馬青艷,楊 勁
(1. 云南天安化工有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部,云南 安寧 650309;2. 昆明理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,云南 昆明 650500)
某大型化肥生產(chǎn)公司硫黃制酸裝置采用液體硫黃為原料,生產(chǎn)w(H2SO4)98%的濃硫酸,同時(shí)余熱利用后副產(chǎn)中壓蒸汽。副產(chǎn)的中壓蒸汽壓力主要在3.30 ~3.82 MPa和1.0 MPa左右。
4套硫酸裝置副產(chǎn)中壓蒸汽330 t/h,大部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部汽輪風(fēng)機(jī),剩余部分進(jìn)行發(fā)電。4套硫酸裝置中壓蒸汽參數(shù)以及中壓分汽缸內(nèi)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 硫酸裝置副產(chǎn)中壓蒸汽參數(shù)及中壓分汽缸內(nèi)參數(shù)
4套硫酸裝置均已投產(chǎn)10年以上,其中3套裝置先后通過(guò)技改配套建設(shè)了低溫位熱能回收(HRS)裝置,3套低溫位熱能回收裝置副產(chǎn)蒸汽指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2 3套硫酸裝置配套HRS裝置所產(chǎn)蒸汽指標(biāo)
3.30 ~3.82 MPa 的中壓蒸汽利用平衡情況見(jiàn)表3。根據(jù)物料平衡,中壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功后降為0.6 MPa 低壓蒸汽(328 t/h),加上噴水降溫產(chǎn)生的低壓蒸汽31.4 t/h,共計(jì)產(chǎn)生0.6 MPa、155 ~160 ℃的低壓蒸汽359.4 t/h,加上HRS 副產(chǎn)蒸汽120 t/h,進(jìn)入低壓管網(wǎng)蒸汽總量為479.4 t/h,利用情況見(jiàn)表4。
表3 中壓蒸汽利用平衡情況
表4 低壓蒸汽利用情況
由表4可知,通過(guò)裝置自用、外賣、12 MW低壓凝汽式發(fā)電利用低壓蒸汽173.4 t/h,剩余的302 t/h 0.6 MPa 低壓蒸汽通過(guò)減壓轉(zhuǎn)變成0.2 ~0.3 MPa、150 ~160 ℃低壓蒸汽,供后續(xù)系統(tǒng)使用。
3.1.1 壓力損失
從表1 和表3 中可以看出,3.30 ~3.82 MPa 的中壓蒸汽產(chǎn)出和消耗是平衡的。中壓蒸汽壓力等級(jí)跨度較大(0.5 MPa)。從表1 中可以看出,1 號(hào)硫酸裝置出口中壓蒸汽壓力最大,2 號(hào)、4 號(hào)硫酸裝置次之。中壓蒸汽主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)做功或者發(fā)電,由于中壓蒸汽管網(wǎng)跨度較大,距離較長(zhǎng),阻力較大,所以,導(dǎo)致憋壓后,出現(xiàn)壓力有差值。
使用蒸汽情況,只有2號(hào)硫酸裝置風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力與中壓蒸汽集汽聯(lián)箱出口壓力最接近,3 號(hào)、4號(hào)硫酸裝置風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力與中壓蒸汽集汽聯(lián)箱出口壓力壓差為0.2 MPa 左右,發(fā)電機(jī)組壓差最大,可達(dá)0.4 MPa左右,壓力損失較大。
3.1.2 熱損失
1 號(hào)裝置產(chǎn)出的蒸汽指標(biāo)為壓力3.62 MPa、溫度416.9 ℃、質(zhì)量流量40.0 t/h,送至中壓管網(wǎng)后,壓力為3.10 MPa,溫度為400 ℃。
熱損失根據(jù)公式(1)[1-2]進(jìn)行計(jì)算:
式中H1—— 3.62 MPa、416.9 ℃的過(guò)熱蒸汽焓值,3 267.135 kJ/kg;
H2——3.10 MPa、400 ℃的過(guò)熱蒸汽焓值,3 231.6 kJ/kg;
qm——過(guò)熱蒸汽量,40 t/h;
Q——放熱量,kJ/h。
將數(shù)據(jù)帶入公式后,粗略折算熱損失為:40×1 000×(3 267.135-3 231.6)kJ/h=1 421 400 kJ/h。
從表2中可以看出,HRS產(chǎn)出的蒸汽壓力等級(jí)明顯高于低壓蒸汽管網(wǎng),3 號(hào)、4 號(hào)硫酸裝置配套HRS 裝置產(chǎn)生低壓蒸汽壓力約為0.8 MPa,溫度約170 ℃,而低壓管網(wǎng)蒸汽壓力0.6 MPa、溫度160 ℃,將HRS 所產(chǎn)蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)上使用,壓力和熱能損失較大。
3套汽輪發(fā)電機(jī)組做功后的蒸汽溫度可達(dá)300 ℃以上,但是后續(xù)裝置不需要如此高的溫度,每套裝置后都配有噴水減溫裝置,將溫度減至150 ~160 ℃,然后并入低壓蒸汽管網(wǎng),熱能損失較大。
供后續(xù)系統(tǒng)使用的低壓蒸汽需要從0.6 MPa 減溫減壓至0.2 ~0.3 MPa,減壓過(guò)程中蒸汽熱能損失較大。
后續(xù)系統(tǒng)故障時(shí),物料平衡比較難,蒸汽存在較大冗余,只能放空,能量損失較大。
解決思路:1 號(hào)硫酸裝置所產(chǎn)中壓蒸汽不送中壓蒸汽管網(wǎng),直接中壓減低壓。優(yōu)點(diǎn)是可以提升3號(hào)、4號(hào)硫酸裝置的蒸汽焓值。
根據(jù)水和水蒸氣熱焓表,當(dāng)換熱總量一定的情況下,壓力保持不變,溫度提升,焓值升高。
3.6 MPa、417 ℃的過(guò)熱蒸汽焓值為3 267.135 kJ/kg,418 ℃的過(guò)熱蒸汽焓值為3 269.335 kJ/kg,3號(hào)、4 號(hào)硫酸裝置過(guò)熱蒸汽流量為245 t/h,折合245 × 1 000 kg/h。在壓力3.6 MPa 情況下,溫度每提升1 ℃,蒸汽焓值提升折合熱能為:
245×1 000× (3 269.335- 3 267.135) kJ/h =539 000 kJ/h。
缺點(diǎn)主要有兩個(gè)方面:(1)中壓發(fā)電量損失較大,40 t/h的中壓蒸汽,每小時(shí)可發(fā)電2 900 kW·h左右;(2)直接減成低壓,熱損失較大,而且新增加0.6 MPa低壓蒸汽冗余量較大,可達(dá)40 ~50 t/h。
解決思路:HRS裝置副產(chǎn)蒸汽壓力等級(jí)與低壓管網(wǎng)不一致,建議HRS 副產(chǎn)的低壓蒸汽不并入0.6 MPa的低壓蒸汽管網(wǎng),直接送去低壓發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電,充分利用蒸汽的焓值。
優(yōu)點(diǎn):可以用來(lái)直接送至12 MW 低壓發(fā)電機(jī)組,增加發(fā)電量。
缺點(diǎn):操作控制存在一定難度,必須保證發(fā)電機(jī)組和HRS蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
解決思路:新建低壓發(fā)電機(jī)組代替減溫減壓裝置,減為0.2 ~0.3 MPa蒸汽送磷酸裝置使用[3]。
優(yōu)點(diǎn):可以利用這部分蒸汽的焓值發(fā)電。
缺點(diǎn):前期需要對(duì)新建裝置投入成本,后期可收回成本。
加強(qiáng)生產(chǎn)管控,所需蒸汽量大,通過(guò)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷調(diào)整;所需蒸汽量小,通過(guò)裝置生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整。
通過(guò)對(duì)此工廠蒸汽管網(wǎng)的分析,找到問(wèn)題,并對(duì)問(wèn)題提出對(duì)策,通過(guò)論證后,采取以下措施,提高此工廠的蒸汽利用率。
(1)加強(qiáng)生產(chǎn)管理,遇到所需蒸汽量小的情況,用裝置生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整,盡量避免蒸汽放空造成的能源浪費(fèi)。
(2)在蒸汽第三梯級(jí)利用時(shí),建議用低壓發(fā)電機(jī)組代替減溫減壓裝置。
(3)HRS 裝置所產(chǎn)0.8 MPa 左右蒸汽不進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng),直接送去12 MW 凝汽式發(fā)電機(jī)發(fā)電,最大限度利用蒸汽的焓值[4]。
通過(guò)以上幾個(gè)措施的實(shí)施,達(dá)到蒸汽熱能最大化利用,實(shí)現(xiàn)了降本增效。