黄 颖，张勇海，孟 雪，何指挥，王本杰
(河南心连心化学工业集团股份有限公司， 河南新乡 453731)
河南心连心化学工业集团股份有限公司采用新型水煤浆工艺生产技术，年产45万t合成氨、80万t尿素。随着固定床工艺被逐步淘汰，园区内低温热源不断增加。虽然低温热源品质较低，但通过部分热量回收利用，节能效果仍十分显著[1]。原料结构调整项目中，低温甲醇洗热再生塔(T1604)塔顶出口蒸汽温度为89～93 ℃，压力为0.22 MPa，主要成分为甲醇(含有H2S、CO2等杂质)，体积流量约为16 m3/h。此部分混合蒸汽经循环水、溴冷水、液氨多级冷凝闪蒸后得到甲醇含量极低的酸性气，送硫回收工段进行硫黄生产。一级冷却采用循环水直接冷却，循环水体积流量约为650 m3/h，冷凝后的甲醇经甲醇回流泵(P1606)重新进入T1604。冷却过程消耗大量的公用工程，浪费大量的热能[2]。本改造利用甲醇蒸汽冷凝热配套有机朗肯循环(ORC)膨胀发电机，把热能转化为电能，实现能量的回收利用。
ORC膨胀发电技术工作原理为：液态有机工质在蒸发器中吸收热量蒸发为高温高压蒸汽，推动ORC膨胀机做功，驱动发电机发电；
压力降低的气态工质在冷凝器中冷凝成液态，通过工质泵升压后进入蒸发器中吸热，完成一个ORC循环[3]。该技术是利用热源与冷却介质的温差，将热能转化为电能或机械能。0.10 MPa以上水蒸气、75 ℃以上热水或其他流体热源、150 ℃以上烟气等，均适用于ORC膨胀发电技术[4]。
在T1604塔顶甲醇混合蒸汽出口进热再生塔顶冷凝器(E1612)管路上引出一支路，使塔顶甲醇蒸汽进入ORC膨胀发电机组的蒸发器中，蒸发器中的液态有机工质吸收甲醇蒸汽的热量后转变为高温高压的气态工质，气态工质进入螺杆膨胀机(或透平机)后进行膨胀做功，进而带动发电机旋转，实现电能输出。做功后的气态低温低压工质，排出膨胀机进入冷凝器，经冷凝成为液态，通过工质泵增压后再次进入蒸发器，如此往复循环，将甲醇蒸汽的热能转化为电能输出。经膨胀机机组膨胀发电后的甲醇蒸汽降温后供后续工艺使用。酸性气流程改造前后示意图分别见图1和图2。
ORC机组投运后，工艺系统有以下变化。
(1) T1604出气压力升高，投运前为0.22 MPa左右，投运后最高达到指标上限(0.25 MPa)，一般控制在0.24 MPa左右。压力升高导致整塔温度略有升高，对甲醇再生有一定影响。目前主工艺系统未出现异常，需持续关注。
(2) T1604塔顶气去硫回收工段的阻力增加，投运前为16～17 kPa，投运后达到40 kPa。塔顶酸性气流经蒸发器，阻力降增大，需增加监控，避免影响甲醇洗送至硫回收的酸性气量。
图1 改造前酸性气流程图
图2 改造后酸性气流程图
(3) 在实际运行过程中出现联锁跳机现象。润滑油压差低造成发电机组两次跳机，厂家清理过滤器后，运行正常；
电机线圈温度高报警造成跳车，更换冷却管路电磁阀门手阀后，运行正常。
回收利用T1604混合蒸汽，不仅减少循环水的使用量，降低园区内循环水用量的压力，同时利用余热发电达到资源利用最大化，提高了企业的经济效益。
目前，低温甲醇洗余热发电并入电网净电量可达185 kW·h左右，以电价为0.62元/(kW·h)计算，每年(330 d)稳定运行，可增加发电效益90.84万元。
随着固定床工艺被淘汰，公司不断优化园区生产结构，优化改造变换气、真空闪蒸气等多种低温余热气体的废热利用工艺，保障系统安全稳定长周期运行。
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