中压饱和蒸汽透平在煤化工企业的应用

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Application of Medium Pressure Saturation Steam Turbine in Coal and Chemical EnterprisesSUN Xiao-hong .LIU Wen-juan(1.Lianning Datang International Fuxin Coal-made Natural Gas Company Ltd.，Fuxin 1 23000 China；2.China Wuhuan Enginering Company Ltd.，Wuhan Hubei 430223 China)Abstract：In allusion to phenomenon that there was a lot of medium/low grade of surplus steam in the modern and large-sized prf)jeet of coal chemi-cal-engineering.author has presented the suggestion for using the technology of medium pressure saturated steam turbine.has introduced the technical fea-ture，process requirement for the medium pressure saturated steam turbine；has summarized the application effect for the medium pressure saturated steamturbine from aspects of productive operion data and economy of its application ete.by means of example in project.Result indicates that using saturatedsteam turbine can realize the energy development/utilization as its differential grade of steam.it is also benefiei to eficiently utilizing the surplus steamand to the energy saving and benefit increasing。

Key words：chemical engineering of coal；medium pressure saturated steam turbine；energy savingdoi：10.3969/j.issn.1004-8901.2013.01.004煤炭气化是煤制燃料的关键技术，目前可作为大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术↑期我国大型煤化工项 目主选的煤气化技术为气流床气化技术。由于气流床气化技术在气化、变换和合成等工艺过程中会产生大量次高压、中压和低压蒸汽，除非配套建设诸如合成氨、尿素装置等需要大量中、低压蒸汽的用户，否则各大型煤气化项 目都存在富裕大量中、低品位蒸汽的问题。目前，大型煤制甲醇装置，普遍采用管壳式合成塔和固定管板列管合成塔，此合成工艺副产大量2.5～4.0 MPa的中压饱和蒸汽，而煤化工项目中对应此压力等级蒸汽的用户很少，利用困难，-般采取直接减压至0.5～0.7 MPa低压蒸汽管网，既造成能量浪费，又不利于节能减排。

采用饱和透平技术，通过蒸汽在饱和透平中膨胀作功，实现能源的梯级利用，不仅可以提高能量利用效率，也为合理利用这部分富裕的中压蒸汽提供了良好可靠 的途径。根据全厂的平衡情况，饱和透平可采用背压 、凝汽、抽凝等机型，既町以选择用来发电，也可以用来驱动机泵等，兹简要介绍如下。

1 中压饱和透平技术特点目前在煤化工企业中，过热蒸汽透平得到， 泛应用，关键的离心压缩机-般都采用蒸汽透平驱动；根据蒸汽平衡情况，大型泵和风机也有采用蒸汽透平驱动的应用实例。过热蒸汽透平的配置，已成为化工企业全厂蒸汽系统优化的重要手段。但出于技术成熟性与可靠性考虑，饱和蒸汽透平特别是国产中压饱和透平鲜有应用。

与常规的过热蒸汽透平相比，饱和蒸汽透平具有以下特点。

作者简介：孙晓红(1973年 -)，女，辽宁抚顺人，1996年毕、 于沈IjH化工学院化工E艺专业 厂j引币，从事煤化工项 目的 I 程设计和施工管理等工作。

第 1期 孙晓红等 中压饱和蒸汽透平在煤化工企业的应用 ·13·(1)透平处于湿蒸汽区，必须考虑去湿措施，例如，在透平蒸汽入口处和级间均装配高效汽水分离设备，逐级有效除水；透平叶栅采用排水去湿结构，缸体设排水沟槽，快速将工作时新生成的水排除。

必要时，高、低压缸之间需设置用新蒸汽加热的汽水分离再热器。

(2)汽耗量和体积流量远大于同规模的常规过热透平，相应的透平本体、附属设备和对应管道的几何尺寸及占地面积也比常规过热透平大，附属设备投资较高。

(3)缸内的转动部件和静止部件(喷嘴环、涡轮叶片、隔板等)应用优质合金钢材料，不仅提高了强韧性，且具有抗侵蚀和腐蚀的能力，能够减少因水滴的飞速旋转作用而造成的侵蚀和冲刷。

(4)饱和透平-般采用多极叶片设计，转速-般较低，以大幅减少饱和蒸汽中水对涡轮叶片的冲击，有效减小水蚀，增加稳定性和使用寿命。通常，需要配置增速机(齿轮箱)以满足所驱动设备对转速的要求，对增速机(齿轮箱)可靠性要求同样很高。

与其他行业的饱和透平相比，煤化工企业的饱和蒸汽透平具有以下特点。

(1)饱和蒸汽压力较高，且压力在-定时期内会发生变化。如甲醇合成废锅的副产蒸汽压力，在催化剂初期工况和末期工况其产汽的压力是逐渐升高，变化范围为 2.5～4.0 MPa。水泥、冶金、地热等行业饱和蒸汽压力-般小于 1.3 MPa。

(2)蒸汽负荷变化较大。除了因副产蒸汽设备自身原因外(如工艺负荷、催化剂等)，蒸汽负荷的变化还受全厂蒸汽平衡的制约，与开停车、冬夏季节、工艺用汽需求变化密切相关。机型的选择要服从于全厂蒸汽平衡和总体能效的要求。

(3)若用于驱动机泵，对透平运行的稳定性和可靠性有较高的要求，-般要求连续运行时间不低于8 000 h，且与工艺装置同步。

基于以上特点，决定了对饱和透平机组具有较高要求，选择的范围相对较窄，目前只有国外少数几家的产品能满足要求，如德莱赛兰(Dresser-Rand)，西门子(KK&K)和川崎等。

2 工程应用实例经济性分析鹤壁煤电股份有限公司 60万 t/a甲醇工程是国内单套规模最大的甲醇生产装置，甲醇合成装置采用托普索合成工艺，合成塔采用列管式等温反应器，合成塔壳侧除氧脱盐水吸收反应热经汽包副产中压蒸汽。

(1)全厂蒸汽系统分为 9.8、5.4/4.2、2.4 MPa和0.7 MPa 4个压力等级。9.8 MPa等级蒸汽来自燃煤锅炉，5.4 MPa等级蒸汽产 自壳牌煤气炉，不足部分由汽轮发电机组抽汽补充，2.4 MPa产 自甲醇合成废锅。全厂配置有高温高压抽汽式汽轮发电机组，高温高压蒸汽透平驱动的空压机组，中温中压蒸汽透平驱动的合成气压缩机组、二氧化碳压缩机组和氨压缩机组。通过系统平衡与优化，确定2.4 MPa饱和蒸汽采用抽汽式透平，与合成气压缩机透平的抽汽-起 ，可靠地为低压蒸汽管网提供所需的蒸汽。

(2)对于饱和透平的拖动设备，有驱动锅炉给水泵、驱动循环水泵和发电3种选择。由于采用了抽汽型式，且饱和蒸汽的来源受制于合成工艺运行条件，因此，驱动锅炉给水泵存在-定的风险，而用于发电则可以规避这种风险。通过比选，最终确定采用2.4 MPa的中压饱和蒸汽发电。根据目前国内外饱和透平技术及装备现状，结合年产60万t/a甲醇工程合成装置生产余热资源情况，确定采用德莱赛兰(Dresser-Rand)饱和透平发电机组。

(3)根据化工工艺生产的特点，合成废锅在催化剂初期工况和末期工况其产汽压力是逐渐升高的，其变化范围为在 2.4-4.0 MPa。对照工艺特点及蒸汽管网的稳定要求，最终确定透平发电机在 6个工况点下均能正常运行，6个工况点分别为：A点，正常工况点，卖方的性能保证点，此点的蒸汽耗量/齿轮箱输出功率是有保证的；B点，最大抽汽工况，在正常压力以及蒸汽流量为 94 t/h的情况下，机组允许最大抽汽量为23.3 t/h。在低压蒸汽不足时，需要增加抽汽量，减少发电，以保证工艺装置低压蒸汽的使用和低压管网的稳定；C点，额定工况，额定 压 力 为 3.1 MPa。在 此 压 力 下，流 量 为97.8 t/h，齿轮箱最大输出功率为 14 843 kW，即在低压蒸汽充足时保证达到发电能力最大，以取得最大的经济效益；D点，体现机组在正常压力下，允许过热至229℃运行；E点，体现机组在额定压力下，允许过热至249℃运行；F点，体现机组允许最续汽压力为 2.4 MPa，在此压力下，进汽量最大为86.6 t/h；D、E、F3个点主要是考虑 甲醇工艺的特点，在合成的初期和末期工况，产生蒸汽的压力和. 14. 化肥设计 2013年第51卷温度都有变化，3个点涵盖了所有的极限情况，保证 各种工况下饱和透平发电机组的性能参数见了透平发电机组在极端工况时的正常运行。 表 1。

表 1 各种工况下饱和透平发电机组的性能参数1 进口压力/MPa 2.6 2.6 3.1 2.62 干饱和蒸汽进口温度/℃ 226 226 236 2293 进口焓值/kJ·kg 2 800 2 800 2 801 2 8l4 进口蒸汽流量/kg·h 93 000 94005 97 842 93 5005 抽汽压力/MPa 0.9 0.9 0.9 0.96 抽汽温度/℃ 175.4 175.4 175.4 175 47 抽汽焓值/kJ·kg 2 658 2 658 2 658 2 6678 抽汽流量/kg·h 0 23 300 0 l6 5109 排汽压力/MPa 0.0276 0.0276 0.0276 0.02761O 排汽焓值/kJ·kg 2 191 2 271 2 251 2 27011 排汽温度/℃ 67.2 67.2 67.2 67.2l2 齿轮箱输出功率/kw 13 977 11 117 14 843 11 992饱和透平发电机组为压力控制，在确保蒸汽管网压力的情况下，可自动调节发电机发电量，以实现利益的最大化。发电机发电并网会带来-定的效益，发 电机额定功率为 15 000 kW，若按 0.35kW ·h、年运行 8 000 h计，每年可以增加毛收益4 200万元 。

3 国产化建议目前，煤化工产业方兴未艾。甲醇不仅可以作为重要的化工原料加工为烯烃等化工产品，同时也是洁净燃料，可作为替代燃料以煤代替石油，满足国家能源安全的需要。随着煤化工的发展，配套的饱和透平也有较广阔的市常目前低压蒸汽的饱和透平有几种机型较成熟，但中压饱和透平应用较少，建议国内有关汽轮机制造厂加强中压饱和透平的研发和推广力度。同时在产品的开发过程中，应采用高标准(如 API)，以适应石油化工行业对产品品质的要求。

4 结语煤化工企业采用饱和蒸汽透平，可以实现能量的梯级开发和分级利用，不仅有利于节能减排和提高能效，而且有利于促进行业和产业技术进步。这项技术具有良好的经济效益、环保效益和社会效益，值得在煤化工企业大力推广应用。