27萬t/a雙加壓法稀硝酸裝置“四合一”機組汽改電項目運行經驗總結

萬栓紅,趙海寶,張艷萍,景麗穎,劉 斌,王育紅

(1.河南永昌硝基肥有限公司, 河南新鄉 453621;2.天津華景工程技術有限公司, 天津 300400;3.西安陜鼓動力股份有限公司, 陜西西安 710000)

河南永昌硝基肥有限公司(以下簡稱永昌硝基肥)擁有27萬t/a稀硝酸、10萬t/a硝鎂法濃硝酸、10萬t/a大顆粒工業硝酸銨[1-2]、10萬t/a滾筒流化床造粒[3]硝銨磷、10萬t/a三元硝基(NPK)復合肥裝置各一套。永昌硝基肥以新鄉市永昌化工有限責任公司(以下簡稱永昌化工)生產的合成氨為原料。永昌化工有15萬t/a固定層間歇氣化合成氨裝置和15萬t/a濃硝酸裝置各一套，還建有兩臺鍋爐(40.00 t/h、4.0 MPa)。2020年年初，河南省淘汰落后產能工作領導小組將30萬t/a以下固定層間歇氣化合成氨裝置列為落后工藝與產能，并要求于當年12月底前完成淘汰工作。永昌化工的兩臺鍋爐是配套固定層間歇氣化合成氨裝置的三廢混燃爐，擔負永昌硝基肥27萬t/a稀硝酸裝置的開車啟動和工藝用汽。一旦合成氨裝置停產退出，兩臺三廢混燃爐也將隨之停用，27萬t/a稀硝酸裝置開車就失去蒸汽動力來源，硝酸下游的生產裝置也將隨之停產。鑒于上述情況，公司下決心解決27萬t/a稀硝酸裝置開車啟動及其下游裝置運行所需蒸汽來源的問題，論證汽改電項目的可行性。

1 前期技術論證

在收到關于將固定層間歇氣化合成氨裝置列為落后工藝與產能的通知后，永昌硝基肥與天津華景工程技術有限公司(以下簡稱天津華景)、西安陜鼓動力股份有限公司(以下簡稱西安陜鼓)進行了多次汽改電方案技術論證，詳細分析了改造的可行性及風險，并與國內外電機生產廠家就高速電機問題進行了多次技術交流，考察了兩家電機廠在國內其他行業運行高轉速、大功率電機的業績。最終確定由天津華景負責27萬t/a稀硝酸裝置汽改電土建結構、工藝配管、應力計算、電纜敷設、聯鎖修改、生產操作等項目的設計工作；由西安陜鼓負責采購高速變頻電機、高壓變頻器、油浸變壓器。另外，確定“四合一”機組汽改電后，稀硝酸裝置副產中壓蒸汽(4.0 MPa、440 ℃)先送去背壓式汽輪發電機組發電，背壓發電汽輪機出口蒸汽再送至稀硝酸裝置下游，供工藝裝置使用。

2 技術改造內容

2.1 用高速變頻電機替代原汽輪機

原“四合一”機組采用NK40/45/20汽輪機作為機組主要驅動設備。該汽輪機為凝汽式汽輪機，100%負荷下汽耗(4.0 MPa、440 ℃的中壓蒸汽)為34.38 t/h。改造后，采用高速變頻電機替代，稀硝酸裝置自產蒸汽全部外送。

2.2 保持氧化爐-廢熱鍋爐系統原有工藝參數不變

原裝置采用汽輪機拖動時，自產蒸汽在保證汽輪機用汽的前提下，富余的蒸汽通過外送蒸汽壓力調節閥(PV117)送到稀硝酸裝置外的蒸汽管網上，維持蒸汽系統的壓力穩定。機組改為高速變頻電機拖動后，自產蒸汽要全部外送給背壓式汽輪發電機組發電，然后將背壓1.0 MPa的蒸汽送去稀硝酸下游裝置。因下游裝置的蒸汽用量會影響背壓式汽輪發電機組的進口壓力及氧化爐-廢鍋系統的壓力，故在外送主蒸汽的管線上增加一臺PN100、DN250、ZJM-100I壓力調節閥，以維持原氧化爐-廢熱鍋爐系統工藝參數不變。

2.3 選擇更適合的透平機械油

改用高速變頻電機拖動后，為更有效地降低高速電機軸承使用溫度，降低軸承摩擦機械磨損，經永昌硝基肥、天津華景、西安陜鼓、電機廠家四方商定，更換之前的潤滑油型號，選擇更適合的透平機械油[4]。

3 安裝調試

本項目電機及附屬設施安裝調試和機組整體的PLC組態由西安陜鼓負責。

本項目所有電氣設備調試由電機廠家負責。

本項目改造完成后，稀硝酸裝置的試車、開車方案由天津華景負責。

4 運行數據總結

2021年8月6日，汽改電項目安裝調試完成，投入試生產。5個多月來，其間因高壓斷路開關零序電流參數設置偏低和電網閃電引起兩次緊急停車以外，其余時間工藝及設備運行平穩，負荷也從試車初期的80%逐步增加到105%?，F總結不同運行負荷下的主要運行參數，見表1、表2。

表1 不同負荷下高速變頻電機的運行數據

表2 稀硝酸裝置主要運行數據

5 汽改電的優點

5.1 縮短開車時間

稀硝酸裝置原用NK40/45/20汽輪機拖動，裝置停車后，設備管道降至常溫再開車時，需要經歷氧化爐-廢熱鍋爐系統升溫升壓、汽輪機暖管暖機、啟動沖轉、低速暖機、升速充壓、建立液位、引氨配比、氧化爐點火等環節。整個開車時長為10～12 h。

汽改電項目實施后，無汽輪機暖管暖機、啟動沖轉、低速暖機環節，從電機啟機到升至額定轉速，時長僅需8.6 min，整個開車過程僅需5～6 h。

同時，汽改電后，控制及連鎖點減少，操作上更加安全，開停車簡單方便。

5.2 節約開車費用

對比汽輪機和高速變頻電機前后開車時間，后者比前者縮短了5 h。按蒸汽成本為185.00元/t、電價為0.62元/(kW·h)計算，前者單次開車的費用約為10.20萬元，后者單次開車的費用約為6.20萬元。汽改電后，稀硝酸裝置單次開車可節約4萬元。

5.3 增加經濟效益

改造后，在100%負荷工況下，雖然裝置耗電增加了5 024 kW/h，耗脫鹽水增加了34.38 t/h，但是外送蒸汽增加了34.38 t/h，其它指標沒有變化。

按照蒸汽成本為185.00元/t、脫鹽水成本為5.00元/t、用電成本為0.62元/(kW·h)計算，則每年(7 200 h)增加經濟效益2 213萬元。

6 結語

永昌硝基肥27萬t/a稀硝酸裝置“四合一”機組汽改電完成后，運行安全平穩，達到了預期效果，并且解決了其它生產裝置用汽的問題。

目前國內有120多套雙加壓法稀硝酸裝置，此次汽改電項目的成功實施，為有汽改電需求的稀硝酸生產企業提供了經驗借鑒。