燃煤电厂烟气脱硫工程中增压风机的选型研究.pdf

中国科协 2005 年学术年会 11 分会场暨中国电机工程学会 2005 年学术年会论文集 1 燃煤电厂烟气脱硫工程中增压风机的选型研究 燃煤电厂烟气脱硫工程中增压风机的选型研究 杨凤岭 段成杰 滕斌 窦连玉 （华电国际邹县发电厂，邹城市，273522） 摘 要对烟气脱硫系统中增压风机的布置、选型等方 面进行了研究，对静叶可调轴流式机和动叶可调轴流风 机进行了经济技术比较，并具体分析了工程实例，为电 厂烟气脱硫增压风机的选择提供参考。 关键词燃煤 烟气脱硫 增压风机 选型 1 概述 湿法脱硫工艺系统中，自锅炉引风机来的烟 气进入吸收塔中洗涤脱硫，经脱硫后送回尾部烟 道进入烟囱排放。由于烟气流经原烟道、烟气烟 气换热器（GGH） 、吸收塔、净烟道、挡板门等阻 力设备，需设置增压风机来克服整个脱硫系统设 备的阻力。脱硫风机的选型、布置位置和结构型 式等对满足环保要求、降低脱硫工程的造价、优 化脱硫系统方案都有较大影响，是保证脱硫系统 运行性能和可靠性的重要设备。 增压风机 吸收塔 原烟气 GGH 烟囱 图 1 增压风机布置位置 2 增压风机系统位置的确定 如果脱硫系统设有烟气换热器（GGH） ，增压 风机可以布置在四个位置， 即 GGH 上游原烟气侧 （A 位置） ，吸收塔入口侧（B 位置） ，吸收塔出口 侧（C 位置） ，GGH 下游净烟气侧（D 位置） 。按 照布置位置及相应的烟气条件，增压风机可以分 为 “干风机”和“湿风机”两种类型。 增压风机布置在 GGH 上游的原烟气烟道上 （A 位置） ，通过风机的烟气为干态原烟气，通常 这种风机不需要任何防腐措施，此时风机归类为 “干风机” 。但是因为在 FGD 系统中此处的烟气 温度最高，所以体积流量是最大的，这样就导致 风机容量的增大，与布置在净烟气侧的风机相比， 无论风机容量还是电耗都要大得多。另外这种布 置方式会导致在 GGH 内原烟气向净烟气侧泄漏， 会降低系统的脱硫效率，而且此位置烟尘的含量 也最大，磨损也比其他位置严重。但是由于这样 布置不存在腐蚀问题，风机的寿命要长得多。 对于布置在 GGH 出口和吸收塔进口之间原 烟气烟道的方案（B 位置） ，虽然烟气体积流量大 大降低了。但是此时温度已经低于露点温度，而 且烟气未经处理，腐蚀性最强，风机必须采用适 当的防腐措施，所以总投资不一定下降。应当说 此处的运行条件是最恶劣的。 增压风机布置在吸收塔出口或 GGH 净烟气 出口的方案为“湿风机”方案，湿风机用来输送 的是含有饱和蒸汽的烟气。这两种方案的最大优 点是风机容量较小，特别是位置 C，此处烟气温 度一般低于 50℃，降低了运行费用，而且由于 GGH 净烟气侧的压力大于原烟气侧的压力，泄漏 问题也得到了解决。虽然此处烟气已经经过吸收 塔处理，但是还是存在腐蚀性介质，如果不采取 防腐蚀措施，长期运行逐渐浓缩，还是会造成严 中国科协 2005 年学术年会 11 分会场暨中国电机工程学会 2005 年学术年会论文集 2 重的腐蚀问题，所以此类风机必须采取防腐措施， 另外，位置 C 在实际布置时往往位置很高，风机 支架，烟道的设计都比较困难，风机一般采用立 式布置，投资额增加幅度非常大。这种布置方案 在国外有运行业绩，其运行成本低的优势体现也 比较明显，但由于初投资太高，所以并未推广。 根据国内的实际情况，一般增压风机都布置 在 A 位置， 也就是 GGH 上游原烟气侧的方案。 这 样增压风机可以实现国产化，也大大降低了初投 资。 3 增压风机的选型 如果增压风机布置在 A 位置，增压风机的运 行条件与锅炉引风机是相同的，选型方式也类似， 一般可以根据需要，在离心风机、静叶可调轴流 风机和动叶可调轴流风机之间进行选择。在目前 国内 300MW 以上机组大型锅炉上， 动调轴流风机 和静调轴流风机均占有较大比例。表 1 列出了国 内部分 600MW 机组引风机配置情况。 表 1 国内部分 600MW 机组引风机配置情况 电厂 名称 哈三电厂 二期 邹县电厂 三期 吴泾电厂 八期 扬州 二电厂 河北 定曲电厂 广东 台山电厂 引风机 型式 双吸双速离心 风机 动叶可调轴流 风机 动叶可调轴流 风机 单速 离心风机 静叶叶可调轴 流风机 静叶叶可调轴 流风机 随着机组容量的大型化，风机的介质流量较 大，离心风机体积大、占地大，检修起吊困难的 弊端，使其较少被采用，轴流风机则得到广泛的 使用。在烟气脱硫工程中，增压风机一般选择轴 流风机。由于动调轴流风机和动调轴流风机在结 构特性、运行维护、功率消耗以及初投资等方面 各有特点，不同的工程应该根据具体实际情况进 行分析和选择。表 2 对动调、静调增压风机的技 术经济性能进行系统的比较，为增压风机的选择 提供依据。 表 2 动调、静调增压风机的技术经济比较 项目 静叶可调风机 动叶可调风机 设备结构 以叶轮子午面的流道， 沿着流动方向急剧 收敛，气流速度迅速增加获得动能，并通 过后导叶、 扩压器的设计是风机性能的关 键。风机对叶轮入口条件不太敏感，采用 简单的入口调节方式可以获得较好的调 节性能。风机结构比较简单，转速比动叶 可调轴流风机低。 有一套液压调节系统，可以在运行中调节动叶片的安 装角，改变风机特性使之与使用工况相适应。风机较 为轻巧，但转子外沿线速度较高，风机转速较高。 由于有一套液压调节系统，结构上比较复杂。由于风 机转速较高，转子重量和整机重量较轻，转动惯量较 小，配用电机较小。 风机效率 风机效率曲线近似呈圆面， 风机在 T.B 点 和 BMCR 工况时，也能达到较高效率，在 带基本负荷并可调峰的锅炉机组上，其与 动调风机的电耗相差不大。 当机组在汽机 带定额负荷工况或更低负荷下运行时，风 机效率下降的幅度比动叶可调轴流风机 大。 风机效率曲线近似呈椭圆面，长轴与烟风系统的阻力 曲线基本平行，风机运行的高效区范围大。风机 T.B 点和 BMCR 时，均能达到较高效率，当机组在汽轮机带 额定负荷工况或更低负荷下运行时，风机效率下降的 幅度是几类风机中最小的。因此，风机耗功少，运行 费用低。 磨损 风机转子外沿的线速度较低，对入口含尘 量的适应性比动叶可调轴流风机要好，当 含尘量在 400mg/Nm3 下时， 叶片寿命不低 于 2 万小时。理论和实践均表明，风机叶 轮的耐磨寿命与风机转子速度的平方成 反比， 因此作为引风机静叶可调轴流风机 有其优势。 风机压力系数小，则风机达到相同风压是需要的转子 外沿线速度高，相应的磨损情况要比其他形式的风机 严重。如不对动叶可调等部件进行耐磨处理，则不能 承受含尘量超过 150mg/Nm3 的工况。即使进行了耐磨 处理，一般要求的烟气含尘量不超过 300mg/Nm3。 维护费用 风机的结构比较简单，需要维护的部分 少。后导叶是最主要的易损件，通常后导 叶设计成可拆卸式，更换方便。同时叶轮 叶片经过12个大修后还可在原轮毂上实 风机有一套复杂的液压调节机构，其相应的检修工作 量较大 （主要是密封件的检修维护、 油系统漏油问题） 。 需要经常检修维护的部件主要是动叶片。换下的叶片 若未伤及母材，重新喷焊耐磨材料后还可以使用，但 中国科协 2005 年学术年会 11 分会场暨中国电机工程学会 2005 年学术年会论文集 3 项目 静叶可调风机 动叶可调风机 现 34 次更换叶片处理， 进一步延长叶轮 的寿命。 在喷漆过程中需要加热，会引起叶片的变形，一般来 说，整形工作电厂完成较为困难，最好由制造厂完成。 运行费用 风机可以采用滚动轴承油脂润滑，轴承座 采用强制通风冷却。运行维护费用均低。 尤其目前国产液压元件质量不稳定，其可 靠性高的优点更为突出 风机带循环油站的滚动或滑动轴承结构，运行维护费 用高。 设备初投资 低 高 功率消耗 高 低 通过表 2 的比较，我们可以看到，在性能方 面，动叶可调轴流风机采用液压调节，风机的调 节灵活性和准确性均优于静叶可调轴流风机，风 机的效率高，经济性好。特别在锅炉额定负荷和 部分负荷下，动叶可调轴流风机的效率优于静叶 可调轴流风机；初投资方面，静叶可调轴流风机 本体的初投资比动叶可调轴流风机低，但静叶可 调轴流风机的电机功率、转动惯量、启动力矩和 电机级数均大于动叶可调轴流风机，静叶可调轴 流风机的电机成本大于动叶可调轴流风机的电机 成本；运行维护方面，静叶可调轴流风机动力消 耗比动叶可调轴流风机高，运行成本高，但静调 风机结构简单，没有复杂的液压调节系统，轴承 采用脂润滑，不需油站和水冷却系统，相应可靠 性也较高，动调风机相比检修工作量较大；对于 风机最易磨损的后导叶，静调风机为可拆卸式， 可在不停机的情况下更换。而动调风机后导叶为 固定式，必须停机，返厂维修，费用大大高于静 调风机。 综上所述，静叶可调轴流式风机在初投资和 维修方面有优势，而动叶可调轴流式风机在运行 性能方面有优势，在选择时应根据工程实际情况 来考虑。 4 工程实例分析 邹县发电厂三期 2600MW 机组烟气脱硫技 改工程和四期 21000MW 机组烟气脱硫新建工 程目前都已招标完毕，三期烟气脱硫主体工程已 经开工，在增压风机的选择上，根据工程的具体 情况，都选择了动叶可调轴流式风机，下面以四 期工程为例，对动调和静调轴流风机的技术经济 性进行分析比较。 （1）性能和功耗的比较 运行时间按 7500 小时/年，平均工况点按 70 ％BMCR。 表 3 动叶可调轴流风机性能参数 TB 100BMCR70BMCR50BMCR 流量 m 3/s 731.5648.3 429 313 入口温度℃ 124.4114.4 112 106 全升压 Pa 3720 2800 2000 980 全压效率％ 85 86 80 40 轴功率 KW 3139 2291 1051 752 电机效率％ 96 95 94 90 输入功率 1118 表 4 静叶可调轴流风机性能参数 TB 100BMCR70BMCR50BMCR 流量 m 3/s 731.5648.3 429 313 入口温度℃ 124.4114.4 112 106 全升压 Pa 3720 2800 2000 980 全压效率％ 80 80 63 24 轴功率 KW 3335 2463 1336 1254 电机效率％ 96 95 94 90 输入功率 1421 中国科协 2005 年学术年会 11 分会场暨中国电机工程学会 2005 年学术年会论文集 4 表 5 动调轴流风机与静调轴流风机性能和功耗的比较 静叶可调轴流风机动叶可调轴流风机 年运行小时 7500 7500 平均工况点 70BMCR 70BMCR 输入功率 kW 1421 1118 年耗电 10657500 8385000 电费*0.25 元/kWh 2664375 2096250 电费**0.35 元/kWh 932531 733688 费用*相差 0.25 元/kWh 568125 元/年 费用**相差 0.35 元/kWh 795375 元/年 *指所节省的电量不能销售到电网上去 **每度电的销售价格。如果所节省的电量可 以销售到网上，那么节省的电量等于多销售了这 些电，这些多销售的电量是没有任何成本的。 （2）结构尺寸方面 由于风压较低，相对于动调轴流风机，静调 风机必须选择较小的转速，因此，在风机尺寸和 机械设计上，这二者有较大的差别。如下表所示 表 6 动调轴流风机与静调轴流风机结构参数的比较 静叶可调轴流风机动叶可调轴流风机 风机转速 rpm 370 740或 590 叶轮直径 mm 5250 4480 转子转动惯量 kgm 2 24000 8800 转子重量 kg 19000 9800 风机重量 kg 80000 60000 最大检修重量 kg 17000 8000 电机容量 kW 3700 3500 不含电机的风机尺寸，长宽高 m189.88.8 148.77.3 所需起吊空间 大约 5 米 大约 3 米 从上述比较可以看出，在这种场合，静叶风 机的尺寸要比动叶风机大的多。若选择静叶风机 所需的空间也大的多，风机基础也大的多。另外 需进行考虑的是，其保温面积也大，所需的检修 件重量也大的多。由于风机的转动惯量和电机尺 寸要大很多，所配套的供电系统的设计，启停时 间和启动负荷也有很大的区别。 （3）维护和备品备件 动调轴流风机需对轮毂中的调节部件、液压 系统和主轴承进行维护。典型的备件需求如下 主轴承6～10 年 轮毂的磨损件6～10 年 液压缸的旋转密封3～4 年 叶片8～10 年，指平均烟气含尘量在 150mg/Nm 3情况下。 静调轴流风机的维护量主要是入口导叶和主 轴承。与动调轴流风机相比，其备品备件量较少 入口导叶轴承4 年 入口导叶6～8 年 主轴承6～10 年 较少的维护工作量是静叶风机同动叶风机相 比的一大特点，但随着含尘量的降低，使得动调 轴流风机的维护工作量同静叶轴流风机相比并不 是特别多。估计每台动调风机的每年维护成本大 约比静叶轴流风机多 25 万元 RMB。 由于更换静叶轴流风机的叶片并不很容易， 因此需配置一个完整的叶轮作为备件，但对于动 叶轴流风机，所有部件，包括轮毂，都可以在现 场进行更换，叶片和一些轮毂的内部件。 （4）成本比较 动调轴流风机和静调轴流风机的投资成本比 较见下表。由于目前国内还没有任何厂商设计或 生产过这样大小的动调轴流风机，价格的组成按 进口转子为基础。 中国科协 2005 年学术年会 11 分会场暨中国电机工程学会 2005 年学术年会论文集 5 表 6 动调轴流风机与静调轴流风机成本比较 单位万元 静调轴流风机动调轴流风 机 风机本体 550 700 进口叶轮，国产静态件 电机 150 100 国产电机。 基础 10 同动调风机相比 保温 10 同动调风机相比 事故备件 30 同动调风机相比 总计 760 800 相对投资成本 40 同静调风机相比 每年的维护成本 25 同静调风机相比 相对成本 0.25 元/kWh 56.81 万元/ 年 同动调风机相比 相对成本 0.35 元/kWh 79.54 万元/ 年 同动调风机相比 相对运行成本和维 护成本 21.8154.54 万元/年 同动调风机相比 从上表可以看出，动调轴流风机的起始成本 只比静调轴流风机高 40 万元，但静调风机的运行 和维护费用要高于动调轴流风机。 每台动调轴流风机的初投资高40 万元 运行费用节省21.81～54.54 万元/年 回收期限9 个月～22 月 （5）结论 由于动调轴流风机的复杂设计，其价格要高。 同样维护成本也较高。然而，要考虑风机基础的 成本、电机、管道的保温等，风机的差价实际上 要远低于所想象的。而且随着风机设计的进一步 优化以及运行调节技术的日益改善，动调风机的 维护成本不断降低，仅比静调风机的维护成本略 高。如果综合考虑整体运行的经济效率，对于投 资动调轴流风机所多增加的一点成本，可以得到 比其他投资更多的回报。从整体综合看，对于 1000MW 机组的增压风机，配置两台动调轴流风 机是最佳的。 5 结束语 增压风机虽然属于脱硫系统的辅助设备，但 是其结构特性及运行性能会影响到脱硫系统的运 行性能和运行可靠性，其与锅炉吸风机的配合好 坏也会影响到主机运行的稳定性，所以增压风机 的选型也是个十分重要的问题。由于各个电厂的 煤质、烟气特性、负荷分配等诸多因素都不相同， 每个电厂脱硫工程都有自己的具体特点，以及考 虑到场地条件、经济性等方面的原因，在选择脱 硫增压风机时应该根据具体情况具体分析。 参考文献 [1] 顾恒庆,万方.电站大型风机的选择.热机技术， 2001 年第 1 期. [2] 许涛,孙芳.脱硫风机的研究与应用.山东电力技 术.2000 年第 3 期. [3] 华电国际邹县发电厂烟气脱硫工程招投标文 件.2005 年 3 月