300 MW 機組脫硫氧化風機運行方式優化分析

張超

(貴州金元集團鴨溪發電公司，貴州遵義563108)

某發電公司裝機4×300MW，1號機組于2005年1月19日投產，4號機于2006年8月8日投產，脫硫系統為一爐一塔單元式配置，采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，石灰石漿液將煙氣中SO2吸收生成亞硫酸鈣，再經氧化風機采用就地氧化方式〔1〕生成硫酸鈣結晶化合物 CaSO4.2H2O，即石膏。機組額定煙氣流量1 200 000 Nm3/h(標準干態)，脫硫吸收塔入口煙氣設計SO2含量為12 500 mg/Nm3， 出口煙氣 SO2濃度＜400 mg/Nm3。

1 氧化風機運行情況分析

脫硫氧化風機屬于多級離心風機，氣體經過幾級連續壓縮，獲得所需要的壓力，進入吸收塔進行氧化處理，每臺脫硫吸收塔配置兩臺氧化風機，一運一備，各項銘牌參數見表1。

表1 氧化風機性能參數表

通過長期的現場觀察及運行數據顯示，該氧化風機具有以下運行特點:

1)風機啟動電流高，達到1 450 A，電流返回慢，長達20 s左右；

2)風機在額定電流下運行，振動經常超標，在使用稀油站強制供油循環潤滑冷卻及開式強制軸承冷卻水冷卻的情況下軸承溫度仍居高不下，還需外置強制冷卻，故障率高；

3)調小入口門開度，降低風機出力，將運行電流降至110 A(額定電流的80%)左右運行，振動仍偏高，軸承溫度仍然偏高；

4)氧化風機運行中噪音較大。長期以來，氧化風機故障率較高，風機振動大和軸承溫度高未得到有效解決。為滿足現場系統運行需要，風機需外送進行動平衡試驗，檢修工期長，檢修維護費用較高，設備可用率較低，長期威脅脫硫系統的安全運行。同時氧化風機電耗也較正常運行高，諸多因素困擾脫硫系統氧化風機安全穩定可靠的運行，因此需要進行一系列優化工作來解決這些問題。

2 原因分析和優化試驗

2.1 脫硫吸收塔所需的氧化風量計算 (按設計值)

1)脫硫吸收塔入口煙氣含SO2質量:

額定煙氣流量×額定SO2含量＝1200000 Nm3/h×12 500 mg/Nm3＝15 000 000 g/h

2)脫硫吸收塔入口煙氣含SO2的物質的量:

SO2質量÷SO2摩爾質量＝15 000 000 g/h÷64 g/mol＝234 375 mol/h

3) 根據2CaCO3＋2SO2＋O2＋4H20＝2CaSO4·2H20＋2CO2↑，得出需要的O2的物質的量為:

234 375 mol/h÷2＝117 187.5 mol/h

4)空氣中氧氣的含量約為20%，因此需要的空氣的物質的量為:

117 187.5 mol/h÷20%＝585 937.5 mol/h

5)根據標況下空氣氣體摩爾體積為22.4 L/mol，則所需空氣體積為:

585 937.5 mol/h×22.4 L/mol＝13 125 000 L/h

即13 125 000 L/h÷1 000 L/Nm3÷60 min/h＝218.75 Nm3/min

2.2 問題分析

通過脫硫吸收塔所需氧化空氣的計算結果與氧化風機參數對比發現，所需的氧化空氣量218.75 m3/min大大低于該風機的額定出力500 m3/min，初步判斷風機出力釋放不足，風機長時間在一半額定出力以下運行，是風機運行不穩定、故障率高的主要原因，再進一步通過現場試驗進行分析驗證。

2.3 優化性試驗

根據吸收塔所需的氧化風量接近氧化風機額定出力一半的情況，并結合現場的設備系統布置和工藝流程等實際情況，探索性的采取單臺氧化風機通過風機出口聯絡管供相鄰兩個吸收塔的運行方式進行運行優化試驗，觀察風機本身的運行狀態變化和各參數趨勢等情況、脫硫吸收塔漿液品質、石膏品質以及整個脫硫相關系統的運行情況。從系統運行參數和風機運行參數分析優化試驗的效果。

2.4 主優化試驗的相關控制措施

用一臺氧化風機供兩個吸收塔的運行方式在運行調整上需要關注的主要問題:

1)相關的兩個吸收塔的總阻力要整體匹配平衡，需要控制好吸收塔的液位、吸收塔的漿液密度及各閥門的開度等，防止氧化空氣只進入一個吸收塔，而另一個吸收塔無氧化空氣的情況發生；

2)密切監視脫硫吸收塔漿液各項參數特別是亞硫酸鹽含量在規程規定的范圍內；

3)觀察石膏品質是否正常，各項參數是否正常；

4)由于一臺氧化風機供兩個吸收塔，風機故障、跳閘等造成的影響范圍較大，需要加強監視、認真調整、精心操作，同時將潤滑油泵維持連續運行狀態，保證備用氧化風機隨時可靠備用。

3 優化后的成效

3.1 運行成果

經過兩個月觀察，控制好相關兩個吸收塔的液位參數，使分別進入兩個吸收塔的風量合理匹配，取得如下運行成果:

1)氧化風機本身的運行狀況得到了明顯的改善，風機出口溫度下降10℃左右，風機軸承垂直/水平/軸向振動分別下降了 30 μm/35 μm/25 μm 左右，軸承溫度下降了8℃左右且穩定，已經不需要外置冷卻設備，整個風機組的故障率大大降低；

2)脫硫吸收塔漿液品質正常、各項漿液指標正常，重點監視的氧化效果良好，亞硫酸鹽含量正常，脫水正常，石膏成品各項參數正常，脫硫系統運行正常、平穩，SO2排放正常、穩定；

3)氧化風機運行中噪音有所降低，已從原來的95 dB下降至65 dB。

3.2 經濟成果

3.2.1 直接經濟成果

由于一個單元的兩個吸收塔只需要運行一臺氧化風機，風機電耗大大降低，產生的經濟效益計算如下:1)P＝ 3 UIcosФ＝6 300×140×0.87÷1 000＝767.34 kW；2)每月每單元可省電:767.34×24×30＝552 484.8 kWh；3)每月全廠可省電:552 484.8×2＝1 104 969.6 kWh；4) 全年可省電:1 104 969.6×12＝13 259 635.2 kWh； 5) 根據貴州省目前的上網電價0.336 3元/kWh，計算產生直接經濟效益:0.3363×13259635.2＝4459215.318元＝445.92萬元。

3.2.2 間接經濟成果

采用新的優化運行方式，整個氧化風機運行穩定性得到了大大提升，降低了風機組的軸承、葉輪、電機、電機軸承等的故障率，檢修周期明顯加長，檢修工作量大大降低，同時檢修材料費用、相關的人力投入及外委動平衡費用等均大大降低，達到了降低檢修費用的目的。

4 結論

某發電公司脫硫系統用現有的一臺氧化風機供兩個吸收塔，避免產生大的設備技改費用，從根本上解決了困擾該廠十余年的脫硫氧化風機運行不穩定、故障率高、設備可用率低的問題，同時大大降低了廠用電耗，具有較大的經濟價值。

中國發電企業的脫硫工藝系統起步相對發達國家較晚，存在設備選型、工藝設計、設備布置、現場施工等一系列需要深入考慮的問題，特別是對于部分300 MW的小機組，運行使用壽命已過半。針對同批次設計的類似機組存在類似的情況，如果進行大規模的技改，勢必產生較大的費用，造成投資的浪費，通過這種運行方式上的合理優化，既不產生技改費用，又能解決設備運行本身存在的問題，還能大大降低電耗，提高運行的經濟性。

〔1〕曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.