劉斌

【摘 要】介紹了尾氣向心膨脹發(fā)電機(jī)組裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及工藝流程，闡述了該類機(jī)組在開(kāi)車時(shí)的操作步驟。

【關(guān)鍵詞】尾氣膨脹發(fā)電機(jī)組；工藝流程；開(kāi)車；升速；并網(wǎng)；RTO

引言

隨著PTA等工藝在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用，其工藝流程中產(chǎn)生的大量的高壓尾氣（主要以氮?dú)鉃橹鳎⒘克嵝詺怏w等）如何有效的利用成為了熱門(mén)的研究方向。尾氣膨脹發(fā)電機(jī)組正是利用工藝流程中產(chǎn)生的高壓尾氣，通過(guò)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量回收裝置，有效的解決了尾氣的能量回收問(wèn)題。發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力并入用戶公司電網(wǎng)，膨脹機(jī)排放尾氣進(jìn)入高溫氧化焚燒爐（RTO）進(jìn)行無(wú)害化處理。

1機(jī)組主要設(shè)備配置及簡(jiǎn)介

上圖是尾氣膨脹發(fā)電機(jī)組的安裝現(xiàn)場(chǎng)，主要設(shè)備從左至右為向心膨脹機(jī)+電動(dòng)發(fā)電機(jī)，黃色蓋子為聯(lián)軸器保護(hù)罩，其他輔助設(shè)備有入口預(yù)加熱器、中間加熱器、潤(rùn)滑油系統(tǒng)等組成。

1.1向心式尾氣膨脹機(jī)

向心式尾氣膨脹機(jī)為沈陽(yáng)透平機(jī)械有限公司在多年開(kāi)發(fā)的向心膨脹機(jī)基礎(chǔ)上，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造的整體組裝式向心膨脹機(jī)。該組裝式向心膨脹機(jī)采用兩級(jí)兩段膨脹，采用半開(kāi)式三元葉輪級(jí)。結(jié)構(gòu)上，采用平行軸齒輪箱，第一級(jí)與第二級(jí)分別與兩個(gè)小齒輪連接。通過(guò)兩個(gè)膨脹級(jí)采用不同的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，確保較高的能量回收效率與可靠的性能。該膨脹機(jī)大齒輪與發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為同一轉(zhuǎn)速，通過(guò)撓性聯(lián)軸器直接連接。

1.2電動(dòng)發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)采用6極同步發(fā)電機(jī)，輸出頻率：50HZ。發(fā)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與膨脹機(jī)大齒輪直連。

1.3尾氣加熱器

采用固定管板式蒸汽加熱器，管側(cè)走尾氣，殼側(cè)走蒸汽。設(shè)備布置型式為臥式，具體的換熱過(guò)程如下：尾氣經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入管箱，通過(guò)管板孔進(jìn)入換熱管內(nèi)；蒸汽從進(jìn)口流經(jīng)管束后冷凝，放出的潛熱加熱管內(nèi)的尾氣，完成熱量轉(zhuǎn)移，達(dá)到換熱目的，實(shí)現(xiàn)其設(shè)備功能。

加熱器換熱管采用光管，提高了設(shè)備的安全性及耐用性。蒸汽進(jìn)口設(shè)置防沖擋板，管束中間加設(shè)了支撐板，確保蒸汽分布均勻，使冷熱介質(zhì)換熱充分，提高了換熱效率，減少設(shè)備體積，降低投資成本。

1.4潤(rùn)滑油系統(tǒng)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是統(tǒng)一為膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)強(qiáng)制供給潤(rùn)滑油、頂升油，設(shè)計(jì)成獨(dú)立系統(tǒng)。潤(rùn)滑油系統(tǒng)是由潤(rùn)滑油站、高位油箱、中間連接管路以及各種控制閥門(mén)和儀表所組成，其中潤(rùn)滑油站由油箱、油泵、冷油器、濾油器、壓力調(diào)節(jié)閥、安全閥、油氣分離器（帶排煙風(fēng)機(jī)）、蓄能器、各種檢測(cè)儀表以及油管路和閥門(mén)等組成。潤(rùn)滑油站上的所有設(shè)備均安裝在結(jié)構(gòu)底盤(pán)上，構(gòu)成一集裝式供油系統(tǒng)。

1.5聯(lián)軸器和安全護(hù)罩

聯(lián)軸器用于連接膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，安全有效地傳遞轉(zhuǎn)速和功率。安全護(hù)罩用于保護(hù)聯(lián)軸器。

2尾氣膨脹發(fā)電機(jī)組的工藝流程簡(jiǎn)介

尾氣發(fā)電機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)圖

如上圖所示，PTA工藝流程中產(chǎn)生的高壓尾氣通過(guò)預(yù)加熱器加熱后進(jìn)入膨脹機(jī)一級(jí)膨脹做功，一級(jí)出口的尾氣進(jìn)入中間加熱器再加熱后進(jìn)入膨脹機(jī)二級(jí)膨脹做功，最后膨脹機(jī)排放的尾氣進(jìn)入高溫氧化焚燒爐（RTO）進(jìn)行無(wú)害化處理。尾氣膨脹機(jī)將高溫高壓的尾氣轉(zhuǎn)化成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

采用進(jìn)口預(yù)加熱器及中間加熱器來(lái)提高尾氣的溫度，是為了使高壓力的尾氣在膨脹機(jī)內(nèi)更好的膨脹做功，提高能量的轉(zhuǎn)化效率。

管道過(guò)濾器放置在膨脹機(jī)一級(jí)入口前，將管網(wǎng)來(lái)流的尾氣過(guò)濾凈化，不僅能夠保護(hù)膨脹機(jī)中葉輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，同時(shí)可以提高尾氣能量的轉(zhuǎn)化效率。尾氣開(kāi)關(guān)閥是根據(jù)管道的直徑及尾氣的流速來(lái)選擇的，其本身為切斷閥，無(wú)調(diào)節(jié)功能。機(jī)組開(kāi)車啟動(dòng)前為關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)車時(shí)未全開(kāi)狀態(tài)。

入口調(diào)節(jié)閥的選型跟尾氣開(kāi)關(guān)閥同理，其同時(shí)具備調(diào)節(jié)尾氣進(jìn)氣量的功能，該閥門(mén)在機(jī)組起車狀態(tài)下是關(guān)閉的，當(dāng)機(jī)組增加載荷時(shí)逐漸打開(kāi)，調(diào)節(jié)尾氣進(jìn)氣量的大小來(lái)滿足機(jī)組所要求的發(fā)電量。

放空閥的作用是在機(jī)組停車時(shí)，并不能完全通過(guò)RTO將膨脹機(jī)內(nèi)的尾氣排盡，需要經(jīng)過(guò)該放空閥門(mén)將剩余的尾氣排至高點(diǎn)。

起車閥門(mén)的選擇需要根據(jù)機(jī)組的升速曲線及膨脹機(jī)模型級(jí)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出。該閥門(mén)在開(kāi)車時(shí)逐漸打開(kāi)，根據(jù)計(jì)算出的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)滿足升速曲線各個(gè)工況轉(zhuǎn)速的要求，該閥門(mén)在尾氣調(diào)節(jié)閥逐漸打開(kāi)后，逐漸關(guān)小直至關(guān)閉。

3機(jī)組開(kāi)車操作簡(jiǎn)介

3.1檢查各設(shè)備是否具備開(kāi)車運(yùn)行的條件

3.1.1確認(rèn)各單體設(shè)備都已按照安裝手冊(cè)安裝完畢。

3.1.2檢查油系統(tǒng)有無(wú)泄漏。注意：在首次開(kāi)車之前，由于油管道中有可能存有臟物，因此必需事先串油進(jìn)行油洗（請(qǐng)確認(rèn)已進(jìn)行過(guò)酸洗）。直至管路中的油品符合要求為止。然后更換油過(guò)濾器濾芯、清潔油箱。

3.1.3檢查儀表氣體系統(tǒng)，確認(rèn)管線系統(tǒng)被吹掃過(guò)；確認(rèn)外部?jī)x表氣體存在，其品質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.4檢查儀控系統(tǒng)，確認(rèn)儀表控制系統(tǒng)能夠正確地發(fā)揮功能。

3.1.5檢查氣管路系統(tǒng)，確認(rèn)密封管線無(wú)泄漏，確認(rèn)儀器閥門(mén)能夠正確發(fā)揮功能。

3.1.6確認(rèn)電動(dòng)發(fā)電機(jī)具備開(kāi)車條件。

3.2機(jī)組的啟動(dòng)、升速及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)

3.2.1啟動(dòng)油系統(tǒng)。

首先觀察進(jìn)油溫度，當(dāng)油箱中的潤(rùn)滑油加熱至22℃時(shí)啟動(dòng)主油泵，進(jìn)行潤(rùn)滑油循環(huán)加熱，同時(shí)緩慢打開(kāi)高位油箱進(jìn)油管線三閥組中的截止閥，向高位油箱充油至回油視鏡中觀察到有油流回油箱時(shí)為止。當(dāng)潤(rùn)滑油加熱至40℃時(shí)關(guān)閉油加熱器（40-45℃為機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸承進(jìn)油溫度）；然后檢查油壓，分別調(diào)節(jié)進(jìn)膨脹機(jī)及發(fā)電機(jī)的進(jìn)油支管油壓并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2.2啟動(dòng)頂軸裝置及盤(pán)車裝置

在油溫加熱到35℃時(shí)即可啟動(dòng)頂軸裝置，當(dāng)頂軸油壓達(dá)到設(shè)計(jì)值后，可開(kāi)始啟動(dòng)盤(pán)車裝置，對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤(pán)車。盤(pán)車過(guò)程中觀測(cè)機(jī)組運(yùn)行是否有異響及刮碰，如果發(fā)現(xiàn)上述情況須立刻停機(jī)檢查。機(jī)組的盤(pán)車時(shí)間約為1小時(shí)。

3.2.3機(jī)組的啟動(dòng)升速及并網(wǎng)

3.2.3.1盤(pán)車達(dá)到規(guī)定時(shí)間后可進(jìn)行機(jī)組的啟動(dòng)升速操作，確認(rèn)膨脹機(jī)一級(jí)入口IGV導(dǎo)葉已經(jīng)調(diào)至微開(kāi)狀態(tài)，確認(rèn)蒸汽入口閥門(mén)打開(kāi)，全開(kāi)膨脹機(jī)入口開(kāi)關(guān)閥，同時(shí)開(kāi)啟膨脹機(jī)入口起車閥，通過(guò)調(diào)整起車閥閥門(mén)開(kāi)度的方式控制膨脹機(jī)入口流量和壓力，使機(jī)組轉(zhuǎn)速按照升速曲線到達(dá)臨界前的穩(wěn)機(jī)轉(zhuǎn)速，并在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定20至30分鐘；

3.2.3.2繼續(xù)開(kāi)大起車閥，增加尾氣進(jìn)氣量，使機(jī)組轉(zhuǎn)速快速通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，通過(guò)時(shí)間一般在150秒左右，同時(shí)密切監(jiān)控軸振動(dòng)、軸瓦溫度、軸位移等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī)檢查。

3.2.3.3機(jī)組越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)后一直加速到距并網(wǎng)轉(zhuǎn)速差30rpm時(shí)，向發(fā)電機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備同步并網(wǎng)的信號(hào)，同時(shí)控制機(jī)組轉(zhuǎn)速緩慢達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速上，并等待發(fā)電機(jī)并網(wǎng)；此時(shí)電動(dòng)發(fā)電機(jī)采用自動(dòng)同期裝置投入勵(lì)磁，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后完成并網(wǎng)。注：機(jī)組在此狀態(tài)下需穩(wěn)定運(yùn)行4小時(shí)后方可增加負(fù)荷提高發(fā)電量。

4結(jié)語(yǔ)

尾氣膨脹發(fā)電機(jī)組是能量回收裝置中一種常用的也是重要的機(jī)組，在當(dāng)今提倡節(jié)能環(huán)保的社會(huì)環(huán)境下，其發(fā)揮的重要作用顯而易見(jiàn)。該類機(jī)組必將在未來(lái)工業(yè)發(fā)展的道路上繼續(xù)做出巨大貢獻(xiàn)。

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