熱功聯產汽輪機在甲醇生產裝置中的應用

王巖軍，趙新躍

濮陽龍宇化工有限責任公司，河南濮陽 457000

1 概述

濮陽龍宇化工有限責任公司，年產20萬t甲醇裝置氣化單元，采用國內擁有自主知識產權的首套粉煤加壓氣化技術（HT-L）；合成單元則采用西德魯奇低壓法雙塔合成工藝，合成汽包副產3.5MPa中壓蒸汽，并入1.2MPa蒸汽管網，減壓后為低溫甲醇洗、二甲醚、精餾等工序提供低壓蒸汽。為充分利用合成中壓蒸汽熱能，使生產裝置實現節能降耗、挖潛增效，濮陽龍宇化工有限責任公司于2010年10月新上一套熱功聯產汽輪機，同年12月投入使用。目前汽輪機運行工況穩定，已產生了較為可觀的經濟效益，現就其先進技術應用及產生的經濟效益進行分析總結。

2 合成工藝流程

本裝置合成工序有兩套獨立的合成回路，一套為原有老系統，一套為新增系統，新老系統的流程基本一致，在此僅以新系統為例：

從壓縮工段合成氣混合罐（F0203）來的合成氣（H256.42%、N216.85%、CO 17.64%、CO26.55%、CH42.54%）經入塔預熱器（C0302）預熱至225℃后由頂部進入管殼式甲醇合成塔（D0302），在銅基觸媒的作用下，CO、CO2和H2反應生成甲醇和水，同時還有少量的其它雜質的生成。合成塔出塔氣（H251.53%、N219.16%、CO 13.28%、CO28.37%、CH43.31%、CH3OH 4.35%）經入塔氣預熱器和入塔氣換熱后，溫度由225℃降至約91℃，再經甲醇水冷器（C0304）冷卻至40℃，此時出塔氣中的甲醇絕大部分被冷凝下來，然后進入甲醇分離器（F0302）將粗甲醇分離下來，出分離器的氣體一部分作為循環氣送至壓縮工段，另一部分作為馳放氣排放，以維持合成回路中惰性氣體的含量，排出的馳放氣送往變壓吸附制氫裝置，回收氫后的尾氣送轉化爐作為燃料。

分離出來的甲醇進入閃蒸槽（F0304）大部分溶解在粗甲醇中的氣體在此被閃蒸出來，閃蒸后的粗甲醇直接送至精餾工段，閃蒸氣則與變壓吸附制氫裝置的解吸氣混合作為轉化爐燃料氣。

3 汽輪機發電操作規程

濮陽龍宇采用青島華捷透平動力有限公司的背壓式汽輪機，將合成副產蒸汽進行梯階利用，進汽壓力3.0MPa，排氣壓力1.27MPa，額定進汽流量是16t/h，驅動一臺軸功率為400kW發電機，向內部6000V電網返送355kW電負荷。

本汽輪機主要性能特點

1）主體結構新穎、先進、可靠；整機體積小、重量輕，在同樣功率下，整機重量級體積僅為國內同類機組的1/3；2）機組采用HJ系列調速器，其優良的調節性能完全可以保證機組安全連續穩定運行；3）本機組采用先進的“三選二”自動超速保護控制裝置（ETS），該保護裝置動作準確可靠。既可以在現場緊急停機，并可以在線試驗。ETS系統可按入用戶的DCS系統；4）常規機組無專門的潤滑系統和冷卻系統。從而使整個機組運行可靠、操作簡單、維護簡便；帶有減速箱的汽輪機機組配有油箱、冷油器、油泵、濾油器等強制潤滑系統；5）動靜葉片采用新型高效型線；6）機組安裝簡單、檢修方便、啟動迅速，適用于驅動水泵、油泵、電機、風機、壓縮機和發電機等。

3.2 主要技術性能

1）汽輪機轉速調整范圍為額定轉速的30%～150%；2）汽輪機單機空負荷運行時，其振動值小于0.02mm；在額定負荷下運行時，其振動值小于0.07mm；3）汽輪機超速保護動作轉速為3160rpm；4）產品符合中國及國際通行標準。

3.3 汽輪機結構說明

1）汽缸：汽輪為鑄鋼結構，具有水平中心面，進汽口和排汽均在汽缸下半，汽缸通過法蘭與前后軸承座聯接，后軸承座中心為機組熱膨脹死點。汽缸底部設有疏水口；2）噴嘴組及轉向導葉：噴嘴組為焊接式結構，轉向導葉為組裝式，噴嘴組與轉向導葉環由螺栓固定在噴嘴室上；3）葉輪與轉子：葉輪為雙列復速級結構，兩排葉片鑲在葉輪上，葉輪與主軸采用套裝結構，主軸通過聯軸器對外輸出力矩；4）軸承：徑向軸承為滑動式軸承，采用強制潤滑；5）汽封：汽封采用迷宮式半接觸式炭精汽封結構，汽封環與安裝在汽缸體上的汽封體采用端面密封；汽封環與套裝在主軸上的汽封套筒采用圓周密封；6）主汽閥、調節汽閥：主汽閥、調節汽閥組成聯合汽閥。主汽閥掛閘后，逆時針旋轉主汽閥操縱座手輪即可以開啟主汽閥、當超速保護裝置（ETS）動作后，脫扣裝置脫扣，主汽閥迅速關閉，調節汽閥由調節器通過調節連桿進行控制；7）控制器包括HJ系列調速器和超速保護控制裝置（ETS）：本機超速保護采用“三選二”冗余式電超速保護裝置（ETS）。采用PLC、三塊轉速表組成，并配有三個磁電式轉速傳感器，三路轉速信號在保護裝置內進行比較，當兩路及兩路以上轉速信號超過汽輪機設定動作轉速時，該裝置自動給出停機指令，使主汽閥操縱座的脫扣裝置動作，主汽閥迅速關閉。該裝置安裝在隨機提供的HJ系列控制箱上，可方便地就地操作機組。除此之外，超速保護裝置還可以向電廠DCS系統提供數字或4mA～20mA模擬轉速信號，接受遠程升降速、停機開關量信號。

4 改造措施

為改變這種情況，我們對汽輪機信號放空管進行了改造。并根據現場裝置布置情況，將對空信號管上部向西增加90度彎頭、接管1.5m（水平），并使管略向下傾斜，而后向下方垂直沿伸與精餾工序各塔底排放管連接，排放至地溝。這樣改造的好處有：1）信號管上方彎頭向西水平管略向下傾斜的目的是防止蒸汽壓力忽高忽低，或停車時冷凝液倒流，使液體重新流入汽輪機內；2）水平管后接向下的垂直管，是為了將此管與其它排放管連接，使冷凝液排放于一個固定點，便于回收到循環水池再利用。

5 經濟效益分析

根據濮陽龍宇化工有限責任公司生產技術部統計室數據顯示2011年1月份～11月份，合成汽輪機共發電425298kW，工業用電按0.65元/度計算，共節約電費276443.7元。

[1]季杰，劉可亮，裴剛，何偉.以電廠循環水為熱源利用熱泵區域供熱的可行性分析[J].暖通空調，2005(2).

[2]張光宇.功熱電聯產與系統節能[J].化工設計通訊，2011(3).