国产200mw超高效节能水轮机冷却塔的应用

国产200mw超高效节能水轮机冷却塔的应用

湖南水口山大冶集团公司第八调查厂（以下简称水口山八调查厂）100kt/a的粗铅生产采用气候溶合法，包括五个系统：气候溶合、鼓风炉还原、烟化炉诱导、酸转化和氧气生产。水口山八厂作为湖南省节能减排的示范企业,自2005年投产以来,就从水、煤、汽、电等方面着手,不断采用新工艺、新技术、新装备进行节能综合改造,取得了很好的节能效果。1.水轮机冷却ro3制酸系统两台传统的1500m3/h逆流式循环水冷却塔采用电机(功率75kW)+传动轴+减速器+风机的传动方式,其供水水泵额定流量760m3/h,扬程30.5m。考虑到水泵流量和扬程的富余能力都较大,完全可进行水轮机冷却塔代替传统冷却塔的节能改造。该改造是系统能量的二次利用或回收,水轮机冷却塔省去了原来为风机提供动力的电机、减速机。它把循环水进入布水器时直接释放而浪费的能量收集利用,推动水轮机转动,水轮机输出轴与风机相连,带动风机旋转抽风,完成气水热量交换。根据水泵Q—P曲线分析,改造后水泵电流不会增加。水轮机冷却塔的核心设备为高效率水轮机。水轮机主轴材料为40MnB,外壳、叶轮等主要部件材料为铸钢ZG310-570。改造步骤如下:(1)冷却塔原框架结构基本不变,拆除原来的风机、减速机、传动轴、电机。(2)保证风机位置不变的前提下,定位安装水轮机。(3)水轮机定位后再在冷却塔风筒开孔,增加水轮机的进、回水管路,使流过水轮机的循环水再返回原布水系统;再在原布水系统的进水管路上安装调节阀(生产过程中通过调节该阀的开关度来调节水轮机的转速)。最后安装风机。冷却塔改造前后如图1所示。改造后的水轮机冷却塔除能满足工艺要求外,还具有以下优点:(1)节能,水轮机冷却塔省去了电机和减速机,每年可节约用电108万kW·h,折算成标煤为132.732t。(2)高效,水轮机设计严谨,结构合理,运行平稳,故障率低。(3)环保,水轮机冷却塔因为省去了电机和减速机,运行噪声比传统冷却塔降低10～15dB。2.高压交流直接传动电机制酸系统SO2风机原采用电机+液力耦合器+增速器+风机的传动方式,其配套电机额定功率1000kW,电压10kV,电流65.95A,转速2985r/min,功率因数0.88。由于设计时风机风量和压头都留有一定的余量,需要采用液力偶合器调速,而液力偶合器在调速过程中,它的转差能量变成油的热量而消耗掉,很不节能。2009年上半年,水口山八厂对SO2风机实施了如下高压变频节能改造:(1)拆除液力偶合器,用一根中间传动轴直接把电机和变速机联接起来。(2)将高压变频器串联在高压开关柜与电机之间,只需连接高压输入、高压输出及220V控制电源和控制信号线就可直接驱动电机。SO2风机由液力偶合器调速改为高压变频器调速后的效果:(1)节能效果显著。风机采用高压变频器调速后,可自动调节电机转速与负荷匹配,与液力偶合器调速相比,其节电率达到35%,每年可节约用电15.66万kW·h,折算成标煤为19.242t。(2)启动过程中对电机、风机的机械冲击减少,设备运行安全、可靠,噪声明显减小。(3)维修工作量减少,每年可节约维修费用2万余元。3.热风封闭缘加工技术制酸系统两级电除雾(下部进气式)原采用常见的电加热绝缘方式,电加热绝缘箱(共8组,每组功率4.5kW)通过温度自控系统,控制绝缘子温度在110～150℃,使其不结露,器壳与高压直流电保持绝缘,使高压电能顺利进入电场。电加热绝缘方式存在电能消耗大、附属设备多、维护费用大等问题。水口山八厂于2010年上半年实施了冷风封闭绝缘代替电加热绝缘的改造。冷风封闭绝缘是通过高压电场拉开潮湿气流的上升形成封闭,冷风风膜保护石英管不结露,实现绝缘的目的。在原绝缘装置外部增加新型空气干燥器和进气调节阀,再在石英管压盖上靠近石英管的内壁边缘增开4个均匀分布的Φ8mm导流孔。正常运行时,由电除雾器自身的负压形成的、干燥的空气流通过导流孔吹扫石英管内壁,使酸雾不在石英管内壁凝结,保证其绝缘性能。(2)日常无需维修,使用寿命长。4.废水处理及回收利用水口山八厂生产用水主要是设备冷却水、工艺用水、冲洗地面用水、生活用水等,除去少部分是循环水外,其余全部使用新水。废水中只有制酸系统的污酸废水经石灰铁盐三段中和氧化法处理后返回冲渣,其他废水没有处理直接外排。废水中污染物排放量为:Pd1.04t/a、Cd0.43t/a、Zn0.97t/a、As0.25t/a。这样既浪费水资源,又污染环境。所以必须将废水处理后加以回收利用。废水经膜处理器处理后,分别送往全厂各用水点作为:(1)制酸系统净化补充水;(2)底吹炉铸渣机冷却水;(3)底吹炉、鼓风炉两台圆盘铸锭机用水;(4)全厂厕所和地面冲洗水;(5)烟化炉冲渣用水等。项目实施后,全厂水循环利用率可达96%,每天可节约工业新水1074t,全年可节约工业新水32.22万t,折算成标煤为27.61t。除特大暴雨外,外排废水量为零,从根本上解决废水重金属超标污染环境的问题,实现节约水资源和保护环境的双重效果。5.螺杆膨胀动力机发电水口山八厂现有中压余热锅炉两台,其参数和运行情况见表1,所生产的中压饱和蒸汽分别经两台减压阀减压至0.7MPa,再并网送往集团公司内部各用汽点。目前,水口山八厂外送蒸汽存在两个方面的问题:(1)外送蒸汽除满足用户需要外,尚有极大富余:一年当中有7个月用汽量为5～10t/h,其余5个月基本不用汽,为保证外供蒸汽管网压力不致过高,多余蒸汽全部放空,浪费了大量蒸汽和软水。(2)2.2～3.0MPa的中压蒸汽经减压阀减压至0.7MPa再送到各用户,浪费了大量能量。为此,用螺杆膨胀动力机进行余热回收,实现热电联产。螺杆膨胀动力机是一种专门回收各种低品位热能的新型发电机组,具有热能适用广、使用维护简便、节能高效等特点;螺杆膨胀动力机由动力机本体、润滑、调速、密封和冷却水等五大系统组成;而螺杆膨胀动力机发电机组则包括螺杆膨胀动力机、发电机及辅助系统(管网设备、冷凝系统等)。2010年,水口山八厂实施了螺杆膨胀动力机二级余热发电方案:首先将两台余热锅炉的运行压力提高到3.5MPa,再将中压蒸汽(2.7～3.5MPa)进入发电机组做功发电,减压阀作为旁路备用,排气(0.85MPa)进入联箱;然后从联箱上接管进入用户或二级发电。发电规模如表2所示。根据蒸汽品质和用户用汽情况,发电机组有3种运行模式:只开1#机组;只开2#机组;1#、2#机组一起开。蒸汽余热发电项目实施后,每年可发电907.2万kW·h(平均发电功率按额定发电功率的90%计算),每年可节约标煤1114.949t。项目实施后既解决了富余蒸汽出路,又增加了集团公司的供电能力,获得了良好的经济效益和社会效益。6.能源浪费、能源浪费造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费,造成能源浪费烟化炉床能力偏低,导致鼓风炉电热前床产出的部分热渣不能及时得到处理而堆存,热熔渣利用率低,造成能源浪费。2008年,水口山八厂利用制氧站富余的氧气,在烟化炉二次风口增加了一套富氧吹炼装置(为国内首创,混合后的氧气浓度为22%～23%),以缩短其吹炼时间,床能力可提高10%～15%,热熔渣利用率得到提高,粉煤率可降低1%,每年可节约烟煤600t。7.厂区废水回收利用的必要性水口山八厂在节能改造方面虽已取得一定的成绩,但也还存在几个方面的问题:(1)底吹炉产出的高铅渣在进鼓风炉还原前要用水冷却以铸渣,其热能未能充分利用,而在鼓风炉还原时还要加入焦炭,导致其能耗仍偏高。如能用国内已比较成熟的熔融高铅渣直接