燃煤電廠煙氣脫硫氧化風(fēng)機的節(jié)能優(yōu)化實踐

丁得龍

（浙江天地環(huán)保科技股份有限公司 浙江杭州 310013）

引言

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝采用石灰石（主要成分為CaCO3）漿液作為脫除煙氣中二氧化硫的吸收劑，該技術(shù)具有操作彈性大、負(fù)荷適應(yīng)性強、脫硫效率高、運行可靠等優(yōu)點，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種煙氣脫硫技術(shù)[1]。

石灰石經(jīng)破碎研磨成粉狀后與水混合制備成含固量在25%～30%的石灰石漿液，在吸收塔內(nèi)，煙氣與石灰石—石膏漿液進(jìn)行氣、液接觸混合，煙氣中的二氧化硫（SO2）與漿液中的碳酸鈣（Ca-CO3）反應(yīng)生成亞硫酸鈣（CaSO3），CaSO3再與氧氣進(jìn)一步反應(yīng)生成石膏（CaSO4·2H2O），最終實現(xiàn)脫除SO2的目的。

煙氣脫硫過程主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

吸收過程：

氧化過程：

為了充分利用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫過程中的副產(chǎn)物，提高脫硫石膏品質(zhì)，煙氣脫硫系統(tǒng)中廣泛采用強制氧化工藝。氧化風(fēng)機向吸收塔漿池中提供足夠的氧化空氣，將脫硫反應(yīng)中生成的半水亞硫酸鈣（CaSO3·1/2H2O）氧化為硫酸鈣并結(jié)晶生成石膏。在煙氣脫硫系統(tǒng)中，氧化風(fēng)機大都采用羅茨風(fēng)機以滿足脫硫系統(tǒng)對氧化風(fēng)大流量、高壓升的工藝要求[2]。但羅茨風(fēng)機存在噪聲大、能耗高等問題，因此，需對現(xiàn)有氧化空氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降噪改造。

1 氧化空氣系統(tǒng)存在的問題

目前，燃煤電廠的脫硫氧化風(fēng)機大多選用羅茨鼓風(fēng)機。羅茨鼓風(fēng)機屬于容積式氣體壓縮機，其工作原理是通過一對轉(zhuǎn)子的嚙合使進(jìn)氣口與排氣口隔開，轉(zhuǎn)子在箱體內(nèi)互為反方向勻速旋轉(zhuǎn)將氣體從吸氣口推移至排氣口。羅茨風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡單，排風(fēng)量較為穩(wěn)定，但存在能耗高、噪聲大、故障率高等缺點[3]。

1.1 能耗高

羅茨風(fēng)機的輸送風(fēng)量較為穩(wěn)定，基本保持不變，羅茨風(fēng)機的出口壓力主要受脫硫吸收塔漿池內(nèi)液位和漿液密度的影響，因此當(dāng)脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，羅茨風(fēng)機的輸出功率基本穩(wěn)定[4]。當(dāng)機組長期在負(fù)荷低或燃煤硫份低的工況下運行時，將向吸收塔內(nèi)輸送過量的氧化空氣，從而造成能源浪費。此外，羅茨風(fēng)機轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與氣缸之間的間隙會導(dǎo)致氣體泄漏，使工作效率進(jìn)一步降低。

1.2 噪聲大

由于氣體周期性壓力脈動、氣體紊流等原因[5]，羅茨風(fēng)機在運行過程中將產(chǎn)生強度高、危害大的氣體動力性噪聲。在實際運行中發(fā)現(xiàn)羅茨風(fēng)機噪聲強度達(dá)到100dB 以上，嚴(yán)重超過85dB 的生產(chǎn)車間噪聲限值，嚴(yán)重影響運行人員的職業(yè)健康。所以，不得不采用隔聲罩對羅茨風(fēng)機進(jìn)行降噪處理，然而這容易導(dǎo)致風(fēng)機、電機在夏季溫度過高，影響運行安全[6]。

1.3 故障率高

由于風(fēng)機振動大、旋轉(zhuǎn)部件不平衡量大、轉(zhuǎn)軸易磨損等原因，羅茨風(fēng)機的皮帶故障、軸承溫度異常升高、風(fēng)機振動異常等情況經(jīng)常發(fā)生[7]，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的安全運行。隨著羅茨風(fēng)機使用年限的增長，設(shè)備維護(hù)量逐漸加大，設(shè)備零部件更換頻繁，維護(hù)成本也逐漸增高。

2 問題解決措施

近年來，隨著對氧化風(fēng)機節(jié)能降耗、噪音、運行可靠性等方面的要求逐漸提高，單級高速離心風(fēng)機、空氣懸浮風(fēng)機等在脫硫系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

2.1 單級高速離心鼓風(fēng)機

單級高速離心鼓風(fēng)機的工作原理是通過原動機驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，由軸向進(jìn)入葉輪的氣流被加速，然后進(jìn)入擴壓腔內(nèi)減速，將動能轉(zhuǎn)換成勢能（壓能）。由于離心風(fēng)機是通過提高空氣流速最終空氣的動能轉(zhuǎn)化為空氣的壓能，因此，單級離心鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速需高達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)[8]。

2.2 空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機

空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機是近幾年興起的新型風(fēng)機設(shè)備，采用一體化結(jié)構(gòu)（高速電機+離心風(fēng)機），通過高轉(zhuǎn)速來保證風(fēng)量和風(fēng)壓達(dá)到設(shè)計要求，利用空氣懸浮軸承使風(fēng)機的回轉(zhuǎn)軸在高速轉(zhuǎn)動時處于懸浮狀態(tài)。

2.3 技術(shù)性能對比

工藝設(shè)備選型時，主要從生產(chǎn)的適用性、技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟的合理性等方面考慮，對氧化風(fēng)機具體選型時，還應(yīng)考慮風(fēng)量、可調(diào)節(jié)性能、電耗、噪音、運行維護(hù)等方面。對羅茨風(fēng)機、單級高速離心鼓風(fēng)機及空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機三種風(fēng)機進(jìn)行技術(shù)性能比較結(jié)果如表1 所示。

表1 不同型式氧化風(fēng)機技術(shù)性能對比

由表1 可知，羅茨風(fēng)機適用于流量小、工況穩(wěn)定的條件，但其噪聲大、電耗高、自動化程度低、故障率高、運行維護(hù)成本高；單級高速離心鼓風(fēng)機適用于流量高、有一定風(fēng)量調(diào)節(jié)要求的工況，其噪聲、電耗、自動化程度、故障率、運行維護(hù)成本在三種風(fēng)機中均處于中等水平；空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機風(fēng)量可調(diào)節(jié)范圍大，且具有噪聲低、電耗小、自動化程度高、故障率低、運行維護(hù)成本方便等優(yōu)勢。

3 脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機節(jié)能改造

某電廠300MW 燃煤機組煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法高效脫硫工藝，一爐一塔配置。氧化風(fēng)機采用羅茨風(fēng)機，傳動方式為帶聯(lián)，設(shè)備參數(shù)詳見表2。經(jīng)分析，羅茨風(fēng)機運行效率低、噪聲大（風(fēng)機隔音罩外實測110dB（A））、故障率高（根據(jù)2018年統(tǒng)計脫硫氧化風(fēng)機設(shè)備缺陷達(dá)70 條），已經(jīng)不適應(yīng)煙氣脫硫系統(tǒng)的運行需要，考慮到氧化風(fēng)機節(jié)能降耗、環(huán)保等方面的要求，于2019 年對氧化風(fēng)機進(jìn)行升級改造。經(jīng)技術(shù)對比分析后，選用空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機替換原有羅茨風(fēng)機。

表2 原有羅茨風(fēng)機參數(shù)表

升級改造措施為：拆除原有的1 臺羅茨風(fēng)機，將其更換為空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機，與剩余的1 臺羅茨風(fēng)機形成一用一備。原有氧化空氣系統(tǒng)母管保持不變，將更換后的氧化風(fēng)機出口接至原有氧化空氣管道系統(tǒng)。正常運行時由1 臺空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機向系統(tǒng)提供氧化風(fēng)。改造后氧化風(fēng)機的設(shè)備性能參數(shù)如表3 所示。

表3 空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機性能參數(shù)表

4 脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機改造后效果分析

（1）對脫硫系統(tǒng)的影響。氧化風(fēng)機改造后設(shè)備運行平穩(wěn)、可靠，排風(fēng)量和壓升均能滿足脫硫系統(tǒng)需要。改造后吸收塔內(nèi)的漿液成份、石膏結(jié)晶和煙氣脫硫效率均無明顯變化，因此，氧化風(fēng)機的改造對煙氣脫硫反應(yīng)基本無影響。

（2）節(jié)能降耗方面。原有脫硫氧化風(fēng)機的電源電壓為6kV，正常運行電流為18.2A，經(jīng)測算其實際運行功率約為160.76kW，羅茨風(fēng)機的比功率為0.028kW/（Nm3/h）。改造后，空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機的平均運行功率約為119.53kW，比功率為0.021kW/（Nm3/h），其節(jié)能率為25.65%。該機組的年實際運行時間為7660h，則節(jié)電量為315821.8kWh，按廠用電價為0.4253 元/kWh，則單臺機組每年節(jié)約電費約13.43 萬元。

（3）噪聲方面。空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機投運后，氧化風(fēng)機房實測噪聲約77dB（A），與原有的110dB（A）相比明顯下降。

（4）故障率方面。設(shè)備投產(chǎn)運行一年，氧化風(fēng)機的設(shè)備故障率明顯降低，運行維護(hù)工作減少，僅需定期對濾網(wǎng)進(jìn)行清理。

結(jié)語

針對原有氧化風(fēng)機在實際應(yīng)用中存在的諸多問題，在經(jīng)過技術(shù)性能比較后，選用空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗升級改造。改造后，節(jié)能率為25.65%，單臺機組每年節(jié)約電費約13.43 萬元，氧化風(fēng)房內(nèi)設(shè)備噪音由110dB（A）降至約77dB（A），設(shè)備故障率和運行維護(hù)工作明顯減少。

與傳統(tǒng)的羅茨風(fēng)機相比較，空氣懸浮永磁變頻離心風(fēng)機具有風(fēng)量可調(diào)節(jié)范圍大、噪聲低、電耗小、自動化程度高、故障率低、運行維護(hù)成本方便等技術(shù)優(yōu)勢，可在煙氣脫硫系統(tǒng)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。