為如下：
汽輪機進(jìn)汽壓力：2.4MPa（絕壓）
汽輪機進(jìn)汽溫度：
汽輪機排汽壓力：0.12MPa（絕壓）
汽輪機輸出功率：800KW
汽輪機額定轉速：3000轉/分
汽輪機額定排汽量：14t/h（11.7T/H時(shí)功率為700KW）
具體改造方法：考慮到貴公司副產(chǎn)蒸汽的不穩定性，在節能技術(shù)改造中，可以將汽輪機直接安裝在現有拖動(dòng)鼓風(fēng)機電動(dòng)機的后面，將汽輪機、電動(dòng)機、鼓風(fēng)機聯(lián)在一起同軸運行。這樣不管副產(chǎn)蒸汽如何變化都不影響鼓風(fēng)機的轉速，只是當副產(chǎn)蒸汽多時(shí)，電動(dòng)機耗電少甚至不耗電；當副產(chǎn)蒸汽少時(shí)電動(dòng)機對汽輪機功率不足部分進(jìn)行補充，從而確保了鼓風(fēng)機的安全穩定運行。
B、經(jīng)濟效益：
若利用副產(chǎn)蒸汽量24T/H左右時(shí)，汽輪機便可以按照上述方式拖動(dòng)2臺800KW鼓風(fēng)機，總功率約為1600KW。若拖動(dòng)2臺鼓風(fēng)機汽輪機總功率按1400KW計算；這樣每天可以節約廠(chǎng)用電3.36萬(wàn)度，每月可以節約廠(chǎng)用電100.8萬(wàn)度，全年可以節約廠(chǎng)用電1108萬(wàn)度（全年運行時(shí)間按11個(gè)月計），若電價(jià)為0.4元/度，則全年可為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟效益443萬(wàn)元；
C、投資及投資回收期：
采用工業(yè)汽輪機拖動(dòng)鼓風(fēng)機或其它只需在電動(dòng)機后面加裝汽輪機即可。2臺B0.8-2.4/0.1工業(yè)汽輪機價(jià)格約為60萬(wàn)元/2臺，管道、閥門(mén)、保溫等約需8萬(wàn)元，總的改造投資為64萬(wàn)元，因此該項目應在2個(gè)月內回收投資。
3、山西榆社化工股份有限公司熱功聯(lián)產(chǎn)節能改造技術(shù)方案
榆社化工股份有限公司現有7臺蒸汽鍋爐、5臺汽輪發(fā)電機組。目前全廠(chǎng)用蒸汽量為100T/H左右，其中壓力為0.9MPa的蒸汽需要量為50T/H左右，其余50T/H左右的蒸汽所需壓力為0.55～0.6MPa之間，而電廠(chǎng)熱網(wǎng)提供的蒸汽壓力為1.2MPa。
鑒于有50T/H左右的蒸汽是由1.2MPa通過(guò)閥門(mén)減壓至0.55～0.6MPa用于生產(chǎn)，因此這部分蒸汽存在大量的可利用能量浪費。據測算，若50T/H、1.2MPa蒸汽通過(guò)熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機拖動(dòng)一定數量和功率的動(dòng)力設備作功，其排出的0.55～0.6MPa的蒸汽繼續用于生產(chǎn)，則熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機總的作功能力為1400KW左右。
通過(guò)上述分析可以看出，1400KW左右的能量沒(méi)有得到利用是十分可惜的，因此企業(yè)有必要通過(guò)有效的節能技術(shù)改造回收這部分能量。
根據對目前企業(yè)情況的初步了解，可以先利用一部分蒸汽對電廠(chǎng)的鍋爐給水泵進(jìn)行改造。為穩妥起見(jiàn)，可以先上2臺270T/H、
改造后鍋爐給水泵和汽輪機的技術(shù)參數如下：
A）鍋爐給水泵：
給水泵流量：270T/H
給水泵揚程：
給水泵轉速：3000rpm
給水泵軸功率：650KW
B）熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機2臺
汽輪機進(jìn)汽壓力：1.2MPa
汽輪機進(jìn)汽溫度：
汽輪機排汽壓力：0.55MP
汽輪機額定轉速：3000rpm
汽輪機額定功率：700KW/臺
汽輪機額定進(jìn)汽量：21.7T/H
C）經(jīng)濟效益分析：
日節約廠(chǎng)用電量：3.12萬(wàn)度
月節約廠(chǎng)用電量：93.萬(wàn)度
月減少電費支出：35.5萬(wàn)元（電價(jià)0.38元/度）
全年減少電費支出：390萬(wàn)元（按全年運行11個(gè)月計）
D）投資及投資回收期：
2臺700KW熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機價(jià)格約為60萬(wàn)元/2臺，管道、閥門(mén)保溫等約需8萬(wàn)元，總的改造投資為64萬(wàn)元，因此該項目應在2個(gè)月內回收投資。
4、 陜西鳳陽(yáng)大地復肥有限公司汽輪機拖動(dòng)鼓風(fēng)機技術(shù)方案
陜西鳳陽(yáng)大地復肥有限公司在硫酸生產(chǎn)中產(chǎn)生3.82Mpa過(guò)熱蒸汽（溫度450℃）10～12T/H,為節能綜合利用,擬采用汽輪機利用這部分蒸汽的能量作功拖動(dòng)鼓風(fēng)機。根據我公司在山東茌平硫酸廠(chǎng)同類(lèi)項目改造經(jīng)驗，認為可以采用與他們廠(chǎng)改造相同技術(shù)方案：即鼓風(fēng)機、汽輪機、電動(dòng)機同軸運行方式。
A、汽輪機技術(shù)參數為：
汽輪機進(jìn)汽壓力：3.5MPa
汽輪機排汽壓力：0.6MPa
汽輪機排汽溫度： 350℃
汽輪機進(jìn)汽流量：10～12T/H
汽輪機額定功率：460～550KW
汽輪機額定轉速：3000轉/分
根據汽輪機技術(shù)參數，可采用下述具體方案；新上1臺雙伸軸異步電動(dòng)機（功率為250KW），新上1臺550KW工業(yè)汽輪機，讓汽輪機與電動(dòng)機同時(shí)拖動(dòng)1臺500KW左右的風(fēng)機，這樣就能使余熱蒸汽發(fā)揮最大的節能效果。
在正常生產(chǎn)過(guò)程中，若蒸汽量偏小導致汽輪機功率小于風(fēng)機功率時(shí)，電動(dòng)機會(huì )自動(dòng)補償這部分功率；若蒸汽較大使得汽輪機功率大于風(fēng)機功率時(shí)，電動(dòng)機還可以進(jìn)行異步發(fā)電，反向向廠(chǎng)用電送電。
在上述設備選型時(shí)，若電動(dòng)機無(wú)雙伸軸結構，汽輪機可以做雙伸軸結構。
B）經(jīng)濟效益分析：
日節約廠(chǎng)用電量：1.1萬(wàn)度（按460KW計）
月節約廠(chǎng)用電量：33.萬(wàn)度
月減少電費支出：11.55萬(wàn)元（電價(jià)0.35元/度）
全年減少電費支出：127萬(wàn)元（按全年運行11個(gè)月計）
C）投資及投資回收期：
550KW功熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機價(jià)格為35萬(wàn)元，管道、閥門(mén)保溫等約需4萬(wàn)元，總的改造投資為39萬(wàn)元，因此該項目應在3個(gè)月內回收投資。