300 MW 机组脱硫氧化风机运行方式优化分析

张超

(贵州金元集团鸭溪发电公司，贵州遵义563108)

某发电公司装机4×300MW，1号机组于2005年1月19日投产，4号机于2006年8月8日投产，脱硫系统为一炉一塔单元式配置，采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，石灰石浆液将烟气中SO2吸收生成亚硫酸钙，再经氧化风机采用就地氧化方式〔1〕生成硫酸钙结晶化合物 CaSO4.2H2O，即石膏。机组额定烟气流量1 200 000 Nm3/h(标准干态)，脱硫吸收塔入口烟气设计SO2含量为12 500 mg/Nm3， 出口烟气 SO2浓度＜400 mg/Nm3。

1 氧化风机运行情况分析

脱硫氧化风机属于多级离心风机，气体经过几级连续压缩，获得所需要的压力，进入吸收塔进行氧化处理，每台脱硫吸收塔配置两台氧化风机，一运一备，各项铭牌参数见表1。

表1 氧化风机性能参数表

通过长期的现场观察及运行数据显示，该氧化风机具有以下运行特点:

1)风机启动电流高，达到1 450 A，电流返回慢，长达20 s左右；

2)风机在额定电流下运行，振动经常超标，在使用稀油站强制供油循环润滑冷却及开式强制轴承冷却水冷却的情况下轴承温度仍居高不下，还需外置强制冷却，故障率高；

3)调小入口门开度，降低风机出力，将运行电流降至110 A(额定电流的80%)左右运行，振动仍偏高，轴承温度仍然偏高；

4)氧化风机运行中噪音较大。长期以来，氧化风机故障率较高，风机振动大和轴承温度高未得到有效解决。为满足现场系统运行需要，风机需外送进行动平衡试验，检修工期长，检修维护费用较高，设备可用率较低，长期威胁脱硫系统的安全运行。同时氧化风机电耗也较正常运行高，诸多因素困扰脱硫系统氧化风机安全稳定可靠的运行，因此需要进行一系列优化工作来解决这些问题。

2 原因分析和优化试验

2.1 脱硫吸收塔所需的氧化风量计算 (按设计值)

1)脱硫吸收塔入口烟气含SO2质量:

额定烟气流量×额定SO2含量＝1200000 Nm3/h×12 500 mg/Nm3＝15 000 000 g/h

2)脱硫吸收塔入口烟气含SO2的物质的量:

SO2质量÷SO2摩尔质量＝15 000 000 g/h÷64 g/mol＝234 375 mol/h

3) 根据2CaCO3＋2SO2＋O2＋4H20＝2CaSO4·2H20＋2CO2↑，得出需要的O2的物质的量为:

234 375 mol/h÷2＝117 187.5 mol/h

4)空气中氧气的含量约为20%，因此需要的空气的物质的量为:

117 187.5 mol/h÷20%＝585 937.5 mol/h

5)根据标况下空气气体摩尔体积为22.4 L/mol，则所需空气体积为:

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 问题分析

通过脱硫吸收塔所需氧化空气的计算结果与氧化风机参数对比发现，所需的氧化空气量218.75 m3/min大大低于该风机的额定出力500 m3/min，初步判断风机出力释放不足，风机长时间在一半额定出力以下运行，是风机运行不稳定、故障率高的主要原因，再进一步通过现场试验进行分析验证。

2.3 优化性试验

根据吸收塔所需的氧化风量接近氧化风机额定出力一半的情况，并结合现场的设备系统布置和工艺流程等实际情况，探索性的采取单台氧化风机通过风机出口联络管供相邻两个吸收塔的运行方式进行运行优化试验，观察风机本身的运行状态变化和各参数趋势等情况、脱硫吸收塔浆液品质、石膏品质以及整个脱硫相关系统的运行情况。从系统运行参数和风机运行参数分析优化试验的效果。

2.4 主优化试验的相关控制措施

用一台氧化风机供两个吸收塔的运行方式在运行调整上需要关注的主要问题:

1)相关的两个吸收塔的总阻力要整体匹配平衡，需要控制好吸收塔的液位、吸收塔的浆液密度及各阀门的开度等，防止氧化空气只进入一个吸收塔，而另一个吸收塔无氧化空气的情况发生；

2)密切监视脱硫吸收塔浆液各项参数特别是亚硫酸盐含量在规程规定的范围内；

3)观察石膏品质是否正常，各项参数是否正常；

4)由于一台氧化风机供两个吸收塔，风机故障、跳闸等造成的影响范围较大，需要加强监视、认真调整、精心操作，同时将润滑油泵维持连续运行状态，保证备用氧化风机随时可靠备用。

3 优化后的成效

3.1 运行成果

经过两个月观察，控制好相关两个吸收塔的液位参数，使分别进入两个吸收塔的风量合理匹配，取得如下运行成果:

1)氧化风机本身的运行状况得到了明显的改善，风机出口温度下降10℃左右，风机轴承垂直/水平/轴向振动分别下降了 30 μm/35 μm/25 μm 左右，轴承温度下降了8℃左右且稳定，已经不需要外置冷却设备，整个风机组的故障率大大降低；

2)脱硫吸收塔浆液品质正常、各项浆液指标正常，重点监视的氧化效果良好，亚硫酸盐含量正常，脱水正常，石膏成品各项参数正常，脱硫系统运行正常、平稳，SO2排放正常、稳定；

3)氧化风机运行中噪音有所降低，已从原来的95 dB下降至65 dB。

3.2 经济成果

3.2.1 直接经济成果

由于一个单元的两个吸收塔只需要运行一台氧化风机，风机电耗大大降低，产生的经济效益计算如下:1)P＝ 3 UIcosФ＝6 300×140×0.87÷1 000＝767.34 kW；2)每月每单元可省电:767.34×24×30＝552 484.8 kWh；3)每月全厂可省电:552 484.8×2＝1 104 969.6 kWh；4) 全年可省电:1 104 969.6×12＝13 259 635.2 kWh； 5) 根据贵州省目前的上网电价0.336 3元/kWh，计算产生直接经济效益:0.3363×13259635.2＝4459215.318元＝445.92万元。

3.2.2 间接经济成果

采用新的优化运行方式，整个氧化风机运行稳定性得到了大大提升，降低了风机组的轴承、叶轮、电机、电机轴承等的故障率，检修周期明显加长，检修工作量大大降低，同时检修材料费用、相关的人力投入及外委动平衡费用等均大大降低，达到了降低检修费用的目的。

4 结论

某发电公司脱硫系统用现有的一台氧化风机供两个吸收塔，避免产生大的设备技改费用，从根本上解决了困扰该厂十余年的脱硫氧化风机运行不稳定、故障率高、设备可用率低的问题，同时大大降低了厂用电耗，具有较大的经济价值。

中国发电企业的脱硫工艺系统起步相对发达国家较晚，存在设备选型、工艺设计、设备布置、现场施工等一系列需要深入考虑的问题，特别是对于部分300 MW的小机组，运行使用寿命已过半。针对同批次设计的类似机组存在类似的情况，如果进行大规模的技改，势必产生较大的费用，造成投资的浪费，通过这种运行方式上的合理优化，既不产生技改费用，又能解决设备运行本身存在的问题，还能大大降低电耗，提高运行的经济性。

〔1〕曾庭华，杨华，马斌，等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化 〔M〕.北京:中国电力出版社，2003.