循環冷卻水余壓發電節能改造

房曉權

(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)是中海石油化學股份有限公司全資子公司，成立于2010年9月，其年產30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素項目自2015 年5 月底正式投產以來，生產運行穩定，整體狀況良好。

1 循環水系統運行現狀及節能潛力分析

1.1 循環水系統基本配置

該項目循環水系統共有6臺循環水泵，由上海連成水泵廠生產，運行方式為4開2備，循環水泵額定體積流量為10 000～11 500 m3/h。循環水系統有10座鋼筋混凝土結構逆流式冷卻塔，冷卻塔總設計冷卻體積流量達50 000 m3/h。

1.2 循環水系統運行狀況

華鶴公司自提出節能改造以來，定期收集循環水系統運行數據。由于冬季、夏季水溫及熱負荷變化，其運行方式存在差異，分別對冬季、夏季運行工況數據進行收集(見表1)。夏季循環水泵平均揚程為47.95 m，合計體積流量為44 400 m3/h；冬季循環水泵平均揚程為48.55 m，合計體積流量為42 200 m3/h。

表1 冷卻塔運行數據

1.3 可利用余壓能發電潛力

循環水系統夏季和冬季供給體積流量分別為44 400 m3/h和42 200 m3/h。考慮系統需要5%流量不經過冷卻塔直接進入旁路裝置，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；噴頭預留余壓壓頭P1為1.0 m，新增2個蝶閥阻力壓頭Pd1為3.0 m，考慮一定的可調整裕量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)計算可得：夏季水輪機發電可利用水頭為15.97 m，冬季水輪機發電可利用水頭為19.03 m。

根據上述結果，夏季和冬季可利用水力能分別為179.6 kW和204.0 kW。按照發電綜合效率80%計算，則夏季和冬季單臺水輪機發電功率分別為143.7 kW和163.2 kW。

2 余壓發電改造方案

2.1 工藝流程

在冷卻塔回水管道蝶閥后開孔，增設旁路用于安裝水輪發電機組，用貫流式水輪機替代部分回水管道。在水輪機進出口分別加裝閥門(其中入口為電動閥)，同時主管路增加1個電動閥，如遇機組故障，2個電動閥通過聯鎖控制實現自動切換至主管路，不影響系統正常運行。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

為了保證原系統的保護配置及參數不受影響，發電系統作為獨立的小電源進行發電，發電系統經過升壓到10 kV后就近接入水處理變電所10 kV系統(見圖2)，所發電能可以就地消納，減少網損。

TB—變壓器； QF—斷路器； QS—刀閘； GS—漏電斷路器； F—發電機。

3 節電效果

10臺水輪發電機組2019年11月22日全部投用，在保證冷卻水供、回水系統壓力分別為0.42 MPa、0.28 MPa不變的情況下，機組平均發電量大于1 399 kW，達到預期發電量，實現有效回收回水余壓能的目的。

4 結語

此次改造非常成功，不僅滿足了生產，而且節電效益明顯，可達到節能、減排、增收的目的，降低了運行成本。此次改造過程提高了工藝人員對系統的掌控能力，提高了企業的經濟效益與社會效益，為水處理裝置的安全、經濟、高效運行提供保障。