CN116220838A - 一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，该方法包括以下步骤：步骤一，采用带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组；步骤二，调节油泵的自动启动控制；步骤三，大型空分汽电双驱机组运行控制；步骤四，调节油泵的自动停止控制；步骤五，调节油泵的连锁控制。本发明针对有色冶炼等行业，采用汽轮机作为余热回收系统，与电机共同驱动空气压缩机运行，余热能量直接由热能转化为机械能，回收效率高，并且，不影响主工艺的正常运行，同时，机组还具备发电功能，可以取代余热发电机组，整个机组结构更紧凑、更加高效节能、减少用户初投资。

Description

一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法
技术领域
本发明属于空气分离技术领域，涉及空气分离设备，具体涉及一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法。
背景技术
空分(空气分离)设备是一门基础工业装备，广泛应用于冶金、石化、化工等工业领域。而空气压缩机作为空分工艺系统中的原料气压缩机，是空分装置的核心设备，是空分系统中功率最大、能耗最高的设备，其效率和稳定性，直接关系着整个空分系统的可靠性和经济型，从而对整个生产线产生影响。近年来，随着工业用大型空分机组国产化的开发与投运，如8万、10万等级以上空分装置，打破了进口设备对我国的技术封锁。
在有色冶炼等行业，在冶炼的过程中会产生大量的余热蒸汽，为了回收这一部分余热，现有的技术方案均采用单独的余热汽轮机进行发电、并网；而生产中使用的空气压缩机，则采用单独的电拖或者汽拖。
现有的方案需要单独的发电机组和空气压缩机组两套设备，占地面积大、布置分散。并且，回收的余热要先经过机械能转化为电能，输送至电网；再由电机从电网中取电，由电能再转变为机械能，驱动空气压缩机，回收的余热经过几次转换，能量损失大。因此，现有的方案具有能量回收效率低、用户初投资多，发电并网手续复杂等技术缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，解决现有技术中的能量回收方法难以兼顾能量回收效率和初期投资本的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，采用带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组：
所述的带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组包括主油箱，所述的主油箱上连接有润滑油泵，润滑油泵通过润滑油管道向大型空分汽电双驱机组提供运行所需的润滑油，形成润滑油路。
所述的主油箱上连接有调节油泵，调节油泵通过调节油管道向与调节系统提供运行所需的调节油，形成调节油路。
所述的润滑油泵和调节油泵分别与机组DCS系统相连且独立控制，使得润滑油路和调节油路相互独立。
所述的机组DCS系统连接汽轮机进气母管，采集汽轮机进气母管上的进气压力，用于控制调节油泵的自动启停。
步骤二，调节油泵的自动启动控制：
在汽轮机运行前，汽轮机蒸汽母管中没有蒸汽，当余热系统产生蒸汽后，通过汽轮机进汽母管送入汽轮机，汽轮机进汽母管中的压力将逐渐上升；当汽轮机进汽母管压力P＞设定压力P0时，延时后，机组DCS系统判断要启动汽轮机，机组DCS系统自动启动调节油泵。
步骤三，大型空分汽电双驱机组运行控制。
步骤四，调节油泵的自动停止控制：
当余热系统的蒸汽要用于其他工艺生产时，汽轮机蒸汽母管中的汽量逐渐减少，当汽轮机进汽母管压力P≤设定压力P0时，延时后，机组DCS系统判断要停汽轮机，机组DCS系统自动停止调节油泵。
步骤五，调节油泵的连锁控制：
为了防止汽轮机在有转速的时候，调节油泵关闭，在机组DCS系统中设置连锁条件：当汽轮机转速≠0时，不能停止调节油泵。
本发明还具有如下技术特征：
步骤三中的具体过程为：
步骤301，汽轮机启动后，蒸汽驱动汽轮机升速，达到工作转速后，离合器啮合：
步骤302，当机组DCS系统收到离合器的啮合信号后，向汽轮机的调速系统发出信号，汽轮机改为阀位控制，通过调速系统控制汽轮机的汽门阀位，进一步增大，此时，汽轮机输出的功率持续传递至空气压缩机，与电机共同驱动空气压缩机运行。
步骤303，进汽门开至80％左右时，在机组DCS系统中进行操作，将汽轮机切换至前压控制，根据余热蒸汽的压力波动，调节汽轮机进汽门的开度。
步骤304，汽轮机回收的余热能量通过变速离合器直接传递至空气压缩机，实现汽轮机和电机双驱空气压缩机运行，实现余热能量高效回收；同时，在余热蒸汽充足，汽轮机的输出功率大于压缩机的负荷时，多余的能量能够通过电机进行发电。
优选的，步骤二中，所述的延时为延时1min。
优选的，步骤四中，所述的延时为延时5min。
优选的，步骤一中，所述的润滑油泵为一用一备两台；所述的调节油泵为一用一备两台。
具体的，步骤一中，所述的带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组还包括同轴依次相连的汽轮机、变速离合器、电机、齿轮箱和空气压缩机形成的大型空分汽电双驱机组；所述的大型空分汽电双驱机组中还包括调速系统、余热系统和机组DCS系统，调速系统与汽轮机相连，余热系统通过汽轮机进气母管与汽轮机相连，机组DCS系统用于控制大型空分汽电双驱机组。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明针对有色冶炼等行业，采用汽轮机作为余热回收系统，与电机共同驱动空气压缩机运行，余热能量直接由热能转化为机械能，回收效率高，并且，不影响主工艺的正常运行，同时，机组还具备发电功能，可以取代余热发电机组，整个机组结构更紧凑、更加高效节能、减少用户初投资。
(Ⅱ)本发明对于大型空气压缩机汽电双驱机组，调节油系统和润滑油系统的润滑油泵独立设置，优化机组的润滑油系统和调节油系统；用汽轮机蒸汽母管进汽压力控制调节油泵的启停，当母管蒸汽压力P＞P0时，自动启调节油泵；当P≤P0时，自动停调节油泵。
本发明根据生产工况的调整，汽轮机不运行时，及时关闭调节油泵，能达到节能的目的，同时提高机组的自动控制程度。
(Ⅲ)本发明对于大型空分汽电双驱空气压缩机组，针对余热回收系统的蒸汽压力存在波动的情况，汽轮机采用转速控制、阀位控制、前压控制三种不同的控制策略，确保汽轮机最大限度处于高效区域运行，提高余热能量的回收效率。
(Ⅳ)本发明对于大型空气压缩机汽电双驱机组，通过优化机组的配置、控制方案，确保机组安全可靠运行的同时，有效提升余热能量的回收效率。
附图说明
图1是现有技术中带一体化润滑调节油系统的大型空分汽电双驱机组的示意图。
图2是本发明中带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组的示意图。
图3是调节油泵启动逻辑示意图。
图4是调节油泵停止逻辑示意图。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有的设备和系统，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的设备系统。例如调速系统、余热系统和机组DCS(分布式控制)系统均采用现有技术中已知的系统。
针对有色冶炼行业大型空分机组，将余热回收发电系统与空分机组相结合，回收的余热通过汽轮机连接至空气压缩机组，汽轮机与电机之间采用变速离合器相连。当汽轮机的蒸汽量较充足时，变速离合器啮合，汽轮机汽轮机与电机共同驱动空气压缩机运行；当汽轮机的蒸汽量不足时，变速离合器脱开，由电机单独驱动空气压缩机运行，不影响正常工艺的运行。
同时，整个为保证整个机组的安全可靠运行，必须设置润滑油系统和调节油系统。润滑油系统向设备的轴承连续不断地提供润滑油，调节油系统为汽轮机油动机提供动力源。而一般的汽拖机组中，润滑油系统和调节油系统均由润滑调节油站统一供油，并且使用同一个油泵，经过两个自力式调节阀减压后，将油压减至润滑油供油压力与调节油供油压力，分别供润滑油系统和调节油系统。
现有技术中，如图1所示，汽电双驱机组在使用的过程中，由于余热系统的蒸汽不稳定、或者蒸汽用于其他工艺生产使用，汽轮机会出现长期停机的情况，而空气压缩机单独由电机拖动运行。机组此时只需要润滑油，不需要调节油，而油泵处于全流量下运行，调节油部分再回流至油箱，产生了能量浪费。
而本发明中，如图2所示，将润滑油站中的润滑油系统和调节油系统的油路分开设置，分别设置润滑油泵和调节油泵，向机组提供润滑油和调节油；同时，采用自动控制策略，当汽轮机停机或者需要启动时，可以通过DCS系统实现调节油泵自动启停。既可以减少能量浪费，起到节能的目的，又提高了机组的自动化程度。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
本实施例给出一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，采用带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组：
带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组，如图2所示，包括同轴依次相连的汽轮机、变速离合器、电机、齿轮箱和空气压缩机形成的大型空分汽电双驱机组；大型空分汽电双驱机组中还包括调速系统、余热系统和机组DCS系统，调速系统与汽轮机相连，余热系统通过汽轮机进气母管与汽轮机相连，机组DCS系统用于控制大型空分汽电双驱机组。
还包括主油箱，主油箱上连接有润滑油泵，润滑油泵通过润滑油管道向大型空分汽电双驱机组提供运行所需的润滑油，形成润滑油路。
主油箱上连接有调节油泵，调节油泵通过调节油管道向与调节系统提供运行所需的调节油，形成调节油路。
本实施例中，润滑油泵为一用一备两台；调节油泵为一用一备两台。
润滑油泵和调节油泵分别与机组DCS系统相连且独立控制，使得润滑油路和调节油路相互独立。
机组DCS系统连接汽轮机进气母管，采集汽轮机进气母管上的进气压力，用于控制调节油泵的自动启停。
步骤二，调节油泵的自动启动控制：
如图3所示，在汽轮机运行前，汽轮机蒸汽母管中没有蒸汽，当余热系统产生蒸汽后，通过汽轮机进汽母管送入汽轮机，汽轮机进汽母管中的压力将逐渐上升；当汽轮机进汽母管压力P＞设定压力P0时，延时1min后，机组DCS系统判断要启动汽轮机，机组DCS系统自动启动调节油泵。
本实施例中，设定压力P0可以取汽轮机设计压力的一半，具体数值结合实际情况可进行适当调整。
步骤三，大型空分汽电双驱机组运行控制：
步骤301，汽轮机启动后，蒸汽驱动汽轮机升速，达到工作转速后，离合器啮合：
步骤302，当机组DCS系统收到离合器的啮合信号后，向汽轮机的调速系统发出信号，汽轮机改为阀位控制，通过调速系统控制汽轮机的汽门阀位，进一步增大，此时，汽轮机输出的功率持续传递至空气压缩机，与电机共同驱动空气压缩机运行，提高能量回收效率。
步骤303，进汽门开至80％左右时，在机组DCS系统中进行操作，将汽轮机切换至前压控制，根据余热蒸汽的压力波动，调节汽轮机进汽门的开度，确保汽轮机始终处于高效区运行，提高机组的回收效率。
步骤304，汽轮机回收的余热能量通过变速离合器直接传递至空气压缩机，实现汽轮机和电机双驱空气压缩机运行，实现余热能量高效回收；同时，在余热蒸汽充足，汽轮机的输出功率大于压缩机的负荷时，多余的能量能够通过电机进行发电，实现“反送电”。
此时，整个机组需要正常运转，润滑油泵和调节油泵同时工作。润滑油泵通过润滑油路，向汽轮机、变速离合器、电机、齿轮箱、空气压缩机供油；确保机组的正常运行；调节油泵通过调节油路，向汽轮机调速系统供油，确保汽轮机的调速和油动机的动作。
步骤四，调节油泵的自动停止控制：
如图4所示，当余热系统的蒸汽要用于其他工艺生产时，汽轮机蒸汽母管中的汽量逐渐减少，当汽轮机进汽母管压力P≤设定压力P0时，延时5min后，机组DCS系统判断要停汽轮机，机组DCS系统自动停止调节油泵。
本实施例中，设定压力P0可以取汽轮机设计压力的一半，具体数值结合实际情况可进行适当调整。
步骤五，调节油泵的连锁控制：
为了防止汽轮机在有转速的时候，调节油泵关闭，在机组DCS系统中设置连锁条件：当汽轮机转速≠0时，不能停止调节油泵。
通过本实施例的上述控制方法，实现以下目的：
第一，润滑油系统和调节油系统独立运转，确保机组的安全可靠运行，以及汽轮机的调速系统及油动机的动作；当汽轮机不运行时，停掉调节油泵，达到节能的目的。
第二，汽轮机母管压力与调节油泵连锁控制，实现调节油泵的自动启停控制，提高机组的自动化程度。
第三，同时能够使汽轮机较长时间地处于高效区，整个机组的能量回收效率也得到了提升。
应用例：
本应用例给出一种基于上述实施例的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，具体如下所示。
以国内某8万空分项目汽电双驱空气压缩机组为例，该机组由于后续工艺的调整，每月汽轮机的使用时间为36小时，本发明产生的经济效益可以分为两部分计算：
第一部分，采用汽电双驱机组产生的经济效益：汽轮机功率约为30000kW，采用汽电双驱机组，回收的能量直接用于驱动空气压缩机，比汽轮机发电再由电机驱动空气压缩机的能量回收效率高4％左右，每年汽电双驱运行时间约为432小时，因此，可以省电518400kW.h/年；每度电按照0.5元计算，每年可产生25.92万元；以机组设计寿命20年计算，可以产生518.4万的经济效益；
第二部分，采用润滑油泵与调节油泵单独设置产生的经济效益：机组的润滑油量约为2700L/min，汽轮机调节油量约为400L/min，按照此方案选型油泵，润滑油系统所需油泵电机为110kW，调节油系统所需油泵电机为22kW；按照机组每年连续运行时间8000小时计算，汽轮机每年有7568小时处于停运状态，相应地，调节油泵可以关闭运行，每年约节省166496kW.h的电量，以每度电0.5元计算，可以节省8.325万元；以机组设计寿命20年计算，累计可以节省166.5万元。
综上所述，本发明综合可以产生月685万元的直接经济效益，数量非常可观，汽轮机运行时间越长，产生的经济更多。另外，本发明还提高了机组的自动化程度，实现调节油泵的自动启停控制，减少人员误操作造成的损失，具有间接经济效益。

Claims (6)

1.一种大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，采用带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组：
所述的带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组包括主油箱，所述的主油箱上连接有润滑油泵，润滑油泵通过润滑油管道向大型空分汽电双驱机组提供运行所需的润滑油，形成润滑油路；
其特征在于：
所述的主油箱上连接有调节油泵，调节油泵通过调节油管道向与调节系统提供运行所需的调节油，形成调节油路；
所述的润滑油泵和调节油泵分别与机组DCS系统相连且独立控制，使得润滑油路和调节油路相互独立；
所述的机组DCS系统连接汽轮机进气母管，采集汽轮机进气母管上的进气压力，用于控制调节油泵的自动启停；
步骤二，调节油泵的自动启动控制：
在汽轮机运行前，汽轮机蒸汽母管中没有蒸汽，当余热系统产生蒸汽后，通过汽轮机进汽母管送入汽轮机，汽轮机进汽母管中的压力将逐渐上升；当汽轮机进汽母管压力P＞设定压力P0时，延时后，机组DCS系统判断要启动汽轮机，机组DCS系统自动启动调节油泵；
步骤三，大型空分汽电双驱机组运行控制；
步骤四，调节油泵的自动停止控制：
当余热系统的蒸汽要用于其他工艺生产时，汽轮机蒸汽母管中的汽量逐渐减少，当汽轮机进汽母管压力P≤设定压力P0时，延时后，机组DCS系统判断要停汽轮机，机组DCS系统自动停止调节油泵；
步骤五，调节油泵的连锁控制：
为了防止汽轮机在有转速的时候，调节油泵关闭，在机组DCS系统中设置连锁条件：当汽轮机转速≠0时，不能停止调节油泵。
2.如权利要求1所述的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，其特征在于，步骤三中的具体过程为：
步骤301，汽轮机启动后，蒸汽驱动汽轮机升速，达到工作转速后，离合器啮合：
步骤302，当机组DCS系统收到离合器的啮合信号后，向汽轮机的调速系统发出信号，汽轮机改为阀位控制，通过调速系统控制汽轮机的汽门阀位，进一步增大，此时，汽轮机输出的功率持续传递至空气压缩机，与电机共同驱动空气压缩机运行；
步骤303，进汽门开至80％左右时，在机组DCS系统中进行操作，将汽轮机切换至前压控制，根据余热蒸汽的压力波动，调节汽轮机进汽门的开度；
步骤304，汽轮机回收的余热能量通过变速离合器直接传递至空气压缩机，实现汽轮机和电机双驱空气压缩机运行，实现余热能量高效回收；同时，在余热蒸汽充足，汽轮机的输出功率大于压缩机的负荷时，多余的能量能够通过电机进行发电。
3.如权利要求1所述的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，其特征在于，步骤二中，所述的延时为延时1min。
4.如权利要求1所述的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，其特征在于，步骤四中，所述的延时为延时5min。
5.如权利要求1所述的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，其特征在于，步骤一中，所述的润滑油泵为一用一备两台；所述的调节油泵为一用一备两台。
6.如权利要求1所述的大型空分汽电双驱同轴机组的能量回收优化方法，其特征在于，步骤一中，所述的带独立润滑油及调节油系统的大型空分汽电双驱机组还包括同轴依次相连的汽轮机、变速离合器、电机、齿轮箱和空气压缩机形成的大型空分汽电双驱机组；所述的大型空分汽电双驱机组中还包括调速系统、余热系统和机组DCS系统，调速系统与汽轮机相连，余热系统通过汽轮机进气母管与汽轮机相连，机组DCS系统用于控制大型空分汽电双驱机组。
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