循环冷却水余压发电节能改造

房晓权

(中海石油华鹤煤化有限公司， 黑龙江鹤岗 154100)

中海石油华鹤煤化有限公司(简称华鹤公司)是中海石油化学股份有限公司全资子公司，成立于2010年9月，其年产30万t合成氨、52万t大颗粒尿素项目自2015 年5 月底正式投产以来，生产运行稳定，整体状况良好。

1 循环水系统运行现状及节能潜力分析

1.1 循环水系统基本配置

该项目循环水系统共有6台循环水泵，由上海连成水泵厂生产，运行方式为4开2备，循环水泵额定体积流量为10 000～11 500 m3/h。循环水系统有10座钢筋混凝土结构逆流式冷却塔，冷却塔总设计冷却体积流量达50 000 m3/h。

1.2 循环水系统运行状况

华鹤公司自提出节能改造以来，定期收集循环水系统运行数据。由于冬季、夏季水温及热负荷变化，其运行方式存在差异，分别对冬季、夏季运行工况数据进行收集(见表1)。夏季循环水泵平均扬程为47.95 m，合计体积流量为44 400 m3/h；冬季循环水泵平均扬程为48.55 m，合计体积流量为42 200 m3/h。

表1 冷却塔运行数据

1.3 可利用余压能发电潜力

循环水系统夏季和冬季供给体积流量分别为44 400 m3/h和42 200 m3/h。考虑系统需要5%流量不经过冷却塔直接进入旁路装置，因此夏季和冬季分别有42 180 m3/h和40 090 m3/h水量进入冷却塔，每座冷却塔的过水体积流量分别为4 218 m3/h和4 009 m3/h。

夏季回水压力为0.28 MPa，冬季回水压力为0.31 MPa，测量点位高1.2 m，则夏季回水水头P0为29.77 m，冬季回水水头为32.83 m；喷头预留余压压头P1为1.0 m，新增2个蝶阀阻力压头Pd1为3.0 m，考虑一定的可调整裕量Pd2为2.0 m，则可利用水头H[1-2]为：

H=P0-H0-P1-Pd1-Pd2

(1)

由式(1)计算可得：夏季水轮机发电可利用水头为15.97 m，冬季水轮机发电可利用水头为19.03 m。

根据上述结果，夏季和冬季可利用水力能分别为179.6 kW和204.0 kW。按照发电综合效率80%计算，则夏季和冬季单台水轮机发电功率分别为143.7 kW和163.2 kW。

2 余压发电改造方案

2.1 工艺流程

在冷却塔回水管道蝶阀后开孔，增设旁路用于安装水轮发电机组，用贯流式水轮机替代部分回水管道。在水轮机进出口分别加装阀门(其中入口为电动阀)，同时主管路增加1个电动阀，如遇机组故障，2个电动阀通过联锁控制实现自动切换至主管路，不影响系统正常运行。工艺流程改造方案见图1[3-4]。

图1 工艺流程改造方案图

2.2 电气流程

为了保证原系统的保护配置及参数不受影响，发电系统作为独立的小电源进行发电，发电系统经过升压到10 kV后就近接入水处理变电所10 kV系统(见图2)，所发电能可以就地消纳，减少网损。

TB—变压器； QF—断路器； QS—刀闸； GS—漏电断路器； F—发电机。

3 节电效果

10台水轮发电机组2019年11月22日全部投用，在保证冷却水供、回水系统压力分别为0.42 MPa、0.28 MPa不变的情况下，机组平均发电量大于1 399 kW，达到预期发电量，实现有效回收回水余压能的目的。

4 结语

此次改造非常成功，不仅满足了生产，而且节电效益明显，可达到节能、减排、增收的目的，降低了运行成本。此次改造过程提高了工艺人员对系统的掌控能力，提高了企业的经济效益与社会效益，为水处理装置的安全、经济、高效运行提供保障。