關于脫硫氧化風機選型的淺析

陸建軍，劉德潑

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關于脫硫氧化風機選型的淺析

陸建軍，劉德潑

（江蘇金通靈流體機械科技股份有限公司，江蘇 南通 226001）

國家提高了燃煤電廠大氣污染物排放指標，現役機組80%以上的環保設施需要改造脫硫系統。針對濕法煙氣脫硫系統介紹了氧化空氣量和氧化風機的壓頭計算公式，通過實例選擇脫硫氧化風機的參數，結果證明單級高速離心風機能達到預期的改造目標。

燃煤電廠；濕法煙氣脫硫；強制氧化；單級高速離心風機

近些年，我國為控制燃煤電廠大氣污染物排放，采取了一系列措施發展清潔發電技術。未來的5～10年，是我國電力行業全面建設的關鍵時期，而控制火電廠有害氣體的排放，是其中的重要課題。為了大幅度減少火電廠大氣污染物的排放，火電廠大氣污染物排放標準（GB 13223—2011）對現役機組及新建機組的SO2、NOx、粉塵、汞的排放標準作了更加嚴厲的規定，現役機組80%以上的環保設施需要改造脫硫系統。

電力系統中燃煤火電廠脫硫裝置采用石灰石/石膏濕法煙氣脫硫（wet limestone gypsum flue gas desulphurization process）工藝占92%.在火電廠脫硫應用最廣泛的是脫硫工藝技術，而噴淋塔是石灰石/石膏濕法煙氣脫硫主流吸收技術，吸收塔漿液的氧化方式主要分為自然氧化、抑制氧化、強制氧化工藝這3種工藝。

由于脫硫副產品石膏在建材、醫藥等領域被應用廣泛，且產生了較高的商業價值，現在各企業對脫硫石膏的品質及綜合利用越來越重視，所以，強制氧化工藝方式在脫硫系統中被廣泛使用。其主要受吸收塔漿池漿液深度、自然氧化率、漿液密度（包括溶液中溶解的固體和懸浮固體）、漿液溫度、pH、空氣壓力等的影響，而且采用不同的氧化空氣設計形式也會影響設備的布置、運行要求和總體效果。目前較為常用的氧化空氣管網（FAS）和氧化空氣噴槍（ALS）強制氧化方式，從成本上考慮，對于低硫燃煤機組脫硫或氧化空氣管浸沒深度較淺的吸收塔，氧化空氣噴槍技術較合理；而高硫燃煤機組脫硫需要的空氣量大，氧化空氣管浸沒深度更深，管網型技術更適合，但是由于管網式氧化管道布置在塔體內，氧化空氣量必須大于設計量的70%，否則容易堵塞管道，維護工作量大，而噴槍（ALS）式氧化空氣流量可以無限調低且不必擔心噴氣管的堵塞，在燃煤份及機組負荷變化時，可以按照設計要求靈活調節。

1 氧化空氣量的計算

氧化空氣量取決于SO2摩爾數、煙氣中的SO2濃度、脫硫效率等因素，具體計算公式如下：

＝10-6/64. （1）

式（1）中：gas為煙氣量，Nm3/h；為SO2實際濃度，mg/Nm3；為SO2脫硫效率；64為SO2摩爾質量。

根據氧化反應原理，可得到氧化空氣計算公式：

＝0.5*22.4**（1－）/0.21. （2）

式（2）中：為氧化空氣量，Nm3/h；0.5為氧化反應化學當量摩爾比；22.4為標態氣體體積，m3/kmol；為SO2摩爾數，kmol/h；為SO2自然氧化率（一般取0.1～0.2）或SO2強制氧化率（一般取0.3～0.4）；0.21為空氣中氧氣質量濃度。

2 氧化風機壓頭的計算

氧化空氣由氧化風機提供，氧化風機壓頭計算公式為：

＝1+2. （3）

式（3）中：為氧化風機壓頭，kPa；1為氧化空氣出口靜壓，kPa；2為氧化空氣管路壓損，kPa。

1＝10-6g. （4）

式（4）中：為吸收塔漿液密度，kg/m3；g為重力加速度常數；為氧化區高度/管子浸沒深度（吸收塔內氧化空氣管至液面高度）。

3 氧化風機的選型

通常電廠的脫硫氧化風機采用單塔獨立布置，每臺脫硫吸收塔采用一運一備或兩運一備設計，也有采用單元制布置方式，運行過程中調節風量平衡有難度。

通常使用的氧化風機有3種，分別為羅茨風機、多級低速離心風機、單級高速離心風機。在具體選型中，應根據需要的壓頭、風量、噪聲、維修等方面綜合考慮，改造過程還需考慮場地大小、經濟性、可調節性及以后操作方便性、設備可靠性等因素。各類氧化風機對比情況如表1所示。

表1 各類氧化風機對比

風機類型羅茨風機多級低速離心風機單級高速離心風機 壓力/kPa≦98≦120≦250 風量/（m3/min）≦150≦1 000≦1 200 實際風機運行效率/%55～6065～72＞80 噪聲/dB（A）13011090（兩級電機噪音90、風機噪音可滿足85） 操作控制及人員要求復雜，高一般，中簡單，低 自動化程度低中高 保養維護煩瑣一般方便 維護成本高中低 維護周期短中長 壓縮方式容積式鼓風機旋轉式二元葉輪旋轉式三元葉輪-立體 風量控制固定變頻調節風量可調55%～100% 性能變化隨時間變化，轉軸磨損效率下降隨時間變化，密封磨損效率下降隨時間變化，性能不變 振動嚴重一般小

羅茨風機、多級低速離心風機和單級高速離心風機各有其最好的適用范圍，當流量小、工況穩定時，羅茨風機是最好的選擇；對于中小流量壓比2以下的應用，多級離心更顯優勢；對于高壓頭（壓比超過2），大流量單級高速離心風機更顯優勢。

4 脫硫改造時氧化風機的選擇

根據某電廠實際脫硫系統工藝，原工藝依照燃用低硫設計原則選型，氧化風機選型的最大壓頭為70 kPa，最大流量為1.0×107m3/min，所選風機均為羅茨鼓風機，采用一運一備布置，在有隔音室的前提下，噪聲通常在85 dB以上，噪聲較大，沒有風量調節手段。投產運行后，由于燃煤情況的變化，現脫硫設施已不能滿足環保排放限值需要，同時結合《火電廠大氣污染物排放標準》的要求，對脫硫設施按照燃煤硫份2.0%（5 100 mg/Nm3）的高硫脫硫系統標準設計。選用氧化風機壓頭為132 kPa，風量為400 m3/min。在氧化風機房利舊的前提下，選擇合適的風機，同時考慮降低噪聲和性能可調的要求，對各類型風機進行性價比比較。在噪聲、能耗、自動化程度綜合因素條件下選擇了單級高速離心風機。

單級高速離心風機投入使用后，運行穩定，性能滿足當時選型的要求，實現遠程操控，風機效率高、故障率低、維護量小。風機入口導葉進行風量調節范圍寬廣，適應脫硫系統煤種的變化，達到預期的改造目標。

5 結語

單級高速離心風機具有效率高、噪聲低、自動化程度高等特點，是目前脫硫系統中應用最廣的風機。單級高速離心風機還適用于城市污水處理工藝、冶金工藝、循環流化床鍋爐流化風機、石化油氣脫硫、煤礦淘汰、工藝空氣增壓等領域。在燃煤電廠中的成功應用，擴大了單級高速離心風機在脫硫工藝系統中的應用。

［1］趙永椿，馬斯鳴，楊建平，等.燃媒電廠污染物超凈排放的發展及現狀［J］.煤炭學報，2015，11（40）：2629-2640.

2095－6835（2018）20－0073－02

TH442

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.073

陸建軍（1969—），男，副總工程師，大專學歷，研究方向為離心壓縮機氣動設計和結構研發。

〔編輯：嚴麗琴〕