超低排放风烟系统的技术问题和对策

孔庆有， 虞华生（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴314201）

超低排放风烟系统的技术问题和对策

孔庆有， 虞华生
（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴314201）

超低排放环保示范工程改造，在取得优异的超低排放成绩的同时，碰到了来自风烟系统的比较棘手的问题。阻力增加、体积流量减少的双重因素使引风机的运行点向不稳定区域移动从而造成风机在低负荷工况失速，导致引风机的“抢风”运行，使系统出现压力过高、膨胀节泄漏、进口挡板偏移、无法投入自动运行等问题。本文从引风机的性能曲线、状态点的分析出发，提出解决问题的6种方法，而采用了其中更换风机叶轮的方法。通过与历史数据的对比，提出了解决问题采取的临时措施。

超低排放； 引风机； 抢风

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.006

0　引言

传统的燃煤电厂历来被视为大气污染物的重要来源之一，是国家环保部门监管的对象。最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定，燃煤锅炉的排放标准为：汞及其化合物0.03mg/Nm3，烟尘30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物100mg/Nm3［1］。而天然气燃气轮机组的排放标准为：烟尘5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3。超低排放改造，就是使烟气的主要污染物排放浓度达到天然气燃气轮机的排放标准。

某电厂三期7、8号机组实行烟气超低排放环保示范工程的改造，在取得优秀的超低排放成绩的同时，碰到了一些技术上比较棘手问题，问题首先来自风烟系统。本文通过改造前后的对比，通过试验和数据的分析，结合生产实践，探讨解决问题的经验和方法。

1　风烟系统改造带来的问题

某公司对脱硫系统进行了增容改造：原脱硫吸收塔设置3层喷淋层、1层托盘，配置3台浆液循环泵；增容改造为两层交互喷淋层、2层托盘，配置4台浆液循环泵（3运1备），在脱硫吸收塔后增设湿式静电除尘器、管式烟气加热器。同时在空预器与除尘器之间增设了管式烟气冷却器，在脱硝系统增设了一层催化剂，这样必然造成脱硫系统及锅炉烟气系统阻力的增加。其对增压风机进行了提高出力的改造，未对引风机进行提高出力的改造。

在脱硝系统优化方面，重新标定了氧量曲线，减少了送风量，在除尘器进口设置的管式烟气冷却器，控制温度由原来的136℃，降低为92℃，使得烟气的体积流量进一步下降。

表1通过PI系统对稳定负荷段进行取数，得出稳定负荷1小时的平均值，可以得到改造前后满负荷时的差压表以说明风烟系统前后的差压变化。

表1　8号炉满负荷差压新旧对比

查改造后系统满负荷时的情况：在风量减小约10%的情况下，SCR差压增加275Pa，空预器增加阻力755Pa，MGGH热端增加阻力865Pa，引风机进口阻力增加共1895Pa，由于此时增压风机进口压力为-900Pa左右，实际上增压风机替引风机做了部分功。

于是，风烟系统出现的问题是：阻力增加、体积流量减少双重因素使引风机的运行点向不稳定区域移动。

2　引风机的运行状态点

由于风机不稳定运行，邀请了某研究院做了风机特性诊断试验，依据试验数据和历史数据，作出的新旧引风机性能曲线及工况点为500MW、750MW和1000MW的位置对比图，如图1所示。实线为引风机A的性能曲线，虚线为引风机B的性能曲线。上面的两条为改造后引风机性能曲线，下面两条为改造前一年同一天的引风机性能曲线。理论失速线下面点划线为失速裕度［2］为1.3的稳定运行线。由式（1）范宁公式［3］：

式中 Δpf—流体的压力差；

λ—沿程摩阻系数；

l—管长；

d—管径；

v—管内平均速度；

ρ—密度。

可得管道特性的一般形式：

式中 K—管道的阻力系数；

C—零流量时的临界压力，本例C取700Pa。

由DL-T-468-2004-《电站锅炉风机选型和使用导则》中7.1.2条规定，轴流风机应有足够的失速裕度k。公式如下：

式中 k—失速工况点的风量q和风压p［4］的计算值，设计选型时，k＞1.3。在《电站风机改造与可靠性分析》一书中建议选取k＞1.4。

改造前的工况点除了（500MW）时接近于不稳定工作区外，其余都在安全稳定运行区域。而改造后的工况点，整个负荷段，基本接近不稳定工作区。而这已是增压风机替引风机出了部分力的工况点，如果按引风机出口为微负压的设计原则，改造后的引风机工况点基本在不稳定工作区和接近失速区运行。图上，引风机在1000MW工况点比较陡，是由于开了第三台吸收塔再循环泵的结果，按照设计，吸收塔再循环泵三运一备。开一台泵运行约增加风压350Pa。实际上，由于风机各部位流量和位置的偏差、风机单级叶片是否处于失速状态，空预器部分堵塞时阻力的波动、系统AGC投运时的负荷变动率等各种现存的偏差，可采取书中的失速裕度，高于行业的一般标准。

风烟系统的危险点在于：

（1）引风机进口压力在满负荷时可达-5.5kPa，高负荷时在引风机切换抢风时，可达-6.35kPa，超出风道设计压力6kPa，并伴随电除尘和出口风道部分振动。增压风机在抢风时，进口风压可达-1.8kPa。

（2）风机出口的膨胀节，如吸收塔进口膨胀节，在风机切换运行时松动，在满负荷运行时由于压力比较大可能鼓裂，机组因环保不设置脱硫旁路而被迫停炉。

（3）风机的可调前导叶装置，在失速运行时出现压差过大，而引起部分进口导叶旋转偏移，使得风机正常运行中出现部分叶片失速，增加了对风机和风烟系统的扰动。

（4）机组中负荷无法投运AGC运行，高负荷运行不宜有较大的扰动，如启停磨煤机和增开吸收塔再循环泵等。如果风机一台高负荷失速，另外一台易超电流。此时，需要查失速的风机静叶开度指令是否增大，撤出自动，把开度指令降下来，同时降低负荷，等失速风机有出力之后，再缓慢开大静叶开度，同时可设低增压风机的进口压力设定点。

图1　新旧引风机性能曲线及工况点位置对比图

3　风烟系统阻力大于原设计阻力原因

（1）烟气冷却器本身的阻力。为了加强换热，管式烟气冷却器采用了错列布置，未对通流面积进行核算或扩大，装有翅片的管式冷却器[5]，如阀门半关在电除尘进口。流速和扰流增加，而阻力是和流速的平方成正比（范宁公式），阻力显著增加。

（2）烟气冷却器的附加阻力。管式冷却器位置设置在风道从空预器至电除尘如U型管布置，流灰比烟气重，造成类似磨煤机煤粉分离器的分选效应，使得U型管出口段灰的含量增加而阻力增加p=ρgh，这部分灰在停炉过程中能被风带走。

（3）空预器阻力的增加。由于增加一层脱硝催化剂，催化剂中V2O5等对SO2/SO3转化率提高至三层1.5%，由于脱硝效率同步由80%提高至85%［6］，在喷氨总量提高的情况下，NH4HSO4的生成量也增加。NH4HSO4是一种极其粘稠的物质，粘附在设备表面极难清除。粘附在空预器表面后，又会继续粘附飞灰颗粒。另外，SO3和酸雾还会和飞灰中的氧化钙（CaO）形成CaSO4［7］，灰比之改造前更易堵塞。由于空预器传热元件形式不太合理，在通风不利的情况下，灰和NH4HSO4一层一层粘合在空预器传热元件中形成堵塞，目前已考虑更换空预器的传热元件。

（4）风道结构的不合理布置。使得增压风机压头升高，而加重了风烟系统稳定运行的压力，此项是由于改造空间限制所引起。

（5）烟气的冷却，由空预器出口的136℃到烟气冷却器出口控制烟温92℃，由盖—吕萨克定律，

式中 v—比体积；

T—绝对温度。

烟气体积流量下降11%。体积流量的减少使得流动阻力略微下降，而后面是大空间的电除尘，变径扩大的管道，由于体积流量的降低，风机向不稳定方向发展。

4　风烟系统问题的解决

4.1解决问题的方法

（1）增加风机的流量。引风机AB进口开口，加装可调流量挡板，增加风机进口压力和流量。由于无故增加了一股风量，风机能耗将增加，不可取。引风机设置外部回流旁路，此方法仍然增加风机能耗，不可取。

（2）降低风机运行的阻力。扩大电除尘进口及烟气冷却器的烟道，扩大引风机进口烟道，出口烟道，以降低阻力。针对GGH烟气冷却器降低阻力的方法，可取，可进行后续改造。MGGH烟气冷却器移位至引风机出口，这将降低SO3吸收，没有了低低温电除尘器的设置，变成了低温省煤器的形式，可取。

（3）改变风机的形式。加装防失速环（耗能模块），而稍微降低了风机效率，可有效提高低负荷工况的理论失速线，此方法可取，但改造工作量较大，施工周期长。更改风机叶片形式或改为动叶调节风机。经选型计算，将现引风机叶轮更换成YA18448-2F型风机叶轮［8］基本可满足要求。此方法比较简单，且新叶轮只需改变现引风机叶轮叶片的安装角，更换下来的轮毂还可用来做备品叶轮的轮毂，而最终选用此方法。

4.2解决问题的临时措施

改造结束，出现的情况为：负荷500MW，增压风机投自动，引风机两侧电流相差140A以上，引风机A和B“抢风”切换运行，无法投入并联自动运行。分析临时采取的方法：1）风机改型，不可行。2）风道扩大，不可行。3）不断降低增压风机进口压力设定值，采用此方法。查风机特性图纵坐标为进出口差压（比压能Y），横坐标为气体体积流量。再查历史运行数据，改造以前，引风机和增压风机运行良好，增压风机进口压力值在-250～300Pa之间。

对比历史数据，发现在500MW工况，在空预器进口压力相差不大的情况下，引风机的进口压力降低了660Pa。参考引风机历史运行情况，可得：在流量相差不大的情况下，增压风机进口压力在500MW的设定值：-250-660=-910Pa。随着负荷（风量）的上升，这个设定值增大，在700MW工况，按照上述方法，可得设定值为-1200Pa，之后可以投入引风机并联自动运行。增压风机则通过微开原有的增压风机旁路至15%以增加流量，一直投入自动运行。

5　结语

（1）阻力增加和体积流量减少，使超低排放改造后引风机的运行点工况向不稳定区域移动从而造成风机在低负荷工况下的失速和“抢风”运行。

（2）从降低风机运行阻力，增加风机流量和改变风机内部结构三个方向可以得出解决风机失速问题的6种方法，而更换风机叶轮是后来选取的方法。

（3）通过与历史数据的对比，可以计算出合适的压力点，从而得出解决问题的临时措施。

本文展望，存在一种类似管道特性的，具有固定转速的和旋转角度的，通用的风机特性曲线的函数解析式，风机在管道中的失速是由于流量的减少而导致风机风压的升高等于管道特性回复流量而导致风压的降低。

［1］GB13223-2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］刘家钰.电站风机改造与可靠性分析［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［3］谭天恩，窦梅.化工原理［M］.北京：化学工业出版社，2014.

［4］DL-T-468-2004，电站锅炉风机选型和使用导则［S］.

［5］上电集团.浙能嘉华电厂管式GGH运行说明介绍［Z］，2013.

［6］嘉兴三期百万机组脱硝工程催化剂性能测试报告［R］.广东电网公司电力科学研究院，2014.

［7］肖雨亭，贾曼，等.烟气中三氧化硫及硫酸雾滴的分析方法［J］.环境科技，2012，25（5）：44～47.

［8］周欣安.浙江浙能嘉华电厂8号机组引风机、增压风机失速诊断试验报告［R］.西安：西安热工研究院有限公司，2014.

Technical Problems and Countermeasures From the Gas System of the Ultra-low Emission Project

KONG Qing-you， YU Hua-sheng
（Zhejiang Energy Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Jiaxing 314201，China）

The demonstration project transformation with ultra-low emission for environmental protection，which gets the excellent achievement，comes across a series of puzzling problems from the gas system.Because of double factors of resistance increase and volume flow rate decrease，the running state points of two induced draft fans move toward the unstable region，causing fan stalls on the low load conditions.Scrambling for air of induced draft fans come cross problems，such as high gas pressure，crack and leakage of bellows expansion joints，inlet baffle migration，and non-automatic operation.Based on analysis of operating points and characteristic curves of induced draft fans，this paper puts forward six solutions，among which replacement of fan impeller is used.By comparison and analysis between historical and present data，provisional measures for solving the problems are put forward.

ultra-low emission； induced draft fan； scrambling for air

TM621.2

B

2095-3429（2015）02-0021-04

孔庆有（1981-），男，浙江杭州人，硕士，工程师，从事电厂锅炉专业技术工作。

2015-03-09

2015-04-20