國產(chǎn)200mw超高效節(jié)能水輪機冷卻塔的應(yīng)用

國產(chǎn)200mw超高效節(jié)能水輪機冷卻塔的應(yīng)用

湖南水口山大冶集團公司第八調(diào)查廠（以下簡稱水口山八調(diào)查廠）100kt/a的粗鉛生產(chǎn)采用氣候溶合法，包括五個系統(tǒng)：氣候溶合、鼓風(fēng)爐還原、煙化爐誘導(dǎo)、酸轉(zhuǎn)化和氧氣生產(chǎn)。水口山八廠作為湖南省節(jié)能減排的示范企業(yè),自2005年投產(chǎn)以來,就從水、煤、汽、電等方面著手,不斷采用新工藝、新技術(shù)、新裝備進行節(jié)能綜合改造,取得了很好的節(jié)能效果。1.水輪機冷卻ro3制酸系統(tǒng)兩臺傳統(tǒng)的1500m3/h逆流式循環(huán)水冷卻塔采用電機(功率75kW)+傳動軸+減速器+風(fēng)機的傳動方式,其供水水泵額定流量760m3/h,揚程30.5m?？紤]到水泵流量和揚程的富余能力都較大,完全可進行水輪機冷卻塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)冷卻塔的節(jié)能改造。該改造是系統(tǒng)能量的二次利用或回收,水輪機冷卻塔省去了原來為風(fēng)機提供動力的電機、減速機。它把循環(huán)水進入布水器時直接釋放而浪費的能量收集利用,推動水輪機轉(zhuǎn)動,水輪機輸出軸與風(fēng)機相連,帶動風(fēng)機旋轉(zhuǎn)抽風(fēng),完成氣水熱量交換。根據(jù)水泵Q—P曲線分析,改造后水泵電流不會增加。水輪機冷卻塔的核心設(shè)備為高效率水輪機。水輪機主軸材料為40MnB,外殼、葉輪等主要部件材料為鑄鋼ZG310-570。改造步驟如下:(1)冷卻塔原框架結(jié)構(gòu)基本不變,拆除原來的風(fēng)機、減速機、傳動軸、電機。(2)保證風(fēng)機位置不變的前提下,定位安裝水輪機。(3)水輪機定位后再在冷卻塔風(fēng)筒開孔,增加水輪機的進、回水管路,使流過水輪機的循環(huán)水再返回原布水系統(tǒng);再在原布水系統(tǒng)的進水管路上安裝調(diào)節(jié)閥(生產(chǎn)過程中通過調(diào)節(jié)該閥的開關(guān)度來調(diào)節(jié)水輪機的轉(zhuǎn)速)。最后安裝風(fēng)機。冷卻塔改造前后如圖1所示。改造后的水輪機冷卻塔除能滿足工藝要求外,還具有以下優(yōu)點:(1)節(jié)能,水輪機冷卻塔省去了電機和減速機,每年可節(jié)約用電108萬kW·h,折算成標煤為132.732t。(2)高效,水輪機設(shè)計嚴謹,結(jié)構(gòu)合理,運行平穩(wěn),故障率低。(3)環(huán)保,水輪機冷卻塔因為省去了電機和減速機,運行噪聲比傳統(tǒng)冷卻塔降低10～15dB。2.高壓交流直接傳動電機制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機原采用電機+液力耦合器+增速器+風(fēng)機的傳動方式,其配套電機額定功率1000kW,電壓10kV,電流65.95A,轉(zhuǎn)速2985r/min,功率因數(shù)0.88。由于設(shè)計時風(fēng)機風(fēng)量和壓頭都留有一定的余量,需要采用液力偶合器調(diào)速,而液力偶合器在調(diào)速過程中,它的轉(zhuǎn)差能量變成油的熱量而消耗掉,很不節(jié)能。2009年上半年,水口山八廠對SO2風(fēng)機實施了如下高壓變頻節(jié)能改造:(1)拆除液力偶合器,用一根中間傳動軸直接把電機和變速機聯(lián)接起來。(2)將高壓變頻器串聯(lián)在高壓開關(guān)柜與電機之間,只需連接高壓輸入、高壓輸出及220V控制電源和控制信號線就可直接驅(qū)動電機。SO2風(fēng)機由液力偶合器調(diào)速改為高壓變頻器調(diào)速后的效果:(1)節(jié)能效果顯著。風(fēng)機采用高壓變頻器調(diào)速后,可自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速與負荷匹配,與液力偶合器調(diào)速相比,其節(jié)電率達到35%,每年可節(jié)約用電15.66萬kW·h,折算成標煤為19.242t。(2)啟動過程中對電機、風(fēng)機的機械沖擊減少,設(shè)備運行安全、可靠,噪聲明顯減小。(3)維修工作量減少,每年可節(jié)約維修費用2萬余元。3.熱風(fēng)封閉緣加工技術(shù)制酸系統(tǒng)兩級電除霧(下部進氣式)原采用常見的電加熱絕緣方式,電加熱絕緣箱(共8組,每組功率4.5kW)通過溫度自控系統(tǒng),控制絕緣子溫度在110～150℃,使其不結(jié)露,器殼與高壓直流電保持絕緣,使高壓電能順利進入電場。電加熱絕緣方式存在電能消耗大、附屬設(shè)備多、維護費用大等問題。水口山八廠于2010年上半年實施了冷風(fēng)封閉絕緣代替電加熱絕緣的改造。冷風(fēng)封閉絕緣是通過高壓電場拉開潮濕氣流的上升形成封閉,冷風(fēng)風(fēng)膜保護石英管不結(jié)露,實現(xiàn)絕緣的目的。在原絕緣裝置外部增加新型空氣干燥器和進氣調(diào)節(jié)閥,再在石英管壓蓋上靠近石英管的內(nèi)壁邊緣增開4個均勻分布的Φ8mm導(dǎo)流孔。正常運行時,由電除霧器自身的負壓形成的、干燥的空氣流通過導(dǎo)流孔吹掃石英管內(nèi)壁,使酸霧不在石英管內(nèi)壁凝結(jié),保證其絕緣性能。(2)日常無需維修,使用壽命長。4.廢水處理及回收利用水口山八廠生產(chǎn)用水主要是設(shè)備冷卻水、工藝用水、沖洗地面用水、生活用水等,除去少部分是循環(huán)水外,其余全部使用新水。廢水中只有制酸系統(tǒng)的污酸廢水經(jīng)石灰鐵鹽三段中和氧化法處理后返回沖渣,其他廢水沒有處理直接外排。廢水中污染物排放量為:Pd1.04t/a、Cd0.43t/a、Zn0.97t/a、As0.25t/a。這樣既浪費水資源,又污染環(huán)境。所以必須將廢水處理后加以回收利用。廢水經(jīng)膜處理器處理后,分別送往全廠各用水點作為:(1)制酸系統(tǒng)凈化補充水;(2)底吹爐鑄渣機冷卻水;(3)底吹爐、鼓風(fēng)爐兩臺圓盤鑄錠機用水;(4)全廠廁所和地面沖洗水;(5)煙化爐沖渣用水等。項目實施后,全廠水循環(huán)利用率可達96%,每天可節(jié)約工業(yè)新水1074t,全年可節(jié)約工業(yè)新水32.22萬t,折算成標煤為27.61t。除特大暴雨外,外排廢水量為零,從根本上解決廢水重金屬超標污染環(huán)境的問題,實現(xiàn)節(jié)約水資源和保護環(huán)境的雙重效果。5.螺桿膨脹動力機發(fā)電水口山八廠現(xiàn)有中壓余熱鍋爐兩臺,其參數(shù)和運行情況見表1,所生產(chǎn)的中壓飽和蒸汽分別經(jīng)兩臺減壓閥減壓至0.7MPa,再并網(wǎng)送往集團公司內(nèi)部各用汽點。目前,水口山八廠外送蒸汽存在兩個方面的問題:(1)外送蒸汽除滿足用戶需要外,尚有極大富余:一年當(dāng)中有7個月用汽量為5～10t/h,其余5個月基本不用汽,為保證外供蒸汽管網(wǎng)壓力不致過高,多余蒸汽全部放空,浪費了大量蒸汽和軟水。(2)2.2～3.0MPa的中壓蒸汽經(jīng)減壓閥減壓至0.7MPa再送到各用戶,浪費了大量能量。為此,用螺桿膨脹動力機進行余熱回收,實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。螺桿膨脹動力機是一種專門回收各種低品位熱能的新型發(fā)電機組,具有熱能適用廣、使用維護簡便、節(jié)能高效等特點;螺桿膨脹動力機由動力機本體、潤滑、調(diào)速、密封和冷卻水等五大系統(tǒng)組成;而螺桿膨脹動力機發(fā)電機組則包括螺桿膨脹動力機、發(fā)電機及輔助系統(tǒng)(管網(wǎng)設(shè)備、冷凝系統(tǒng)等)。2010年,水口山八廠實施了螺桿膨脹動力機二級余熱發(fā)電方案:首先將兩臺余熱鍋爐的運行壓力提高到3.5MPa,再將中壓蒸汽(2.7～3.5MPa)進入發(fā)電機組做功發(fā)電,減壓閥作為旁路備用,排氣(0.85MPa)進入聯(lián)箱;然后從聯(lián)箱上接管進入用戶或二級發(fā)電。發(fā)電規(guī)模如表2所示。根據(jù)蒸汽品質(zhì)和用戶用汽情況,發(fā)電機組有3種運行模式:只開1#機組;只開2#機組;1#、2#機組一起開。蒸汽余熱發(fā)電項目實施后,每年可發(fā)電907.2萬kW·h(平均發(fā)電功率按額定發(fā)電功率的90%計算),每年可節(jié)約標煤1114.949t。項目實施后既解決了富余蒸汽出路,又增加了集團公司的供電能力,獲得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。6.能源浪費、能源浪費造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費,造成能源浪費煙化爐床能力偏低,導(dǎo)致鼓風(fēng)爐電熱前床產(chǎn)出的部分熱渣不能及時得到處理而堆存,熱熔渣利用率低,造成能源浪費。2008年,水口山八廠利用制氧站富余的氧氣,在煙化爐二次風(fēng)口增加了一套富氧吹煉裝置(為國內(nèi)首創(chuàng),混合后的氧氣濃度為22%～23%),以縮短其吹煉時間,床能力可提高10%～15%,熱熔渣利用率得到提高,粉煤率可降低1%,每年可節(jié)約煙煤600t。7.廠區(qū)廢水回收利用的必要性水口山八廠在節(jié)能改造方面雖已取得一定的成績,但也還存在幾個方面的問題:(1)底吹爐產(chǎn)出的高鉛渣在進鼓風(fēng)爐還原前要用水冷卻以鑄渣,其熱能未能充分利用,而在鼓風(fēng)爐還原時還要加入焦炭,導(dǎo)致其能耗仍偏高。如能用國內(nèi)已比較成熟的熔融高鉛渣直接