超凈排脫硫改造風機和煙道振動分析及對策

張永福,許懷鵬

引言

隨著國家對燃煤電廠大氣污染防治力度加大，特別是發改能源【2014】關于《煤電節能減排升級與改造行動計劃 》的實施，中國的東部和中部地區電廠的煙氣排放都應接近或達到燃氣輪機排放限值（SO2＜35 mg/m3、NOx＜50 mg/m3、煙塵＜5 mg/m3），超凈排已經成為一種不可阻擋的綠色發展時代潮流。馬鋼作為省國有企業積極響應國家號召，建立了以綠色發展戰略、清潔生產、綠色制造、污染物零排放和廢棄物循環再利用，持續削減主要污染物排放總量，減少鋼鐵生產全過程的炭石燃料消耗及溫室氣體排放。

1　項目概述

馬鋼熱電總廠作為鋼鐵行業自備電廠，南區三臺煤粉爐脫硫脫硝工程自2015年6月開始動工，到2015年9月投入運行，到2017年8月，歷時1年多時間，總體運行平穩，脫硫主要技術指標完全滿足煙氣排放標準。按照《煤電節能減排升級與改造行動計劃 》要求，2017年8月到10月又進行了超凈排改造工程，10月底投入運行。超凈排改造后，雖然煙氣排放指標達到超凈排要求，但改造后的三臺爐六臺引風機和公共煙道振動大，已經嚴重影響鍋爐滿負荷運行，問題的解決迫在眉睫。

2　設備系統概況

南區3臺煤粉爐為燃煤鍋爐母管制運行、超凈排改造前，3臺爐合用一個150 m煙囪，3臺爐最大煙氣量為（濕熱態）135萬 m3/h。脫硫裝置是布置在引風機房后混凝土煙囪北側，采用石灰石/石膏濕法煙氣脫硫，FGD系統在負荷40%～100%BMCR之間時脫硫效率達95%以上。排放指標：SO2濃度（濕）≤100 mg/m3、NOX濃度（濕）≤200 mg/m3、粉塵濃度（濕）≤30 mg/m3，脫硫工藝流程見圖1。

圖1　三爐一塔脫硫工藝流程圖

鍋爐型式：熱電南區三臺煤粉爐，均為單汽包自然循環高溫高壓煤粉鍋爐，鋼制構架，呈倒U形布置，汽包布置在爐前，燃燒器布置在爐膛的正四角，低氮燃燒，布袋除塵，最大耗煤量28.6 t/h，可摻燒30%（熱值比）高爐煤氣。鍋爐主要設計參數：最大連續蒸發量（ECR）為 220 t/h、蒸汽壓力 9.8 MPa、溫度540℃；引風機型號A15316-1.0848、數量6臺、流量319000 m3/h、全壓 8319 Pa、功率 1250 kW，工頻運行。

3　超凈排改造

3.1　改造方案

根據現行環保要求和馬鋼熱電總廠發展規劃，2017年8月底開始實施了超凈排改造，10月底投入運行。此次改造主要內容：封堵原煙囪入口，由直排鋼煙囪(出口標高80 m)排入大氣；對原有第一層噴淋層噴嘴進行更換，使噴淋管路漿液成錐形均勻噴出；新增循環泵丁作為第四層噴淋漿液泵，并配套相應噴淋管路及單向雙頭噴嘴；脫硫塔出口除霧裝置采用氣動高效除塵除霧器；更換風機出口增加隔離閥。原有漿池段、煙氣穩定段、引風機、石膏脫水系統、廢水預處理系統、工藝水系統、漿液排空系統、壓縮空氣系統以及DCS邏輯和控制系統不變。

3.2　改造后運行存在的問題

此次超凈排改造歷時45天，1#、2#和3#爐相繼投入運行，在系統投入運行中我們發現，1#—3#爐風道、風機軸承座振動很大，三臺爐振動情況基本相同。現場測讀公共煙道振動產生的噪音最大達108db(離振源1 m位置)，振動最大點位置在風機出口閥附近，有部分支撐在振動中產生脫落。三臺爐引風機軸承座振動最大超過20 mm/s（對980 r/min風機，振動一般有小于6 mm/s），振動最大點都是水平（H）方向，位置在4處，見圖2。

圖2　機組傳動與測點布置簡圖

由于振動大大超過規定值，為了確保設備安全，鍋爐只有降負荷運行，1#～3#爐只能勉強帶80%不到負荷運行，生產處于十分被動局面。振動相對較大的3#爐甲引風機水平振動波形見圖3。

圖3　3#爐甲引風機水平（4H）振動波形

3.3　問題分析和對策

此次超凈排改造后運行和改造前相比，煙道和風機振動明顯加大，鍋爐不能滿負荷運行，分析其原因主要有以下幾方面。

（1）煙道設計流速由原來的12 m/s每秒提高到流速15 m/s，在彎頭處產生沖擊，此處煙道支架在自由度方向控制不夠，出現橫向位移，造成振動。采取對策：對煙道支架自由度方向進行控制，對煙道支架的固定形式作改進，增加限位擋塊，同時，將現有的固定支撐改為彈性支架，并對煙道外面進行了補強措施。

（2）超凈排改造由于廢除了原來的煙道，新的風機出口煙道布置位置受到很大限制，造成風機出口到煙道之間過渡風道擴散角度過大。從風機振動波形來看，風機出口風道氣流有紊流現象發生，風機振動隨機性較大。采取對策：在每臺風機出口閥處沿氣流方向增加了二片長度為1000 mm、高度為200 mm分隔板，以減少紊流現象發生。

（3）從風機振動速度頻譜和振動波形可以看出，風機水平振動（4H）主要頻率為27.197 Hz，在風機擋板調整過程中，最大振動超過20 mm/s，如果長時間超限運行，可能會造成風機軸承的損壞。采取對策：通過入口擋板，控制風機即鍋爐負荷，明確風機水平最大振動值控制在8 mm/s以下運行。

通過以上原因分析和制訂的對策，在分別對三臺爐整改后，煙道和風機振動有不同程度的減少，公共煙道振動產生的噪音下降到90 db，三臺爐引風機震動最大不超過8 mm/s，鍋爐負荷在95%以上運行。在這里值得一提的是我廠南區三臺煤粉爐在脫硫改造中，由于引風機電機選型過大（原是550 kW提高到1250 kW），造成風機入口擋板節流損失大、風機外殼振動大，總廠一直準備實施引風機變頻改造，但由于多方面原因沒有實施，此次超凈排改造產生的振動，加速了變頻改造進程，在11月份完成了3#爐變頻改造，此項改造除了節約廠用電以外，改造后的風道和風機軸承座振動大幅度下降，風機最大振動軸向4.0 mm，風道噪音下降到85 db。基于3#爐變頻改造效果，1#、2#變頻改造也正在進行中，我們有理由相信，1#、2#變頻改造后，煙道和風機震動大的問題將徹底得到解決。

5　結論

針對老系統母管制鍋爐超凈排改造而言 ，由于各電站現場條件、燃料條件和工藝流程相差很大，特別是進入脫硫塔前公共煙道安裝位置，往往受場地制約，煙道的走向、變徑和轉向的地方，不可能完全滿足氣體流動規律，所以，很多問題需要在各自實踐中探索和總結，但從本項目實施過程中，我們總結出如下經驗：

（1）公共煙道盡量減少固定支撐，盡可能使用彈性或其他柔性支撐，這樣對減少煙道振動大有幫助。

（2）煙道在變徑和轉向的地方，盡可能遵守氣體流動規律，變徑不可以過大，在轉向的地方應安裝倒流裝置。

（3）由于超凈排改造，公共煙道的阻力有所增加，這會影響到停運鍋爐引風機隔離，如果沒有可靠的隔離裝置，會產生煙氣向備用爐倒灌現象，同時，對煙道內壁進行防腐處理。

（4）為了進一步降低公共煙道和風機本體震動，降低廠用電率，有條件企業盡可能使用變頻風機。