氮肥熱功聯(lián)產(chǎn)技術(shù)3
近幾年來，我國的中小氮肥企業(yè)為了提高自身的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競爭力，在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能技術(shù)等方面都做了很大調(diào)整，取得了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
然而，隨著國家對化肥行業(yè)能源價格的逐漸放開、化肥用電價格補(bǔ)貼的逐漸減小，化肥行業(yè)面臨的各種壓力也越來越大。為此，大部分企業(yè)都在抓緊時間利用各種先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和手段對企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，以期獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
由我公司首創(chuàng)的 “熱功聯(lián)產(chǎn)”和“功熱電聯(lián)產(chǎn)”系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)是一項(xiàng)已非常新穎的節(jié)能新技術(shù)。幾年來該技術(shù)在電力、供熱、造紙、化工等行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用并為這些企業(yè)創(chuàng)造了非常巨大的經(jīng)濟(jì)效益，目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸在部分化肥企業(yè)得到應(yīng)用。
一、節(jié)能原理
眾所周知，在化肥和化工生產(chǎn)中要使用大量蒸汽，而且在各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中所使用的蒸汽壓力的等級是不同的。由于不同的生產(chǎn)工藝要使用不同壓力的蒸汽，這就使得大量蒸汽必須通過閥門或減溫減壓裝置將其減到合適的壓力來使用，如目前的氮肥生產(chǎn)的造氣工序中，絕大部分企業(yè)都是利用壓力為0.5MPa以上的蒸汽，通過閥門降到0.2MPa以下來使用。而從熱力學(xué)原理的角度來看，蒸汽由高壓通過閥門節(jié)流降低到低壓來使用是一種壓力能損失，非常可惜。據(jù)測算，一個20萬噸氮肥廠造氣工序要使用蒸汽約25T/H，而這部分蒸汽若從0.5MPa降到0.2MPa就具有1000KW的作功能力，將其充分利用后，每天可以節(jié)電2.4萬度，而絕大部分企業(yè)卻將這部分可利用電能白白浪費(fèi)掉了。
那么如何將這部分電能回收呢？目前利用蒸汽的壓力能作功有三種主要方法，一種是熱電聯(lián)產(chǎn)、一種是熱功聯(lián)產(chǎn)、一種是功熱電聯(lián)產(chǎn)。
對于大部分化工和化肥企業(yè)來說，由于企業(yè)有自備電廠，因此自備電廠電站鍋爐產(chǎn)生的大量的高溫高壓蒸汽都是通過汽輪發(fā)電機(jī)組將其降某一壓力（如1.0MPa或1.3MPa）來實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的。然而對于各工藝環(huán)節(jié)中的蒸汽壓差若采用汽輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)就比較困難。首先投資大，其次管理復(fù)雜，另外小型發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)非常困難。在正常情況下，電力部門是不允許小容量發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的。
為了回收化工生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中的蒸汽壓力能，目前最好的方法就是采用熱功聯(lián)產(chǎn)或功熱電聯(lián)產(chǎn)方式。即利用蒸汽的壓力能直接拖動化工生產(chǎn)中的某些動力設(shè)備，如水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或異步電動機(jī)等，從而既節(jié)約了電能，又避免了和電力部門打交道，并且管理也非常方便。
采用熱功聯(lián)產(chǎn)或功熱電聯(lián)產(chǎn)方式節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的。根據(jù)我公司對目前已建成的幾百個同類項(xiàng)目的統(tǒng)計，該節(jié)能改造項(xiàng)目的投資回收期一般在3～5個月之間，最快的2個月就可以回收全部投資。
二、節(jié)能方案的確定
節(jié)能方案的確定非常重要，因?yàn)樵摲桨缚梢悦鞔_企業(yè)所具有的節(jié)能潛力、節(jié)能量、節(jié)能效益和所需投資。由于化工專業(yè)和熱動專業(yè)不同，因此目前搞好化肥企業(yè)整體節(jié)能方案的最簡潔和最直接的方法就是請國內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)節(jié)能專家，直接到企業(yè)去協(xié)助企業(yè)對現(xiàn)有的蒸汽利用情況和化工工藝情況進(jìn)行調(diào)查和分析、對工藝生產(chǎn)中所使用的主要設(shè)備進(jìn)行調(diào)查和了解，在此基礎(chǔ)上對全廠的能源利用情況作出全面的評估，并作出切實(shí)可行的，投資小收益高的節(jié)能方案。
目前我公司在國內(nèi)節(jié)能領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，并擁有資深節(jié)能專家，如有需要我公司可以免費(fèi)派專家協(xié)助各企業(yè)作好該項(xiàng)工作。
三、化工廠節(jié)能方案實(shí)例
1、浙江衢州巨化集團(tuán)合成氨公司造氣風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)改造方案
衢州巨化集團(tuán)合成氨公司在造汽工序中使用0.06MPa（表壓）過熱蒸汽26T/H以上，而熱電廠給造汽工序提供的過熱蒸汽壓力為0.5MPa（表壓），這使得過熱蒸汽在使用過程中存在蒸汽壓力的節(jié)流損失和能量浪費(fèi)。
為回收這部分能量損失，可以利用工業(yè)汽輪機(jī)拖動造汽風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為0.5MPa，排汽壓力為0.08MPa，排汽用于造汽工序。
在改造過程中，只需新增1臺500KW工業(yè)汽輪機(jī)并配置部分管路即可。由于造汽風(fēng)機(jī)的異步電機(jī)后端有輸出軸，因此在改造過程中只需將汽輪機(jī)安裝在該電動機(jī)的后端即可。
利用工業(yè)汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析：
A）工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)：
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力： 0.5MPa（表壓）
汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度： 250℃
汽輪機(jī)排汽壓力： 0.08MPa（表壓）
汽輪機(jī)排汽溫度： 178℃
汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速：3000轉(zhuǎn)/分
汽輪機(jī)額定功率：500KW
汽輪機(jī)額定耗汽量：12.5T/H
B）改造后經(jīng)濟(jì)分析：
改造后日節(jié)電量：1.2萬度
改造后月節(jié)電量：36萬度
改造后月節(jié)約電費(fèi)：14.4萬元（0.4元/度）
全年節(jié)約電費(fèi)：158.4萬元（按全年運(yùn)行11個月計）
C）投資：
500KW功熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī) 38萬元/套
管道閥門等 6萬元
基礎(chǔ)、安裝、保溫等 2萬元
合計： 46萬元
D）投資回收期： 3個半月內(nèi)
2、河北河間化工有限公司鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)改造方案
河北化工公司在化工生產(chǎn)中產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽50多噸，其蒸汽壓力為2.4MPa，溫度為230℃。這部分蒸汽中有24T/H左右通過閥門節(jié)流降壓至1.1MPa后供給生產(chǎn)工藝流程用，其余部分全部排空。
上述副產(chǎn)蒸汽的使用方式存在極大的能量損失。為此可以采用熱功聯(lián)產(chǎn)方式將這部分能量予以回收，從而給企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。具體改造方案如下：
A、采用2臺工業(yè)汽輪機(jī)拖動2臺800KW鼓風(fēng)機(jī)：
工業(yè)汽輪機(jī)的技術(shù)參數(shù)為如下：
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力：2.4MPa（絕壓）
汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度：
汽輪機(jī)排汽壓力：0.12MPa（絕壓）
汽輪機(jī)輸出功率：800KW
汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速：3000轉(zhuǎn)/分
汽輪機(jī)額定排汽量：14t/h（11.7T/H時功率為700KW）
具體改造方法：考慮到貴公司副產(chǎn)蒸汽的不穩(wěn)定性，在節(jié)能技術(shù)改造中，可以將汽輪機(jī)直接安裝在現(xiàn)有拖動鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)的后面，將汽輪機(jī)、電動機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)在一起同軸運(yùn)行。這樣不管副產(chǎn)蒸汽如何變化都不影響鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只是當(dāng)副產(chǎn)蒸汽多時，電動機(jī)耗電少甚至不耗電；當(dāng)副產(chǎn)蒸汽少時電動機(jī)對汽輪機(jī)功率不足部分進(jìn)行補(bǔ)充，從而確保了鼓風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
B、經(jīng)濟(jì)效益：
若利用副產(chǎn)蒸汽量24T/H左右時，汽輪機(jī)便可以按照上述方式拖動2臺800KW鼓風(fēng)機(jī)，總功率約為1600KW。若拖動2臺鼓風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)總功率按1400KW計算；這樣每天可以節(jié)約廠用電3.36萬度，每月可以節(jié)約廠用電100.8萬度，全年可以節(jié)約廠用電1108萬度（全年運(yùn)行時間按11個月計），若電價為0.4元/度，則全年可為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益443萬元；
C、投資及投資回收期：
采用工業(yè)汽輪機(jī)拖動鼓風(fēng)機(jī)或其它只需在電動機(jī)后面加裝汽輪機(jī)即可。2臺B0.8-2.4/0.1工業(yè)汽輪機(jī)價格約為60萬元/2臺，管道、閥門、保溫等約需8萬元，總的改造投資為64萬元，因此該項(xiàng)目應(yīng)在2個月內(nèi)回收投資。
3、山西榆社化工股份有限公司熱功聯(lián)產(chǎn)節(jié)能改造技術(shù)方案
榆社化工股份有限公司現(xiàn)有7臺蒸汽鍋爐、5臺汽輪發(fā)電機(jī)組。目前全廠用蒸汽量為100T/H左右，其中壓力為0.9MPa的蒸汽需要量為50T/H左右，其余50T/H左右的蒸汽所需壓力為0.55～0.6MPa之間，而電廠熱網(wǎng)提供的蒸汽壓力為1.2MPa。
鑒于有50T/H左右的蒸汽是由1.2MPa通過閥門減壓至0.55～0.6MPa用于生產(chǎn)，因此這部分蒸汽存在大量的可利用能量浪費(fèi)。據(jù)測算，若50T/H、1.2MPa蒸汽通過熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)拖動一定數(shù)量和功率的動力設(shè)備作功，其排出的0.55～0.6MPa的蒸汽繼續(xù)用于生產(chǎn)，則熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)總的作功能力為1400KW左右。
通過上述分析可以看出，1400KW左右的能量沒有得到利用是十分可惜的，因此企業(yè)有必要通過有效的節(jié)能技術(shù)改造回收這部分能量。
根據(jù)對目前企業(yè)情況的初步了解，可以先利用一部分蒸汽對電廠的鍋爐給水泵進(jìn)行改造。為穩(wěn)妥起見，可以先上2臺270T/H、
改造后鍋爐給水泵和汽輪機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：
A）鍋爐給水泵：
給水泵流量：270T/H
給水泵揚(yáng)程：
給水泵轉(zhuǎn)速：3000rpm
給水泵軸功率：650KW
B）熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)2臺
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力：1.2MPa
汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度：
汽輪機(jī)排汽壓力：0.55MP
汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速：3000rpm
汽輪機(jī)額定功率：700KW/臺
汽輪機(jī)額定進(jìn)汽量：21.7T/H
C）經(jīng)濟(jì)效益分析：
日節(jié)約廠用電量：3.12萬度
月節(jié)約廠用電量：93.萬度
月減少電費(fèi)支出：35.5萬元（電價0.38元/度）
全年減少電費(fèi)支出：390萬元（按全年運(yùn)行11個月計）
D）投資及投資回收期：
2臺700KW熱功聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)價格約為60萬元/2臺，管道、閥門保溫等約需8萬元，總的改造投資為64萬元，因此該項(xiàng)目應(yīng)在2個月內(nèi)回收投資。
4、 陜西鳳陽大地復(fù)肥有限公司汽輪機(jī)拖動鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)方案
陜西鳳陽大地復(fù)肥有限公司在硫酸生產(chǎn)中產(chǎn)生3.82Mpa過熱蒸汽（溫度450℃）10～12T/H,為節(jié)能綜合利用,擬采用汽輪機(jī)利用這部分蒸汽的能量作功拖動鼓風(fēng)機(jī)。根據(jù)我公司在山東茌平硫酸廠同類項(xiàng)目改造經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以采用與他們廠改造相同技術(shù)方案：即鼓風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、電動機(jī)同軸運(yùn)行方式。
A、汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)為：
汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力：3.5MPa
汽輪機(jī)排汽壓力：0.6MPa
汽輪機(jī)排汽溫度： 350℃
汽輪機(jī)進(jìn)汽流量：10～12T/H
汽輪機(jī)額定功率：460～550KW
汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速：3000轉(zhuǎn)/分
根據(jù)汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)，可采用下述具體方案；新上1臺雙伸軸異步電動機(jī)（功率為250KW），新上1臺550KW工業(yè)汽輪機(jī)，讓汽輪機(jī)與電動機(jī)同時拖動1臺500KW左右的風(fēng)機(jī)，這樣就能使余熱蒸汽發(fā)揮最大的節(jié)能效果。
在正常生產(chǎn)過程中，若蒸汽量偏小導(dǎo)致汽輪機(jī)功率小于風(fēng)機(jī)功率時，電動機(jī)會自動補(bǔ)償這部分功率；若蒸汽較大使得汽輪機(jī)功率大于風(fēng)機(jī)功率時，電動機(jī)還可以進(jìn)行異步發(fā)電，反向向廠用電送電。
在上述設(shè)備選型時，若電動機(jī)無雙伸軸結(jié)構(gòu)，汽輪機(jī)可以做雙伸軸結(jié)構(gòu)。
B）經(jīng)濟(jì)效益分析：
日節(jié)約廠用電量：1.1萬度（按460KW計）
月節(jié)約廠用電量：33.萬度
月減少電費(fèi)支出：11.55萬元（電價0.35元/度）
全年減少電費(fèi)支出：127萬元（按全年運(yùn)行11個月計）
C）投資及投資回收期：
550KW功熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)價格為35萬元，管道、閥門保溫等約需4萬元，總的改造投資為39萬元，因此該項(xiàng)目應(yīng)在3個月內(nèi)回收投資。