燃煤電廠煙氣脫硫氧化風機的節能優化實踐

丁得龍

（浙江天地環保科技股份有限公司 浙江杭州 310013）

引言

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝采用石灰石（主要成分為CaCO3）漿液作為脫除煙氣中二氧化硫的吸收劑，該技術具有操作彈性大、負荷適應性強、脫硫效率高、運行可靠等優點，是目前技術最成熟、應用最廣泛的一種煙氣脫硫技術[1]。

石灰石經破碎研磨成粉狀后與水混合制備成含固量在25%～30%的石灰石漿液，在吸收塔內，煙氣與石灰石—石膏漿液進行氣、液接觸混合，煙氣中的二氧化硫（SO2）與漿液中的碳酸鈣（Ca-CO3）反應生成亞硫酸鈣（CaSO3），CaSO3再與氧氣進一步反應生成石膏（CaSO4·2H2O），最終實現脫除SO2的目的。

煙氣脫硫過程主要發生的化學反應方程式為：

吸收過程：

氧化過程：

為了充分利用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫過程中的副產物，提高脫硫石膏品質，煙氣脫硫系統中廣泛采用強制氧化工藝。氧化風機向吸收塔漿池中提供足夠的氧化空氣，將脫硫反應中生成的半水亞硫酸鈣（CaSO3·1/2H2O）氧化為硫酸鈣并結晶生成石膏。在煙氣脫硫系統中，氧化風機大都采用羅茨風機以滿足脫硫系統對氧化風大流量、高壓升的工藝要求[2]。但羅茨風機存在噪聲大、能耗高等問題，因此，需對現有氧化空氣系統進行節能降噪改造。

1 氧化空氣系統存在的問題

目前，燃煤電廠的脫硫氧化風機大多選用羅茨鼓風機。羅茨鼓風機屬于容積式氣體壓縮機，其工作原理是通過一對轉子的嚙合使進氣口與排氣口隔開，轉子在箱體內互為反方向勻速旋轉將氣體從吸氣口推移至排氣口。羅茨風機結構簡單，排風量較為穩定，但存在能耗高、噪聲大、故障率高等缺點[3]。

1.1 能耗高

羅茨風機的輸送風量較為穩定，基本保持不變，羅茨風機的出口壓力主要受脫硫吸收塔漿池內液位和漿液密度的影響，因此當脫硫系統穩定運行時，羅茨風機的輸出功率基本穩定[4]。當機組長期在負荷低或燃煤硫份低的工況下運行時，將向吸收塔內輸送過量的氧化空氣，從而造成能源浪費。此外，羅茨風機轉子之間和轉子與氣缸之間的間隙會導致氣體泄漏，使工作效率進一步降低。

1.2 噪聲大

由于氣體周期性壓力脈動、氣體紊流等原因[5]，羅茨風機在運行過程中將產生強度高、危害大的氣體動力性噪聲。在實際運行中發現羅茨風機噪聲強度達到100dB 以上，嚴重超過85dB 的生產車間噪聲限值，嚴重影響運行人員的職業健康。所以，不得不采用隔聲罩對羅茨風機進行降噪處理，然而這容易導致風機、電機在夏季溫度過高，影響運行安全[6]。

1.3 故障率高

由于風機振動大、旋轉部件不平衡量大、轉軸易磨損等原因，羅茨風機的皮帶故障、軸承溫度異常升高、風機振動異常等情況經常發生[7]，嚴重影響脫硫系統的安全運行。隨著羅茨風機使用年限的增長，設備維護量逐漸加大，設備零部件更換頻繁，維護成本也逐漸增高。

2 問題解決措施

近年來，隨著對氧化風機節能降耗、噪音、運行可靠性等方面的要求逐漸提高，單級高速離心風機、空氣懸浮風機等在脫硫系統中得到應用。

2.1 單級高速離心鼓風機

單級高速離心鼓風機的工作原理是通過原動機驅動葉輪高速旋轉，由軸向進入葉輪的氣流被加速，然后進入擴壓腔內減速，將動能轉換成勢能（壓能）。由于離心風機是通過提高空氣流速最終空氣的動能轉化為空氣的壓能，因此，單級離心鼓風機的轉速需高達數萬轉[8]。

2.2 空氣懸浮永磁變頻離心風機

空氣懸浮永磁變頻離心風機是近幾年興起的新型風機設備，采用一體化結構（高速電機+離心風機），通過高轉速來保證風量和風壓達到設計要求，利用空氣懸浮軸承使風機的回轉軸在高速轉動時處于懸浮狀態。

2.3 技術性能對比

工藝設備選型時，主要從生產的適用性、技術的先進性、經濟的合理性等方面考慮，對氧化風機具體選型時，還應考慮風量、可調節性能、電耗、噪音、運行維護等方面。對羅茨風機、單級高速離心鼓風機及空氣懸浮永磁變頻離心風機三種風機進行技術性能比較結果如表1 所示。

表1 不同型式氧化風機技術性能對比

由表1 可知，羅茨風機適用于流量小、工況穩定的條件，但其噪聲大、電耗高、自動化程度低、故障率高、運行維護成本高；單級高速離心鼓風機適用于流量高、有一定風量調節要求的工況，其噪聲、電耗、自動化程度、故障率、運行維護成本在三種風機中均處于中等水平；空氣懸浮永磁變頻離心風機風量可調節范圍大，且具有噪聲低、電耗小、自動化程度高、故障率低、運行維護成本方便等優勢。

3 脫硫系統氧化風機節能改造

某電廠300MW 燃煤機組煙氣脫硫系統采用石灰石—石膏濕法高效脫硫工藝，一爐一塔配置。氧化風機采用羅茨風機，傳動方式為帶聯，設備參數詳見表2。經分析，羅茨風機運行效率低、噪聲大（風機隔音罩外實測110dB（A））、故障率高（根據2018年統計脫硫氧化風機設備缺陷達70 條），已經不適應煙氣脫硫系統的運行需要，考慮到氧化風機節能降耗、環保等方面的要求，于2019 年對氧化風機進行升級改造。經技術對比分析后，選用空氣懸浮永磁變頻離心風機替換原有羅茨風機。

表2 原有羅茨風機參數表

升級改造措施為：拆除原有的1 臺羅茨風機，將其更換為空氣懸浮永磁變頻離心風機，與剩余的1 臺羅茨風機形成一用一備。原有氧化空氣系統母管保持不變，將更換后的氧化風機出口接至原有氧化空氣管道系統。正常運行時由1 臺空氣懸浮永磁變頻離心風機向系統提供氧化風。改造后氧化風機的設備性能參數如表3 所示。

表3 空氣懸浮永磁變頻離心風機性能參數表

4 脫硫系統氧化風機改造后效果分析

（1）對脫硫系統的影響。氧化風機改造后設備運行平穩、可靠，排風量和壓升均能滿足脫硫系統需要。改造后吸收塔內的漿液成份、石膏結晶和煙氣脫硫效率均無明顯變化，因此，氧化風機的改造對煙氣脫硫反應基本無影響。

（2）節能降耗方面。原有脫硫氧化風機的電源電壓為6kV，正常運行電流為18.2A，經測算其實際運行功率約為160.76kW，羅茨風機的比功率為0.028kW/（Nm3/h）。改造后，空氣懸浮永磁變頻離心風機的平均運行功率約為119.53kW，比功率為0.021kW/（Nm3/h），其節能率為25.65%。該機組的年實際運行時間為7660h，則節電量為315821.8kWh，按廠用電價為0.4253 元/kWh，則單臺機組每年節約電費約13.43 萬元。

（3）噪聲方面。空氣懸浮永磁變頻離心風機投運后，氧化風機房實測噪聲約77dB（A），與原有的110dB（A）相比明顯下降。

（4）故障率方面。設備投產運行一年，氧化風機的設備故障率明顯降低，運行維護工作減少，僅需定期對濾網進行清理。

結語

針對原有氧化風機在實際應用中存在的諸多問題，在經過技術性能比較后，選用空氣懸浮永磁變頻離心風機對脫硫系統進行節能降耗升級改造。改造后，節能率為25.65%，單臺機組每年節約電費約13.43 萬元，氧化風房內設備噪音由110dB（A）降至約77dB（A），設備故障率和運行維護工作明顯減少。

與傳統的羅茨風機相比較，空氣懸浮永磁變頻離心風機具有風量可調節范圍大、噪聲低、電耗小、自動化程度高、故障率低、運行維護成本方便等技術優勢，可在煙氣脫硫系統中進一步推廣應用。