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燃煤火电机组脱硫系统氧化风机的选型 陆伟 中国大唐集团环境技术有限公司 北京 1 0 0 0 9 7 摘要 本文 分析 了燃煤 火电机 姐脱硫 系统氧化风机 的选 型的方法和 流程 ， 相信对从 事相关 工作 的同行 能有所裨 益。 关键词 燃煤 脱硫 氧化风机 选型 中图分类号 T M 6 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 - 3 7 9 1 2 0 1 3 0 4 c 一 0 0 8 8 0 2 中国能源 资源以煤 炭为主 。 在 电源 结 构方面 ， 今后 相 当长的时 间内以燃煤发 电 机组 为主的基本格局 不会改变 ， 由此造成 了严重的环境污染， 特别是S O 即酸雨的污 染 。 火 电厂的S O， 排放量在全国S O 总排放 量中 占有相 当的 比例。 近年来 ， 随着国民经 济的发 展和人 民生 活水平的提高 ， 我国加 大 了对 环境 污染的治 理 ， 控制燃煤 电厂 的 S O， 排放 ， 推行 电力洁净生产和改善我国的 大气环境 质量 有着十分重要的意义 。 1 脱硫系统概况 燃 煤脱 硫方法分类 。 燃煤 脱硫 方法可分 为三大类 燃烧 前 脱硫 ， 燃烧中脱硫， 燃烧 后脱硫 。 燃煤后烟气脱硫F l u e G a s D e s u l f u r i z a t i o n ， 简称F G D。 按脱硫过程是否加水和脱 硫产物的干湿形态可分为湿法、 干法和半 干 法 。 湿 法脱硫技 术成熟 ， 效率高 ， C a ／ s 比 低 ， 运行可靠 ， 操作简单 ， 湿式钙法 简称湿 法 烟气脱硫技术是3 种脱硫方法中技术最 成熟 、 实际应用最 多、 运 行状况最稳定的脱 硫工艺。 在大型火电厂中 ， 9 0 ％以上采用湿 式石灰 ／石灰石一石膏法烟气脱硫 工艺 流 程 ， 对高硫煤脱硫效率 达到9 O ％以上。 在 石灰石湿 法烟 气脱硫系统 中 ， 高 压 鼓风机 用于吸收塔 的强制氧化系统 。 氧 化 系统的氧化风 机的作 用是产生一定压力的 空气 ， 并送至吸收塔氧化池内， 为吸收塔浆 池 中的浆液提 供充 足的氧化空气 ， 在搅拌 器的作用下， 氧气和亚 硫酸盐 进行化学 反 应 ， 生成稳定的硫酸盐 即石膏 。 所 以在 系 统脱硫过 程中 ， 氧化风 机的性 能直接影 响 到脱硫副产品的品质。 烟气S O2 的脱除过程 是一个非常复杂的体系 ， 反应机理复杂 ， 但 其原理可 以用 以下总反应式表示 石灰法 S O， Ca Ol ／2 H 0一Ca S O 1 ／2 H， O 石 灰 石 法 SO， CaCO 1 ／2 H， O Ca SO3 ’ 1／2 H2 OCO 2 2 设备选型原则 设备选型的三个基本原则 1 生产上适 用， 所选择的设备是和生产工艺的实际需要 ； 2 技术上先进 ， 它以生产适用为前提 ， 以获 得最大经济效益为 目的， 防止选择 即将淘汰 的设备； 3 经济上合理。 应将生产上适用 、 技 术上先进和经济上合理三者统一权衡。 2 ． 1风机选型 电厂脱硫常用的鼓风机有 罗茨鼓风机 双叶、 三叶 和离心鼓风机 多级离心、 单级 离心 ， 它们有其各 自的特点。 1 罗茨 鼓 风 机 。 属于是 容积式 气体 压缩 机 ， 工作原理 是 由两 个叶轮 或三叶 在箱体内互为反方 向匀速旋转 ， 使箱体和叶轮所 包围着的一 定量的 气体 由吸入的一侧输送到排 出的一 侧。 其特点是 气体脉动变大 ， 负荷变化大 ； 强制流量 ， 在设计压力范 围内， 管 网阻力变 化时 其流量变 化很小 ； 适 用于 在流量要求 稳定而 阻力变 化幅度较大 的工作场合。 对 于脱硫系统来 说 ， 在吸收塔运行 液位上下 波动的情 况下可以提供稳定 的氧化风量 。 罗茨风机 的工作 曲线对于压力和流量的适 应 范 围较 小 ， 对 于 高 含 硫 量 的 脱 硫 系统 一 般采用两用一备 的方案 。 脱硫建设初期采用进 口产品较 多， 后因 为其价格昂贵， 而采用了价格低廉的国产产 品。 罗茨风机噪音大， 振动高 ， 效率低 ， 本体 漏风率高 约1 0 ％ ， 润滑油渗漏等缺点， 其风 量调节只能采用变频调速和出风管放气， 变 频调速 设备本 身的价格比鼓风机价格还要 高， 出风管放气则造成能量浪费， 噪声污染。 在灞桥电厂等处进行的性能试验表明， 设备 性能不佳的罗茨风机随着阻力的变化 ， 相应 的风量也会 出现较大波动 ， 从而不能满足脱 硫系统的需求。 三叶罗茨风机相对于传统的 双叶一 定程度 上提高在阻力较大工作场合 的适应性 ， 风机效率也有一定改善 ， 但受风 量凤压要求的局限性仍然很大。 2 离 心鼓 风机 。 离心鼓风机又分为 多级低速和单级高 速 ， 单级和 多级离心鼓风 机都是工作轮在 旋转 的过程 中 ， 由于旋转 离心 力的作用及 工作轮 中的扩 压流动 ， 使 气体的速度得到 提高 ， 随后在 扩压器 中把 速度能转化为压 力能 。 不 同的是单级离心风 机只有一组叶 轮， 空 气的压缩是一次压缩完成的 ， 而多级 离心鼓风机在 一根主轴上 有多组叶轮 ， 空 气的压缩是在 多组叶轮 间逐 步完成的。 由 于离心风 机是 依靠提高空气的流动速度即 空气动能 来压缩空气提 高压力 ， 所以要获 得同样的压 力 ， 单级离心风机 的叶轮必须 要比多级风机 的转速高数十 倍 ， 通常情况 下多级离 心鼓 风机 的转速 只有数千转 ， 而 单级离心风机 的转速可以高达数万转 。 离心式风机较容积式风机具有供气连 续、 运 行平衡 ， 效率高 、 结构简单 、 噪声低 、 外型尺寸及重量小 、 易损件少等优点。 但也 有随 吸收 塔液 位变 化流量 波 动较大 等特 点， 需配备相应的风量调节装置。 单级高速 风机 较 多级风 机流道短 ， 减少了多级间的 流道损失 ， 并采 用进风导叶片 调节风量方 式， 风机效率较高 。 但由于压力的提供很大 程度上依靠转 速的提高 ， 而转 速的提供受 到平衡 、 润滑及材料性能等多方面的限制 ， 所以单级 离心风机的控制和维护保养特别 重要 ； 同时 由于高转速带 来诸 多部件如叶 片等磨损较大 ， 对风机轴承要求较高 。 正因 8 8 科技资 讯 SC I EN C E ＆ TE C H N0 LO GY I N F ORMAT I ON 工业 技术 如此 ， 单级离心风机 叶片材料需选 用合 金 钢 ， 并且采用整体铣制工艺 ， 因此价格较 昂 贵 。 而多级离心风机叶片全部为焊接工艺 ， 风机运行可靠性 降低。 2 ． 2风机的性能．效率、节能、噪声方面的 对 比 1 由于脱硫氧化鼓风机 的功率大 ， 通 常2 4 小时连续运转 ， 所以提高鼓风 机的机 械效率 ， 所带来的节能效应也是 可观 的。 现 今 国内电厂整改燃用 高硫煤普遍用单级高 速离 心鼓风 机做 为氧 化风机 来替 代 原 罗 茨、 多级鼓风机 。 下面对三种风机的性能特 点进行 比较 。 罗茨 鼓风机 由于 周期性 的吸 、 排 气和 瞬时 等容压 缩造成 气 流速 度和压 力 的脉 动 ， 因而会 产生较大 的气体 动 力噪声 。 此 外 ， 转子之 间和转子 与气缸之 间的 间隙会 造成气体泄漏， 从而使效率 降低 ， 其效率在 6 8 ％左右 ， 罗茨 式氧化风机 出口需要喷 淋 降温设备 ， 避免氧化空气 进 Iq处浆液 与高 温、 干燥的氧化空 气接触后 ， 浆液由于快速 干燥 而导致出现结 晶的结垢现象 ， 氧化空 气在 入塔前进行喷水冷却 ， 使之 降温 ， 并达 到饱和 。 罗茨风机在运行中的噪声高达 l 1 0 分贝以上 ， 且为低频段噪音 ， 需对风机进行 特 别处理 ， 普遍采用隔音房 来降低噪声 。 但 是这就提高了隔音房里电机的运行温度 ， 影 响电机的安全运行。 因此实际运行中各厂基 本上会拆除隔音罩 ， 造成噪音无法控制 。 多级离心鼓风机气体经过几级叶轮的 离心力及扩压 器连续扩 压 ， 使气体压 力得 到升高 ， 虽然效率有所提高 ， 但调控特性较 差 ， 在流化 系统复 杂变化的工况条 件下运 行效率低， 一般在7 3 ％ 左右， 噪声高达1 0 O 分 贝 以 上 ， 噪音 也 较 大 。 单 级 高速 离心 鼓风 机 利用 三 元流 理 论， 定速通过入 I 1 挡板调节 ， 效率不会随 着 时间的变化 ， 并考虑 了流体的损失最 小， 效 率最高的一种节能 离心 风机 ， 通过 高速 电 机或齿轮箱增速 ， 使鼓风机转速在8 0 0 0 ～ 3 0 0 0 0 间工作， 效率可达8 3 ％以上 ， 比其他风 机节能 1 0 ％～2 0 ％左右 ， 具有明显的节能效 果， 目前首选机型。 由于液面高度的变 化 ， 会导致背压的变化 。 单级 高速离心鼓 风机 可调节范围为4 5 ％～l 0 0 ％， 自动化控制程度 非常高 ， 在定速的条件 下能够适应变 液面 高度工况要求。 单级高速离心鼓风机 出I 1 温 度低于 罗茨、 多级鼓风机， 温升在5 O℃以下 ， 不需使用冷却器来冷却， 只利用原氧化风喷 淋设备 ， 即可避免喷气 口结 垢的风险 。 为脱 硫氧化系统的提效改造提供装备支撑 。 2 使用寿命方面。 由于运 行转速非 常高 ， 单级 高速 离心 鼓风机用于氧化系统 的叶轮采用锻不锈钢 材料叶轮 ， 以应对气体冲击磨损 ， 提高使用 工 业 技 术 S O IE N O E ＆T E C H N 0 L 0 G Y 表 1 类别 罗茨风机 多级低速鼓风机 单级高速鼓风机 压缩方式 容积型鼓风机 使用转轴 旋转型鼓风机 使用二元流叶轮 旋转型鼓从 L 【 便用兀流叶轮 风量控制 固定 无变化 通过变频器 风量可调 5 0 ％-1 0 0 ％ 随时间变化， 轴承磨损， 振动加大， 密封 性能变化 随时间变化转轴磨损效率下降 无变化 ，与时 间无关 磨 损 ，效率下降。 噪音 1 O O d B 9 0～1 0 o d B 9 0 d B 振动 严重 一般 小 类别 罗茨风机 多级低速鼓风机 单级高速鼓风机 效 率 6 5 ％～7 0 ％ 7 0 ％～7 5 ％ 8 0 ％以上 尺寸 小 大 中等 润滑油 定期维护 定期维护 定期维护 整机 2 0 年 寿 命 1 O年至 1 5年 2 0年 轴承1 0 年 价格 低 中等 高 表 2 型号 BK D-7 0 0 0 流量 1 3 1 ． 7 N m ／ mi n 风机 压力 1 ． 1 5 k g f ／ c m 口径 3 0 0 A 氧化风机 2 级 转速 1 4 5 0 r ／ m i n 型号 YKK4 0 0 0 4 4 功率 3 5 5 k W 电动机 电压 6 0 0 0 V 电流 4 2 ． 5 A 表 3 风机形式 罗茨风机 多级离心 单级高速离心鼓风机 流量 Il l N／ h 1 2 1 0 3 l 2 1 0 3 1 2 1 0 3 压 力 k p a 1 0 0 l 0 0 1 0 0 轴功率 k w 4 5 0 4 0 5 3 5 0 电机功率 k W 5 6 0 5 0 o 4 5 0 年运行小时 h 8 O o o 8 0 0 0 8 0 O 0 年电量 k Wh 3 6 0 0 0 0 0 3 2 4 0 0 O 0 2 8 0 o o 0 O 按年 3 6 5 天计算 单价 电 按 0 ． 4 元／ k Wh 寿命； 罗茨风机一般是铸造灰铁制成 ， 加工 精度低 叶轮仅工作表面加工 ， 剩余不平衡 量大 ， 风机振动 大 、 易磨 损 ， 而磨损后 风机 性能 降低很大 。 总体 来说 离心风机的 使用 寿命 和检修周期都 比 罗茨风 机长 。 自动化 程度高 ， 故障率低 。 3 传动部分。 罗茨风 机采用 皮带 传动 ， 总体运 行 比 较稳 定。 安装或维 护不 当时 ， 皮带易打滑 。 离心风机采用齿轮箱 联轴器传动， 轴承采 用滑动轴承 ， 低速端采用圆柱瓦， 高速端 采 用可 倾瓦结构 ， 确保 了高速旋转时轴 承运 转稳 定 。 同时 齿轮箱 采用水平剖分 结构 易 於拆 卸与 维护 ， 同时采 用油泵强制润 滑 的 循环 方式 ， 使风机 在运转 过程 中避免 主轴 与轴瓦接触磨损。 整套系统较为复杂， 故障 点多 ， 可能造成风 机运 行的 危险点增加 ， 对 保 护系统要求较 高。 4 风 机 出 口风 温 。 罗茨 风机采 用压 缩气 体的 方式做 功 ， 风机 出 口温度一般在 1 2 0 度左右 ， 通过减温 水 可以保 证进入吸 收塔气温 满足要求 ， 但 风温 传热 到轴承 ， 造成轴承温度高 ， 风机运 行风险增 大。 离心风 机 出口风温 也会 达到 l 0 0 度左右 ， 但对风机本体运行影 响不大。 5 对 比 表 如 表 1 。 6 配置及运行控制。 单级高 速离心鼓 风机标准 配置中包含 了鼓风机 系统、 管路仪控 系统 和P L C控制 系统 ， 实现 开机， 运 行检测 、 流量 检测 、 报 警 、 跳 闸保 护、 喘振保护 、 故障记录 等所有 运行参 数的 自 动控制 及实时 监控 。 有效 地 保证 了鼓风机长期稳定运 行 ， 一次性 投资 比多级离心鼓 风机、 罗茨鼓风机要高 。 而多 级 离心鼓风机、 罗茨风机标 准配置 维鼓风 机 系统和进 出口温度仪表 ， 业主还需现 场 制造管路 仪控及逻辑控制 系统 。 7 后期 的 维护量和维护成本 。 罗茨鼓风机智能化程 度低 巡检 人 员的 工作量较大 ， 同时罗茨鼓风机 叶轮 不平 衡 量大 ， 风机振动 大、 易磨损后期 的维护成本 较大 而单级高速离心鼓风机 智能化 程度 高 ， 平时几乎无维护量 ， 使用寿命 长 ， 维护 成本很小 ， 是罗茨鼓风机所不可 比拟 的。 8 脱硫项目氧化空气的系统特点 。 ．氧化 风扎流量一般 为吸收 塔所需 流 量的5 0 ％， 流量 裕量为l 0 ％， 压 力损 失考虑 管道阻力及浓 面阻力后留有1 0 ％的余量。 随 着脱硫机组 的 容量变大 ， 发 电机组燃煤 煤 质含硫量的增加。 F GD系统 的氧化风机 的 风量、 压头 不昕 加大 ， 罗茨风机 由于本身设 备的局限性 覆 量一般在t 0 0 0 0 N m 以下， 压 头在8 0 k P a 以下 ； 无法向更大容量提升， 因 此在高含硫量 、 大容量的脱硫 机组 中罗茨 风 机 不 太 适 用 ． 徐 塘 4、 5 脱硫 改 造 项 目 流量 已大干或接近l 0 0 0 0 N m 标态， 湿基 ， 压头达l O 0 k P a ， 显然罗茨鼓风机不太适用 ， 但这对单级高速鼓风 机来讲却是常规设计 参数 。 工程实例也说明 了这点， 如据 了解北 京京能热 电1 2 脱硫 系统氧化风机原为江 苏 百事 德生 产的两 套 串联 罗茨双 级风 机 一用一备 ， 设计参数如下 如表2 。 原罗茨鼓风机运 行起来存在运行不稳 定 ， 经常因振动大后造 成机器损坏检修不 断 ， 脱硫系统 一直不能正常运行 ， 另外还存 噪音大 、 能耗高、 自动化程度低， 夏季性能偏 小等缺陷。 北京京能于2 0 1 O 年对原罗茨鼓风 机进行 了改造 ， 采用了节能环保型单级高速 鼓风机D1 4 5 - 2 ． 1 6 ， 投产至今运行一直很稳 定， 节能效果也很明显． 京能热电于2 0 1 2 年3 月又签订了一台单级高速鼓风机替代原先 江苏百事德生产的罗茨鼓风机。 徐塘虎山两 项 目相关设计参数与北京京能热电的参数 较 相 似 ， 所 以 选 罗 茨鼓 风 机 应 不 适 合 。 下表为对于江苏徐塘发 电公司4 、 5 脱硫改造项 目选用罗茨风机、 多级离心风机、 单级高速离心风机运行的经济性比较 如表3 项 目脱硫系统单台炉氧化风机的配置为 一 用一备， 整个项目氧化风机实为两用两备 因此根据上表可计算出采用单级高速离 心鼓风机方案比罗茨风机方案年节约电费为 3 6 0 0 0 0 0 - 2 8 0 0 0 0 0 0 ． 4 2 6 4 0 0 0 0 元 综上所述认为， 从技术较度讲罗茨鼓风 机在徐塘虎山两项 目上应用是不合适的， 采 用单级高速离心鼓风机更为理想可靠。 单级 高速鼓风机虽一次性投资较 罗茨鼓风机大 ， 但单级高速鼓风机后续维护成本较少 ， 同时 单级高速鼓风机节能效果明显 ， 两年就可以 收回比罗茨鼓风机多投入的钱 ， 对于特许经 营项 目这种环保节能 型的产品因综合经济 效 益明显 ， 应 为首选产品。 参考文献 [ 1 ]翟鸣秋 ． 论火力发 电厂烟气脱硫装置的 改造[ c ] ／ ／ 重庆市电机 工程学会2 0 l O 年 学术会议论文集 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ]邱世平 ， 韩月荣 ． 6 0 0 MW 电厂烟 气脱硫 装置设备选型及工艺设计特点[ c ] ／ ／中 国环境科学学会， 2 0 0 6 ． 科技资讯 S C I E N C E ＆ T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N 8 9