超低排放風煙系統的技術問題和對策

孔慶有， 虞華生（浙江浙能嘉興發電有限公司，浙江嘉興314201）

超低排放風煙系統的技術問題和對策

孔慶有， 虞華生
（浙江浙能嘉興發電有限公司，浙江嘉興314201）

超低排放環保示范工程改造，在取得優異的超低排放成績的同時，碰到了來自風煙系統的比較棘手的問題。阻力增加、體積流量減少的雙重因素使引風機的運行點向不穩定區域移動從而造成風機在低負荷工況失速，導致引風機的“搶風”運行，使系統出現壓力過高、膨脹節泄漏、進口擋板偏移、無法投入自動運行等問題。本文從引風機的性能曲線、狀態點的分析出發，提出解決問題的6種方法，而采用了其中更換風機葉輪的方法。通過與歷史數據的對比，提出了解決問題采取的臨時措施。

超低排放； 引風機； 搶風

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.006

0　引言

傳統的燃煤電廠歷來被視為大氣污染物的重要來源之一，是國家環保部門監管的對象。最新的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）規定，燃煤鍋爐的排放標準為：汞及其化合物0.03mg/Nm3，煙塵30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物100mg/Nm3［1］。而天然氣燃氣輪機組的排放標準為：煙塵5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3。超低排放改造，就是使煙氣的主要污染物排放濃度達到天然氣燃氣輪機的排放標準。

某電廠三期7、8號機組實行煙氣超低排放環保示范工程的改造，在取得優秀的超低排放成績的同時，碰到了一些技術上比較棘手問題，問題首先來自風煙系統。本文通過改造前后的對比，通過試驗和數據的分析，結合生產實踐，探討解決問題的經驗和方法。

1　風煙系統改造帶來的問題

某公司對脫硫系統進行了增容改造：原脫硫吸收塔設置3層噴淋層、1層托盤，配置3臺漿液循環泵；增容改造為兩層交互噴淋層、2層托盤，配置4臺漿液循環泵（3運1備），在脫硫吸收塔后增設濕式靜電除塵器、管式煙氣加熱器。同時在空預器與除塵器之間增設了管式煙氣冷卻器，在脫硝系統增設了一層催化劑，這樣必然造成脫硫系統及鍋爐煙氣系統阻力的增加。其對增壓風機進行了提高出力的改造，未對引風機進行提高出力的改造。

在脫硝系統優化方面，重新標定了氧量曲線，減少了送風量，在除塵器進口設置的管式煙氣冷卻器，控制溫度由原來的136℃，降低為92℃，使得煙氣的體積流量進一步下降。

表1通過PI系統對穩定負荷段進行取數，得出穩定負荷1小時的平均值，可以得到改造前后滿負荷時的差壓表以說明風煙系統前后的差壓變化。

表1　8號爐滿負荷差壓新舊對比

查改造后系統滿負荷時的情況：在風量減小約10%的情況下，SCR差壓增加275Pa，空預器增加阻力755Pa，MGGH熱端增加阻力865Pa，引風機進口阻力增加共1895Pa，由于此時增壓風機進口壓力為-900Pa左右，實際上增壓風機替引風機做了部分功。

于是，風煙系統出現的問題是：阻力增加、體積流量減少雙重因素使引風機的運行點向不穩定區域移動。

2　引風機的運行狀態點

由于風機不穩定運行，邀請了某研究院做了風機特性診斷試驗，依據試驗數據和歷史數據，作出的新舊引風機性能曲線及工況點為500MW、750MW和1000MW的位置對比圖，如圖1所示。實線為引風機A的性能曲線，虛線為引風機B的性能曲線。上面的兩條為改造后引風機性能曲線，下面兩條為改造前一年同一天的引風機性能曲線。理論失速線下面點劃線為失速裕度［2］為1.3的穩定運行線。由式（1）范寧公式［3］：

式中 Δpf—流體的壓力差；

λ—沿程摩阻系數；

l—管長；

d—管徑；

v—管內平均速度；

ρ—密度。

可得管道特性的一般形式：

式中 K—管道的阻力系數；

C—零流量時的臨界壓力，本例C取700Pa。

由DL-T-468-2004-《電站鍋爐風機選型和使用導則》中7.1.2條規定，軸流風機應有足夠的失速裕度k。公式如下：

式中 k—失速工況點的風量q和風壓p［4］的計算值，設計選型時，k＞1.3。在《電站風機改造與可靠性分析》一書中建議選取k＞1.4。

改造前的工況點除了（500MW）時接近于不穩定工作區外，其余都在安全穩定運行區域。而改造后的工況點，整個負荷段，基本接近不穩定工作區。而這已是增壓風機替引風機出了部分力的工況點，如果按引風機出口為微負壓的設計原則，改造后的引風機工況點基本在不穩定工作區和接近失速區運行。圖上，引風機在1000MW工況點比較陡，是由于開了第三臺吸收塔再循環泵的結果，按照設計，吸收塔再循環泵三運一備。開一臺泵運行約增加風壓350Pa。實際上，由于風機各部位流量和位置的偏差、風機單級葉片是否處于失速狀態，空預器部分堵塞時阻力的波動、系統AGC投運時的負荷變動率等各種現存的偏差，可采取書中的失速裕度，高于行業的一般標準。

風煙系統的危險點在于：

（1）引風機進口壓力在滿負荷時可達-5.5kPa，高負荷時在引風機切換搶風時，可達-6.35kPa，超出風道設計壓力6kPa，并伴隨電除塵和出口風道部分振動。增壓風機在搶風時，進口風壓可達-1.8kPa。

（2）風機出口的膨脹節，如吸收塔進口膨脹節，在風機切換運行時松動，在滿負荷運行時由于壓力比較大可能鼓裂，機組因環保不設置脫硫旁路而被迫停爐。

（3）風機的可調前導葉裝置，在失速運行時出現壓差過大，而引起部分進口導葉旋轉偏移，使得風機正常運行中出現部分葉片失速，增加了對風機和風煙系統的擾動。

（4）機組中負荷無法投運AGC運行，高負荷運行不宜有較大的擾動，如啟停磨煤機和增開吸收塔再循環泵等。如果風機一臺高負荷失速，另外一臺易超電流。此時，需要查失速的風機靜葉開度指令是否增大，撤出自動，把開度指令降下來，同時降低負荷，等失速風機有出力之后，再緩慢開大靜葉開度，同時可設低增壓風機的進口壓力設定點。

圖1　新舊引風機性能曲線及工況點位置對比圖

3　風煙系統阻力大于原設計阻力原因

（1）煙氣冷卻器本身的阻力。為了加強換熱，管式煙氣冷卻器采用了錯列布置，未對通流面積進行核算或擴大，裝有翅片的管式冷卻器[5]，如閥門半關在電除塵進口。流速和擾流增加，而阻力是和流速的平方成正比（范寧公式），阻力顯著增加。

（2）煙氣冷卻器的附加阻力。管式冷卻器位置設置在風道從空預器至電除塵如U型管布置，流灰比煙氣重，造成類似磨煤機煤粉分離器的分選效應，使得U型管出口段灰的含量增加而阻力增加p=ρgh，這部分灰在停爐過程中能被風帶走。

（3）空預器阻力的增加。由于增加一層脫硝催化劑，催化劑中V2O5等對SO2/SO3轉化率提高至三層1.5%，由于脫硝效率同步由80%提高至85%［6］，在噴氨總量提高的情況下，NH4HSO4的生成量也增加。NH4HSO4是一種極其粘稠的物質，粘附在設備表面極難清除。粘附在空預器表面后，又會繼續粘附飛灰顆粒。另外，SO3和酸霧還會和飛灰中的氧化鈣（CaO）形成CaSO4［7］，灰比之改造前更易堵塞。由于空預器傳熱元件形式不太合理，在通風不利的情況下，灰和NH4HSO4一層一層粘合在空預器傳熱元件中形成堵塞，目前已考慮更換空預器的傳熱元件。

（4）風道結構的不合理布置。使得增壓風機壓頭升高，而加重了風煙系統穩定運行的壓力，此項是由于改造空間限制所引起。

（5）煙氣的冷卻，由空預器出口的136℃到煙氣冷卻器出口控制煙溫92℃，由蓋—呂薩克定律，

式中 v—比體積；

T—絕對溫度。

煙氣體積流量下降11%。體積流量的減少使得流動阻力略微下降，而后面是大空間的電除塵，變徑擴大的管道，由于體積流量的降低，風機向不穩定方向發展。

4　風煙系統問題的解決

4.1解決問題的方法

（1）增加風機的流量。引風機AB進口開口，加裝可調流量擋板，增加風機進口壓力和流量。由于無故增加了一股風量，風機能耗將增加，不可取。引風機設置外部回流旁路，此方法仍然增加風機能耗，不可取。

（2）降低風機運行的阻力。擴大電除塵進口及煙氣冷卻器的煙道，擴大引風機進口煙道，出口煙道，以降低阻力。針對GGH煙氣冷卻器降低阻力的方法，可取，可進行后續改造。MGGH煙氣冷卻器移位至引風機出口，這將降低SO3吸收，沒有了低低溫電除塵器的設置，變成了低溫省煤器的形式，可取。

（3）改變風機的形式。加裝防失速環（耗能模塊），而稍微降低了風機效率，可有效提高低負荷工況的理論失速線，此方法可取，但改造工作量較大，施工周期長。更改風機葉片形式或改為動葉調節風機。經選型計算，將現引風機葉輪更換成YA18448-2F型風機葉輪［8］基本可滿足要求。此方法比較簡單，且新葉輪只需改變現引風機葉輪葉片的安裝角，更換下來的輪轂還可用來做備品葉輪的輪轂，而最終選用此方法。

4.2解決問題的臨時措施

改造結束，出現的情況為：負荷500MW，增壓風機投自動，引風機兩側電流相差140A以上，引風機A和B“搶風”切換運行，無法投入并聯自動運行。分析臨時采取的方法：1）風機改型，不可行。2）風道擴大，不可行。3）不斷降低增壓風機進口壓力設定值，采用此方法。查風機特性圖縱坐標為進出口差壓（比壓能Y），橫坐標為氣體體積流量。再查歷史運行數據，改造以前，引風機和增壓風機運行良好，增壓風機進口壓力值在-250～300Pa之間。

對比歷史數據，發現在500MW工況，在空預器進口壓力相差不大的情況下，引風機的進口壓力降低了660Pa。參考引風機歷史運行情況，可得：在流量相差不大的情況下，增壓風機進口壓力在500MW的設定值：-250-660=-910Pa。隨著負荷（風量）的上升，這個設定值增大，在700MW工況，按照上述方法，可得設定值為-1200Pa，之后可以投入引風機并聯自動運行。增壓風機則通過微開原有的增壓風機旁路至15%以增加流量，一直投入自動運行。

5　結語

（1）阻力增加和體積流量減少，使超低排放改造后引風機的運行點工況向不穩定區域移動從而造成風機在低負荷工況下的失速和“搶風”運行。

（2）從降低風機運行阻力，增加風機流量和改變風機內部結構三個方向可以得出解決風機失速問題的6種方法，而更換風機葉輪是后來選取的方法。

（3）通過與歷史數據的對比，可以計算出合適的壓力點，從而得出解決問題的臨時措施。

本文展望，存在一種類似管道特性的，具有固定轉速的和旋轉角度的，通用的風機特性曲線的函數解析式，風機在管道中的失速是由于流量的減少而導致風機風壓的升高等于管道特性回復流量而導致風壓的降低。

［1］GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］劉家鈺.電站風機改造與可靠性分析［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［3］譚天恩，竇梅.化工原理［M］.北京：化學工業出版社，2014.

［4］DL-T-468-2004，電站鍋爐風機選型和使用導則［S］.

［5］上電集團.浙能嘉華電廠管式GGH運行說明介紹［Z］，2013.

［6］嘉興三期百萬機組脫硝工程催化劑性能測試報告［R］.廣東電網公司電力科學研究院，2014.

［7］肖雨亭，賈曼，等.煙氣中三氧化硫及硫酸霧滴的分析方法［J］.環境科技，2012，25（5）：44～47.

［8］周欣安.浙江浙能嘉華電廠8號機組引風機、增壓風機失速診斷試驗報告［R］.西安：西安熱工研究院有限公司，2014.

Technical Problems and Countermeasures From the Gas System of the Ultra-low Emission Project

KONG Qing-you， YU Hua-sheng
（Zhejiang Energy Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Jiaxing 314201，China）

The demonstration project transformation with ultra-low emission for environmental protection，which gets the excellent achievement，comes across a series of puzzling problems from the gas system.Because of double factors of resistance increase and volume flow rate decrease，the running state points of two induced draft fans move toward the unstable region，causing fan stalls on the low load conditions.Scrambling for air of induced draft fans come cross problems，such as high gas pressure，crack and leakage of bellows expansion joints，inlet baffle migration，and non-automatic operation.Based on analysis of operating points and characteristic curves of induced draft fans，this paper puts forward six solutions，among which replacement of fan impeller is used.By comparison and analysis between historical and present data，provisional measures for solving the problems are put forward.

ultra-low emission； induced draft fan； scrambling for air

TM621.2

B

2095-3429（2015）02-0021-04

孔慶有（1981-），男，浙江杭州人，碩士，工程師，從事電廠鍋爐專業技術工作。

2015-03-09

2015-04-20