硫黃制酸裝置余熱蒸汽梯級利用

楊家紅，金 斌，姜 威,2,3，李建聞，符義忠

（1.云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600；2.國家磷資源開發(fā)利用工程技術研究中心，云南 昆明650600；3.云南磷化工節(jié)能與新材料重點實驗室，云南 昆明650600）

0 引言

云南磷化集團有限公司（以下簡稱公司）硫黃制酸裝置自投運以來，在充分利用中壓蒸汽余熱發(fā)電（6 MW）的基礎上，實施了能源綜合利用項目，在低壓蒸汽管網總管設置2 臺2×B1.8-0.5/0.2型背壓式汽輪機拖動2×1 800 kW 異步電機組成2套低壓發(fā)電機組系列，經做功發(fā)電后，得到壓力為0.17 ～0.20 MPa、溫度為140 ℃左右的低壓蒸汽，供磷酸裝置使用。

1 公司硫黃制酸裝置余熱利用現狀

公司硫黃制酸裝置余熱鍋爐中壓蒸汽產量約為120 t/h，低溫熱回收系統蒸發(fā)器低壓蒸汽產量約55 t/h。為確保硫黃制酸裝置滿負荷運行，約有65 t/h中壓過熱蒸汽經透平機組做功后轉變?yōu)閴毫s為0.60 MPa、溫度約為270 ℃的低壓蒸汽；另一路約有55 t/h 中壓過熱蒸汽經中壓發(fā)電機組發(fā)電做功后，轉變?yōu)閴毫s為0.55 MPa、溫度約為260 ℃的低壓蒸汽。2種低壓蒸汽與低溫熱回收系統蒸發(fā)器自產低壓蒸汽一起并入低壓蒸汽管網，經過減溫減壓裝置后供下游工序使用。

2 硫黃制酸裝置余熱蒸汽梯級利用項目實施簡述

根據生產技術水平和裝置運行情況，充分考慮工藝參數、設備特點及下游磷酸裝置運行要求，結合透平機組、中壓發(fā)電機組背壓蒸汽壓力高、溫度高、焓值高、循環(huán)利用價值較高的實際，對低壓發(fā)電機組投入運行后的經濟性進行綜合分析，經過行業(yè)比較和前期技術論證，確定在透平機組、中壓發(fā)電機組及蒸發(fā)器產生低壓蒸汽合并后的低壓蒸汽總管上、磷酸裝置前增加2 臺2×B1.8-0.5/0.2 型背壓式汽輪機拖動2×1 800 kW 異步電機［1］組成2 套低壓發(fā)電機組，達到熱能綜合利用及降本增效的目的。同時充分考慮裝置運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性，在低壓發(fā)電機組設置副線旁路閥，與機組運行狀態(tài)及相關運行參數進行聯鎖，當機組運行參數超限觸發(fā)聯鎖或出現故障停運和檢修時，通過調節(jié)副線旁路閥確保磷酸裝置正常供汽。

電網接入：在磷酸裝置高壓開關Ⅰ段和Ⅱ段母線上各新增1臺10 kV 高壓配電柜，發(fā)電機通過高壓電纜分別接入新增高壓配電柜，所發(fā)電并入公司10 kV 電網，供生產裝置使用。

項目實施前后余熱蒸汽利用工藝流程分別見圖1、圖2。

圖1 項目實施前余熱蒸汽利用工藝流程

圖2 項目實施后余熱蒸汽利用工藝流程

3 運行控制

（1）汽輪發(fā)電機組軸承溫度、電機各相線圈溫度、電流、運行狀態(tài)、潤滑系統、振動值監(jiān)測，蒸汽流量、壓力、溫度監(jiān)測等引入集散控制系統（DCS）監(jiān)控，機組的緊急停車功能、進汽壓力和背壓壓力控制調節(jié)由DCS 中控完成。

（2）當低壓發(fā)電機組故障停機或檢修時并不影響所并電網及用電設備的安全運行，同時可以通過調節(jié)低壓發(fā)電機組副線旁路閥，保證磷酸裝置用汽正常。為確保硫酸裝置正常運行，當低壓發(fā)電機組出現故障聯鎖停機而機組副線旁路閥未及時反應時，低壓蒸汽管網壓力迅速上升至聯鎖值，中壓發(fā)電機組背壓放空閥聯鎖打開，降低管網壓力。

（3）背壓式汽輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性和負荷與進汽量及壓力有關，若低壓蒸汽量及壓力不能滿足兩個系列同時在經濟負荷下運行，可運行一個系列，多余蒸汽通過機組副線旁路閥調節(jié)供汽。若兩個系列運行時，因磷酸裝置減少用汽量導致機組背壓壓力超過工藝控制參數，可以通過調節(jié)低壓發(fā)電機組背壓放空閥，確保機組正常運行。

4 運行情況

4.1 中壓發(fā)電機組運行情況

2021年6月，硫酸裝置在年度消缺檢修時，對部分工藝、設備進行優(yōu)化技術改造，裝置產能進一步提升，生產每噸硫酸時蒸汽產量達到最優(yōu)。透平機組中壓蒸汽消耗由投產初期的65 t/h下降至50 t/h左右，蒸汽消耗總體下降約23.08%，富余中壓過熱蒸汽并至中壓發(fā)電機組利用，發(fā)電負荷逐步升至5 400 kW·h 左右，生產每噸硫酸發(fā)電量由年度消缺前的48.45 kW · h 提高到52.44 kW · h，增加3.99 kW·h，提高約8.24%。

4.2 低壓蒸汽管網情況

低壓蒸汽主要由透平機組背壓蒸汽、中壓發(fā)電機組背壓蒸汽和低溫熱回收系統蒸發(fā)器自產蒸汽3部分組成，蒸汽總量達到約175 t/h。為滿足低壓發(fā)電機組工藝控制運行要求，可調節(jié)中壓發(fā)電機組和透平機組背壓蒸汽管道處設置的噴水減溫裝置和蒸汽壓力調節(jié)閥穩(wěn)定控制壓力及溫度。通過工藝優(yōu)化控制，并結合硫酸裝置蒸汽產率和廠內自用蒸汽情況綜合測算，供磷酸裝置蒸汽量約在160 t/h。為滿足下游部分裝置工藝工況要求，需使用一定壓力和溫度的低壓蒸汽，就在機組前總管搭接引用，致使蒸汽可利用量有所減少，所以梯級利用最大量約為130 t/h，經低壓發(fā)電機組做功發(fā)電后壓力和溫度分別降至0.17 ～0.20 MPa、140 ℃左右，再經減溫裝置供各用汽點使用。

4.3 低壓發(fā)電機組選型及發(fā)電量計算

設備型號：汽輪機，B1.8-0.5/0.2型背壓式汽輪機，額定功率1 800 kW，額定進汽溫度200 ～250 ℃，進汽壓力0.5 MPa，排汽壓力0.2 MPa；發(fā)電機，YXKK630-2型高效三相異步電動機，額定功率1 800 kW，額定電壓10 kV，額定電流118.7 A，功率因素0.91。

當硫酸裝置滿負荷運行，低壓發(fā)電機組進汽壓力穩(wěn)定控制在0.5 MPa 左右時，兩個低壓發(fā)電機組運行電流分別達到105 A 和105 A 左右，運行負荷約為92%，滿足經濟運行負荷最優(yōu)原則。

對于三相對稱負載的電動機總功率等于三相功率之和，當線圈繞組Y 形接線時，線電壓=相電壓，線電流=相電流；當線圈繞組三角形接線時，線電壓=相電壓，線電流=相電流，根據電動機功率計算公式推算Y形接線和三角形接線功率。

代入數值計算，可得出1#、2#低壓發(fā)電機組小時總發(fā)電量=P有×2×1 h=（×10×105×0.91）×2×1 kW·h=3 310 kW·h。

5 經濟效益

中壓發(fā)電機組，通過技術改造后，生產每噸硫酸發(fā)電量由48.45 kW · h 提高到52.44 kW · h，增加了3.99 kW·h。按硫酸裝置每年運行330 d，產能為800 kt/a 計算，發(fā)電量增加3 192 000 kW · h/a，電價以0.35元/（kW·h）計算，增加直接經濟效益約111.7 萬元/a。低壓發(fā)電機組按每年運行330 d計算，每小時發(fā)電量為3 310 kW·h，發(fā)電量約26 215 200 kW · h/a，電 價 以0.35 元/（kW · h） 計算，增加直接經濟效益約917.5 萬元/a。兩項增加直接經濟效益1 029.2萬元/a。

6 結語

2×1 800 kW低壓發(fā)電機組能源綜合利用項目自投運以來，機組運行工況及參數平穩(wěn)，達到設計要求，供電運行安全、可靠、穩(wěn)定，滿足電網運行要求。硫黃制酸裝置余熱蒸汽梯級利用項目的實施，有利于降低生產能耗，提高熱能利用率，對降低生產成本，提高企業(yè)經濟效益、社會效益及節(jié)能減排方面發(fā)揮著重要作用，同時也符合發(fā)展循環(huán)經濟的總體要求。