150 t/h 循環流化床鍋爐脫硫塔氧化風機改造

王大為

（福建省福能龍安熱電有限公司 福建福鼎 355200）

1 概況

福建省福能龍安熱電有限公司（以下簡稱“公司”）一期工程配有3×150 t/h 循環流化床鍋爐+1×17.0 MW 背壓式+1×19.1 MW 新型背壓式汽輪發電機組，脫硫方式為石灰石-石膏濕法脫硫，1 號、2 號、3 號脫硫塔各配置2 臺氧化風機（1 用1 備），其具體參數見表1。

表1 原氧化風機參數表

2 存在問題及改造必要性分析

根據羅茨鼓風機流場特性，空氣由上側的風機進氣口吸入風機內部，由2 個“8”字輪推動在風機內部流動，屬于無壓縮做功過程［1］，最后由下側的排氣口排出。這要求加工精度和配裝間隙都不能有誤差，然而實際比較難于做到。基于設計原理上的缺陷，因此現場運行中的羅茨鼓風機存在問題較多。

2.1 噪聲大

（1）羅茨鼓風機是1 種雙轉子壓縮式風機。兩轉子的軸線相互平行，由原動機通過1 對同步齒輪驅動，做等速反向旋轉運動，兩轉子之間并不互相接觸。羅茨鼓風機運轉過程中產生的噪聲，主要是機械性噪聲和氣體動力性噪聲。機械性噪聲主要是由羅茨風機齒輪、軸承和電機的機械運動產生，同時也包括基礎振動激發的固體噪聲，也稱為機械噪聲［2］。氣體動力性噪聲主要是由氣流脈動產生，當氣流經過風機葉片界面產生分裂，會形成附層面和漩渦脫離分裂，從而引起風機葉片上壓力的脈動，輻射出一種非穩定的流動噪聲［3］。

（2）氧化風機運行時，軸承溫度及振動均符合規范要求，但噪聲達95 dB（A），已超過《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB 12348—2008）規范要求，產生很高的低頻噪聲，難于降噪處理，同時也將嚴重危害運行、設備維護人員的職業健康。

2.2 電耗高

1 號塔氧化風機額定出口風壓為88.2 kPa，目前該風機采用工頻調節。在漿液液位為5.2 m 情況下，實際氧化風機出口風壓基本在58 kPa 運行。經統計日耗電量為512 kWh。

2.3 調節系統落后

目前該風機采用手動調節，當1 臺風機出現故障時無法實現連鎖啟動，給運行操作帶來不便。

2.4 效率低

目前氧化風機為定速調節，無法根據現場液位、漿液密度、管道堵塞程度等需要調整氧化風機的壓力和風量，造成風機能耗浪費，導致效率偏低。

2.5 經濟性差

實際運行中，脫硫塔液位控制為4.5 m～6.0 m，風機出口風壓為47.0 kPa～65.0 kPa，氧化風機額定出口風壓65.0 kPa 就能滿足現場需求。而目前氧化風機額定出口風壓為88.2 kPa，存在富裕余量偏大、大馬拉小車現象。

2.6 振動大

氧化風機運行過程中，氣流的串動帶來整機的振動，容易與管道形成共振，造成基礎松動、軸承磨損和轉子卡死的事故，穩定性與可靠性差。

2.7 保養維護難

（1）羅茨鼓風機故障率高、日常維護量大。經統計該公司2018 至2019 年度已發生多起設備缺陷，甚至1 號曝氣鼓風機已損壞并重新更換風機。

（2）羅茨風機結構較為復雜，運動部件多，同時很多零件屬于非標件，解體檢修及校正需要專用工具，部分保養校驗需到廠家維修中心進行，維護時間長、費用大。

3 改造方案比選

風機改造方案主要有3 個：方案一，將3 臺脫硫塔6 臺氧化風機改為母管制，用2 臺無油螺桿鼓風機替代原有6 臺羅茨風機，1 用1 備；方案二，保持原有運行方式，用無油螺桿鼓風機替代原有羅茨風機；方案三，在原有羅茨風機上加裝變頻器。具體改造方案比選詳見表2。

表2 改造方案比選

方案二土建投資大、安全可靠性低，一旦出現故障對生產造成影響較大；方案三無法徹底解決目前存在噪聲大、能耗高等問題，綜上比選，采用方案一對原有脫硫塔氧化風機進行改造。

4 改造實施過程

結合運行現場存在的問題，公司采用方案一對氧化風機實施改造，對改造后的1 號脫硫塔2 號氧化風機調整不同電機頻率進行四階段試驗，并對試驗及改造前后數據進行統計分析，噪聲從91.0 dB（A）降至71.0 dB（A），日耗電量從512 kWh下降至380 kWh。

4.1 第一階段試驗

漿液液位在5.2 m 左右，電機頻率調整為110 Hz，現場噪聲從91.0 dB（A）下降至76.7 dB（A），日耗電量從512 kWh 上升至540 kWh。試驗具體情況詳見表3。

表3 2019 年第一階段現場試驗數據

4.2 第二階段試驗

漿液液位在5.2 m 左右，電機頻率調整為100 Hz，現場噪聲從76.7 dB（A）下降至75.2 dB（A），日耗電量從540 kWh 下降至480 kWh。試驗具體情況詳見表4。

表4 2019 年第二階段現場試驗數據

4.3 第三階段試驗調整

電機頻率調整為95 Hz，現場噪聲從75.2 dB（A）下降至74.6 dB（A），日耗電量從480 kWh 下降至413 kWh。試驗具體情況詳見表5。

表5 2019 年第三階段現場試驗數據

4.4 第四階段試驗調整

電機頻率調整為90 Hz，現場噪聲從74.6 dB（A）下降至72.5 dB（A），日耗電量從413 kWh 下降至400 kWh。試驗具體情況詳見表6。

表6 2019 年第四階段現場試驗數據

4.5 改造成果前后對比

（1）電機頻率調整為85 Hz，現場噪聲為71.0 dB（A），日耗電量從400 kWh 下降至380 kWh，改造前后運行參數對比見表7。

表7 風機改造前后運行參數對比

（2）羅茨風機與無油螺桿鼓風機的各項性能對比見表8。

表8 羅茨風機與無油螺桿鼓風機的各項性能對比

5 結論

經過現場試驗并進行改造得出，無油螺桿鼓風機適宜用于脫硫塔氧化風機，完全可以替代原有羅茨風機，并具有如下優勢。

（1）環保效益：羅茨風機噪聲大，經現場測試達91.0dB（A），超過相關規范要求，改為無油螺桿鼓風機后，可下降至71.0dB（A）以下，大大降低噪聲對員工的職業健康危害。

（2）安全效益：無油螺桿風機自身配置PLC 控制系統，全自動智能化運行，對排氣壓力、溫度等現場數據進行在線檢測，可根據現場不同的氣量需求調節頻率，降低能耗；多臺設備間可以實現自動切換和故障報警、跳閘保護功能，防止設備故障和系統異常等不安全事件的發生。

（3）經濟效益：風機改造后，可節電4.15 萬kWh/（臺·a）；同時可節約維護成本0.38 萬元/（臺·a），經濟效益明顯。按每年運行300 d、標桿上網電價測算，可節約成本6.6 萬元/（臺·a）。