硫黄制酸装置余热蒸汽梯级利用

杨家红，金 斌，姜 威,2,3，李建闻，符义忠

（1.云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650600；2.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 昆明650600；3.云南磷化工节能与新材料重点实验室，云南 昆明650600）

0 引言

云南磷化集团有限公司（以下简称公司）硫黄制酸装置自投运以来，在充分利用中压蒸汽余热发电（6 MW）的基础上，实施了能源综合利用项目，在低压蒸汽管网总管设置2 台2×B1.8-0.5/0.2型背压式汽轮机拖动2×1 800 kW 异步电机组成2套低压发电机组系列，经做功发电后，得到压力为0.17 ～0.20 MPa、温度为140 ℃左右的低压蒸汽，供磷酸装置使用。

1 公司硫黄制酸装置余热利用现状

公司硫黄制酸装置余热锅炉中压蒸汽产量约为120 t/h，低温热回收系统蒸发器低压蒸汽产量约55 t/h。为确保硫黄制酸装置满负荷运行，约有65 t/h中压过热蒸汽经透平机组做功后转变为压力约为0.60 MPa、温度约为270 ℃的低压蒸汽；另一路约有55 t/h 中压过热蒸汽经中压发电机组发电做功后，转变为压力约为0.55 MPa、温度约为260 ℃的低压蒸汽。2种低压蒸汽与低温热回收系统蒸发器自产低压蒸汽一起并入低压蒸汽管网，经过减温减压装置后供下游工序使用。

2 硫黄制酸装置余热蒸汽梯级利用项目实施简述

根据生产技术水平和装置运行情况，充分考虑工艺参数、设备特点及下游磷酸装置运行要求，结合透平机组、中压发电机组背压蒸汽压力高、温度高、焓值高、循环利用价值较高的实际，对低压发电机组投入运行后的经济性进行综合分析，经过行业比较和前期技术论证，确定在透平机组、中压发电机组及蒸发器产生低压蒸汽合并后的低压蒸汽总管上、磷酸装置前增加2 台2×B1.8-0.5/0.2 型背压式汽轮机拖动2×1 800 kW 异步电机［1］组成2 套低压发电机组，达到热能综合利用及降本增效的目的。同时充分考虑装置运行的可靠性、安全性、稳定性，在低压发电机组设置副线旁路阀，与机组运行状态及相关运行参数进行联锁，当机组运行参数超限触发联锁或出现故障停运和检修时，通过调节副线旁路阀确保磷酸装置正常供汽。

电网接入：在磷酸装置高压开关Ⅰ段和Ⅱ段母线上各新增1台10 kV 高压配电柜，发电机通过高压电缆分别接入新增高压配电柜，所发电并入公司10 kV 电网，供生产装置使用。

项目实施前后余热蒸汽利用工艺流程分别见图1、图2。

图1 项目实施前余热蒸汽利用工艺流程

图2 项目实施后余热蒸汽利用工艺流程

3 运行控制

（1）汽轮发电机组轴承温度、电机各相线圈温度、电流、运行状态、润滑系统、振动值监测，蒸汽流量、压力、温度监测等引入集散控制系统（DCS）监控，机组的紧急停车功能、进汽压力和背压压力控制调节由DCS 中控完成。

（2）当低压发电机组故障停机或检修时并不影响所并电网及用电设备的安全运行，同时可以通过调节低压发电机组副线旁路阀，保证磷酸装置用汽正常。为确保硫酸装置正常运行，当低压发电机组出现故障联锁停机而机组副线旁路阀未及时反应时，低压蒸汽管网压力迅速上升至联锁值，中压发电机组背压放空阀联锁打开，降低管网压力。

（3）背压式汽轮发电机组运行稳定性和负荷与进汽量及压力有关，若低压蒸汽量及压力不能满足两个系列同时在经济负荷下运行，可运行一个系列，多余蒸汽通过机组副线旁路阀调节供汽。若两个系列运行时，因磷酸装置减少用汽量导致机组背压压力超过工艺控制参数，可以通过调节低压发电机组背压放空阀，确保机组正常运行。

4 运行情况

4.1 中压发电机组运行情况

2021年6月，硫酸装置在年度消缺检修时，对部分工艺、设备进行优化技术改造，装置产能进一步提升，生产每吨硫酸时蒸汽产量达到最优。透平机组中压蒸汽消耗由投产初期的65 t/h下降至50 t/h左右，蒸汽消耗总体下降约23.08%，富余中压过热蒸汽并至中压发电机组利用，发电负荷逐步升至5 400 kW·h 左右，生产每吨硫酸发电量由年度消缺前的48.45 kW · h 提高到52.44 kW · h，增加3.99 kW·h，提高约8.24%。

4.2 低压蒸汽管网情况

低压蒸汽主要由透平机组背压蒸汽、中压发电机组背压蒸汽和低温热回收系统蒸发器自产蒸汽3部分组成，蒸汽总量达到约175 t/h。为满足低压发电机组工艺控制运行要求，可调节中压发电机组和透平机组背压蒸汽管道处设置的喷水减温装置和蒸汽压力调节阀稳定控制压力及温度。通过工艺优化控制，并结合硫酸装置蒸汽产率和厂内自用蒸汽情况综合测算，供磷酸装置蒸汽量约在160 t/h。为满足下游部分装置工艺工况要求，需使用一定压力和温度的低压蒸汽，就在机组前总管搭接引用，致使蒸汽可利用量有所减少，所以梯级利用最大量约为130 t/h，经低压发电机组做功发电后压力和温度分别降至0.17 ～0.20 MPa、140 ℃左右，再经减温装置供各用汽点使用。

4.3 低压发电机组选型及发电量计算

设备型号：汽轮机，B1.8-0.5/0.2型背压式汽轮机，额定功率1 800 kW，额定进汽温度200 ～250 ℃，进汽压力0.5 MPa，排汽压力0.2 MPa；发电机，YXKK630-2型高效三相异步电动机，额定功率1 800 kW，额定电压10 kV，额定电流118.7 A，功率因素0.91。

当硫酸装置满负荷运行，低压发电机组进汽压力稳定控制在0.5 MPa 左右时，两个低压发电机组运行电流分别达到105 A 和105 A 左右，运行负荷约为92%，满足经济运行负荷最优原则。

对于三相对称负载的电动机总功率等于三相功率之和，当线圈绕组Y 形接线时，线电压=相电压，线电流=相电流；当线圈绕组三角形接线时，线电压=相电压，线电流=相电流，根据电动机功率计算公式推算Y形接线和三角形接线功率。

代入数值计算，可得出1#、2#低压发电机组小时总发电量=P有×2×1 h=（×10×105×0.91）×2×1 kW·h=3 310 kW·h。

5 经济效益

中压发电机组，通过技术改造后，生产每吨硫酸发电量由48.45 kW · h 提高到52.44 kW · h，增加了3.99 kW·h。按硫酸装置每年运行330 d，产能为800 kt/a 计算，发电量增加3 192 000 kW · h/a，电价以0.35元/（kW·h）计算，增加直接经济效益约111.7 万元/a。低压发电机组按每年运行330 d计算，每小时发电量为3 310 kW·h，发电量约26 215 200 kW · h/a，电 价 以0.35 元/（kW · h） 计算，增加直接经济效益约917.5 万元/a。两项增加直接经济效益1 029.2万元/a。

6 结语

2×1 800 kW低压发电机组能源综合利用项目自投运以来，机组运行工况及参数平稳，达到设计要求，供电运行安全、可靠、稳定，满足电网运行要求。硫黄制酸装置余热蒸汽梯级利用项目的实施，有利于降低生产能耗，提高热能利用率，对降低生产成本，提高企业经济效益、社会效益及节能减排方面发挥着重要作用，同时也符合发展循环经济的总体要求。