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单级高速离心风机在 350 MW 燃煤电厂烟气脱硫工艺 节能改造中的应用 李红星 1 陈活虎 2 俞基宏 1 陈池 2 1. 宝山钢铁股份有限公司电厂， 上海 201900;2. 上海宝钢节能技术有限公司， 上海 201900 摘要 火力发电厂脱硫氧化风机常采用罗茨鼓风机， 但其存在效率低、 能耗高、 噪声大的不足。单级高速离心鼓风机以 其环保、 高效、 低噪等优势在市政水处理中得到大量应用， 但在脱硫中很少使用。通过工艺对比和对单级高速离心鼓 风机替代罗茨风机进行可行性分析并完成改造。改造后结果表明 单级高速离心鼓风机完全可替代脱硫罗茨风机， 可 实现节能， 同时不改变脱硫石膏的品质， 且可降低噪声水平。 关键词 单级高速离心风机;脱硫;节能 DOI 10. 7617 /j. issn. 1000 － 8942. 2013. 03. 015 APPLICATION OF SINGLE HIGH SPEED CENTRIFUGAL BLOWER IN ENERGY SAVING RENOVATION IN FLUE GAS DESULFURIZATION OF 350MW COAL FIRED POWER PLANT Li Hongxing1Chen Huohu2Yu Jihong1Chen Chi2 1. Power Plant，Baoshan Iron ＆ Steel Co． ，Ltd，Shanghai 201900，China; 2. Shanghai Baosteel Energy-Saving Technology Co． ，Ltd，Shanghai 201900，China AbstractRoots blowers are often used as oxidization fan in desulfurization of thermal power plants． But they are inefficient， energy-consuming and noisy． Single high speed centrifugal blower has some good merits，such as environmentally-friendly， energy saving and low noise，so it has been widely applied in water treatment of municipal facilities． Unfortunately，it has rarely been used in flue gas desulfurization． Comparison shows that the centrifugal blower can be applied in desulfurization． The actual application demonstrates that the high speed centrifugal blower is really able to take the place of Roots blower and save a good deal of energy． It will maintain the good quality of the gypsum and reduce noise level． Keywordssingle high speed centrifugal blower;desulfurization;energy-saving 1概述 火力燃煤电厂排放的二氧化硫占全社会排放总 量的 50 ， 目前我国大量电厂已经新增烟气脱硫装 置， 并以湿法脱硫为主 ［1- 2］。在烟气湿法脱硫中， 烟气 中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙发生反应， 反应生成 的亚硫酸钙在吸收塔底部的持液槽被氧化风机鼓入 的空气强制氧化， 最终生成石膏。电厂脱硫氧化风机 通常大都采用罗茨风机， 以满足脱硫对氧化风机大流 量、 大压升的工艺要求。 罗茨风机为容积式风机， 输送的风量与其转数成 比例。风机叶轮与壳体内表面形成工作腔， 在电机的 带动下风从进风口输送到排出侧。罗茨风机结构简 单， 内腔不需要润滑油， 运转平稳， 性能稳定， 适应多 种用途， 但其也存在一些明显不足 1设计效率低。罗茨风机中主动叶轮通过啮合 驱动从动叶轮， 要消耗额外的能量。同时， 叶轮间及 叶轮与壳体的间隙也有容积损失， 导致效率降低。另 外， 罗茨风机常采用的皮带传动效率较低。以上因素 决定罗茨风机的效率一般都不超过 60 。 2运行噪声大。罗茨风机叶轮内高、 低压空气 在出口处融合， 导致气动噪声很大。另外， 不可避免 的机械摩擦也会产生噪声。脱硫罗茨风机的噪声一 般都超过 85 dB。 3设备运行费用高。发电负荷的变化使得罗茨 风机长期不在额定工况下运行， 致使能耗较高， 运行 效率通常比设计效率低 10 以上。 55 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 目前国际上出现了一种单级高速离心风机， 它通 过提高电机转速， 采用三维流体优化设计， 做到了效 率高、 噪声低， 并使其全压覆盖罗茨风机的全压范围， 目前单级高速离心风机在水处理方面有大量成功应 用 ［3- 5］， 特提出以单级高速离心风机替代罗茨风机的 节能应用研究。 2单级高速离心风机特点 单级高速离心风机外形如图 1 所示， 其优良性能 主要从以下方面体现 图 1 K-Turbo 单级高速离心风机 1气膜轴承 气膜轴承的采用使其摩擦损失极 小， 且不需油润滑， 噪声也有所降低。 2永磁电机和驱动机 采用变频直驱方式， 启动 电流低， 并可根据需求调节转速， 保持设备运行的高 效率， 电机效率达 95 以上。 3高精度铸造叶轮 在设计时进行了三维气动、 结构、 热传递、 机械强度等分析， 在保证结构强度的同 时确保了高效率和低噪声。 高速离心风机由于转速高， 噪声水平较高， 但通 过优化设计， 增加隔声罩可有效降低噪声级别， 从目 前水处理中的实际运行情况看， 其噪声水平比罗茨风 机要低 5 dB 左右。 3单级高速离心风机用作脱硫氧化风机的可行性分析 电厂烟气脱硫吸收剂吸收二氧化硫后， 在浆液池 中经曝气强制氧化， 使其中的 SO2 － 3 氧化成稳定的 SO2 － 4 ， 从而达到有效去除 SO2。强制氧化曝气的原理 和水处理鼓风机曝气的原理基本相同， 都是将空气鼓 进有一定深度的液体中， 经与液体中成分进行生物或 化学反应， 达到脱硫或生物处理的效果。因此， 采用 单级高速离心风机替代罗茨风机在原理上可行。 此外， 采用单级高速离心风机作为脱硫用强制氧 化风机， 还必须在气体流量、 压升、 温升等方面满足要 求， 与罗茨风机相比较如表 1 所示。由表 1 可知 在 水处理工艺中大量采用的单级高速离心风机完全能 应用在烟气脱硫工艺的强制氧化工艺中。 表 1罗茨风机与单极高速离心风机工艺性能对比 项目罗茨风机单级高速离心风机 输送介质 压缩空气压缩空气 气体压升随浆 液 池 水 位 改 变， ≤100 kPa 随浆液池水位改变， ≤100 kPa， 实现自动调节 气体流量 大流量运行， 富余量大可根据工艺需求自适应调节 气体温升 ≥100 ℃ ， 需要冷却≤80 ℃ ， 不需冷却 4采用单极高速离心风机进行节能改造 4. 1原有罗茨风机运行现状 4. 1. 1罗茨风机选型规格 某电厂 350 MW 燃煤机组设计脱硫烟气流量为 1 600 000 m3/h， 温度为 160 ℃ ， SO2浓度为 2 000 mg/ m3， 脱 硫 吸 收 塔 直 径 为 13. 2 m， 塔 内 浆 液 高 度 为 9. 5 m。氧化风机采用国产罗茨鼓风机进行鼓风， 一 用一备。其工艺性能参数见表 2。 表 2脱硫罗茨风机规格参数 项目规格型号 风机型号罗茨式风机 额定流量 / m3min － 1 106. 2 额定升压 /kPa 98 额定转速 / r min － 1 980 电机功率 /kW 280 额定电压 /kV 10 额定电流 /A 21. 3 占地面积 /m210 4. 1. 2罗茨风机电耗水平 从 2012 年 6 月 14 日 10 00 开始， 罗茨风机连续 运行 至 2012 年 7 月 16 日 11 30， 机 组 连 续 运 行 769. 5 h， 同期间氧化风机电表读数从 21 537 kW 增 加至 191 745 kW， 故统计期内氧化风机的平均运行 功率为 221. 2 kW。 4. 2单级高速离心风机选型 采用进口单级高速离心风机替换原来的罗茨式 风机， 利用两者的效率差能做到节电。在进行单级高 速离心风机设备选型时遵循了以下原则 1考虑进口流量和出口压力是否满足设计要求。 2满足 1 条情况下选效率最高的型号。 3考虑可调节的流量范围最大型号的风机。 65 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 4选定最经济的型号。 根据以上原则， 最终确定选用 TB250- 1. 0T 型风 机， 该风机采用全自动控制， 其运行点还可根据实际 情况作自动调节。该风机设计相关参数见表 3。 表 3单级高速离心风机设备技术参数 数量 / 台 额定电 压 /V 额定流量 / m3min － 1 额定压 力 /kPa 额定功 率 /kW 电机转速 / r min － 1 13801119818532 000 重量 / kg 入口管 径 /mm 出口管 径 /mm 长度 / mm 宽度 / mm 高度 / mm 925DN400DN3001 3001 3001 756 从表 3 可以看出 这种新风机的结构非常紧凑， 占地面积很小， 而且整个装置的重量很轻， 对基础的 要求也很低。所选用的单级高速离心风机的性能曲 线如图 2 所示， 可以看出其具有较高的运行效率， 具 有较宽的高效区范围。 4. 3改造后效果 4. 3. 1工艺性能分析 湿法脱硫技术要求脱硫副产物为石膏， 其品质须 满足 JC /T20742011烟气脱硫石膏 标准的要求， 本次节能改造采用新型氧化风机后， 其改造后工艺性 能方面主要体现在脱硫石膏的品质上， 图 3 为节能改 造前后脱硫石膏的主要品质情况。6 月 18 日为采用 图 2TB250- 1. 0T 单级高速风机性能图 高速离心风机作为氧化风机的时间节点， 从 1 月 4 日 至 6 月 1 日为改造前， 6 月 18 日及之后为改造后具 体情况。 由图 3 可知 改造前， 二水硫酸钙的质量分数为 83. 2 ～ 96. 7 ， 均值为 90. 82 ; 半水亚硫酸钙的 质量分数为 0. 06 ～ 0. 39 ， 均值为 0. 18 。采用 高速离心风机作为氧化风机后， 二水硫酸钙的质量分 数为 88. 5 ～ 93. 2 ， 均值为 90. 2 ; 半水亚硫酸钙 的质量分数为 0. 04 ～ 0. 32 ， 均值为 0. 19 。可 见， 改造后对脱硫石膏的品质基本无影响， 对脱硫工 艺性能亦无明显影响， 且改造后脱硫石膏也基本满足 现行烟气脱硫石膏的品质要求。 图 3改造前后脱硫石膏主要成分变化 4. 3. 2节能分析 经过为期一周的拆装改造， 单级高速离心风机投 入实际运行。新设备投入运行后， 从 2012 年 7 月 25 日 14 00 开始， 罗茨风机连续运行至 2012 年 9 月 5 日 15 10， 机组连续运行 1 009. 3 h， 同期间氧化风机 电表读数从 46 080 kW 增加至 185 230 kW， 因此统计 期内氧化风机的平均运行功率为 138 kW， 相比较改 造前， 节电率高达 37. 7 。 根据改造前后氧化风机平均运行功率， 可得到改 造后系统的节能效果。当年度运行时间为 7 200 h 时， 相当于年节电量为 600 000 kWh。 下转第 131 页 75 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 ξ1 k { 0. 781. 001. 001. 000. 64 1. 001. 001. 000. 781. 00}，ξ2 k {0. 780. 781. 000. 780. 640. 780. 78 0. 781. 000. 78}， ξ3 k{ 0. 640. 64 0. 780. 540. 470. 410. 540. 540. 64 0. 47}， ξ4 k { 1. 000. 641. 000. 78 1. 000. 540. 780. 780. 641. 00}，ξ5 k { 0. 370. 410. 470. 410. 330. 370. 41 0. 410. 410. 41}。 将上述 ξj k代入 rj 1 10∑ 10 k 1 ξj k可得候选方 案对理想方案的关联度 r1 0. 92 ，r2 0. 81 ，r3 0. 57 ，r4 0. 82 ， r5 0. 40 。 经归一化后得到 5 个评价因素的权重集为 wj { 0． 2610． 2300． 1620． 2330． 114}。 4． 2． 5计算灰色关联度 根据式 7 可得出ε1 0. 597，ε2 0. 829，ε3 0. 642 很明显，ε2＞ ε3＞ ε1。因此， 方案 2 即回收 卫生填埋为最佳的城市生活垃圾处理方案。 5结论 通过灰色关联法， 进行城市生活垃圾处理方案的 优选， 简易可行， 并具有一定的客观性和准确性， 应用 在类似的方案优选中， 可得出一定的结论并作为参考。 参考文献 ［1］劳期团． 环境管理使用技术方法［M］． 北京 中国环境出版社， 1994． ［2］唐然， 龙腾锐， 龙向宇． 模糊 － 灰色关联法在污水处理工艺优 选中的应用研究［J］． 给水排水， 2008， 34 S1 335- 339． ［3］Jia Zhenyuan，Ma Jianwei，Wang Fuji，et al．Characteristics forecasting of hydraulic valve based on grey correlation and ANFIS ［J］． Expert Systems with Applications， 2010， 37 1250- 1255． ［4］YukoSassa， YasuyukiTaki， HikaruTakeuchi， etal．The correlation between brain gray matter volume and empathizing and systemizing quotients in healthy children［J］． Neuro Image，2012， 60 2035- 2041． ［5］刘思峰， 党耀国， 方志耕， 等． 灰色系统理论及其应用［J］． 北 京 科学出版社， 1991． ［6］王浙明， 史惠祥， 苏雨生， 等． 灰色关联模型用于工程方案优化 ［J］． 中国给水排水， 2002，18 81- 84． 作者通信处张朝升510006广州市大学城外环西路 230 号广州 大学土木工程学院 电话 020 39366961 E- mailgdzcs 126． com 2012 － 10 － 19 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 57 页 按 10 000 kWh 折合3 t 标煤， 可折合年节省标 煤为 180 t。 4. 3. 3其他 改造后， 经检测， 氧化风机的噪声水平为 83 ～ 87 dB， 相比较改造前， 噪声水平略有下降。可见有利 于降低噪声， 改善环境。 5结论 高速离心风机应用于烟气脱硫系统中， 作为氧化 风机替代原有罗茨风机， 通过节能测算和实际运行效 果评 估， 改 造后可 做到 节 能、 降 噪， 年 节 约 标 煤 为 179. 9 t， 噪声水平下降约 2 ～ 3 dB， 且不影响脱硫石 膏的品质， 具有一定的工程应用和借鉴意义。 参考文献 ［1］王志轩， 潘荔， 杨帆， 等． 中国电力工业 “十一五” 节能减排成效 及问题思考［J］． 环境工程技术学报， 2012， 2 2 81- 89. ［2］冯金煌， 陈活虎． 脱硫喷淋塔除尘的影响因素及效果分析［J］． 环境工程，2010， 28 3 70- 72， 84. ［3］宋文清． 空气悬浮离心鼓风机在污水处理厂中的应用［J］． 城 市道桥与防洪， 2010 8 114- 116. ［4］何相之． 污水处理工程中高速单级透平鼓风机的应用［J］． 通 用机械， 2006 1 51- 52. ［5］谢长焕， 王鹏， 孟玉， 等． 空气悬浮离心鼓风机及其在污水处理 厂的应用［J］． 中国资源综合利用， 2008， 26 9 31- 32. 作者通信处陈活虎201900上海市同济路 999 号上海宝钢节能 技术有限公司 7 号楼 1005 室 E- mailchenhuohu 163． com 2012 － 11 － 21 收稿 131 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期