摘 要：本文分析了燃煤火電機(jī)組脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機(jī)的選型的方法和流程，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：燃煤 脫硫 氧化風(fēng)機(jī) 選型

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0088-02

中國能源資源以煤炭為主。在電源結(jié)構(gòu)方面，今后相當(dāng)長的時間內(nèi)以燃煤發(fā)電機(jī)組為主的基本格局不會改變，由此造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是SO2即酸雨的污染?；痣姀S的SO2排放量在全國SO2總排放量中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國加大了對環(huán)境污染的治理，控制燃煤電廠的SO2排放，推行電力潔凈生產(chǎn)和改善我國的大氣環(huán)境質(zhì)量有著十分重要的意義。

1 脫硫系統(tǒng)概況

燃煤脫硫方法分類。

燃煤脫硫方法可分為三大類：燃燒前脫硫，燃燒中脫硫，燃燒后脫硫。

燃煤后煙氣脫硫Flue Gas Desulfuri zation，簡稱FGD。按脫硫過程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)可分為濕法、干法和半干法。

濕法脫硫技術(shù)成熟，效率高，Ca/S比低，運(yùn)行可靠，操作簡單，濕式鈣法（簡稱濕法）煙氣脫硫技術(shù)是3種脫硫方法中技術(shù)最成熟、實(shí)際應(yīng)用最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝。在大型火電廠中，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程，對高硫煤脫硫效率達(dá)到90%以上。

在石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，高壓鼓風(fēng)機(jī)用于吸收塔的強(qiáng)制氧化系統(tǒng)。氧化系統(tǒng)的氧化風(fēng)機(jī)的作用是產(chǎn)生一定壓力的空氣，并送至吸收塔氧化池內(nèi)，為吸收塔漿池中的漿液提供充足的氧化空氣；在攪拌器的作用下，氧氣和亞硫酸鹽（進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硫酸鹽（即石膏）。所以在系統(tǒng)脫硫過程中，氧化風(fēng)機(jī)的性能直接影響到脫硫副產(chǎn)品的品質(zhì)。煙氣SO2的脫除過程是一個非常復(fù)雜的體系，反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，但其原理可以用以下總反應(yīng)式表示：

石灰法：SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O

石灰石法：SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO2

2 設(shè)備選型原則

設(shè)備選型的三個基本原則：（1）生產(chǎn)上適用，所選擇的設(shè)備是和生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要；（2）技術(shù)上先進(jìn)，它以生產(chǎn)適用為前提，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益為目的，防止選擇即將淘汰的設(shè)備；（3）經(jīng)濟(jì)上合理。應(yīng)將生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上合理三者統(tǒng)一權(quán)衡。

2.1 風(fēng)機(jī)選型

電廠脫硫常用的鼓風(fēng)機(jī)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)（雙葉、三葉）和離心鼓風(fēng)機(jī)（多級離心、單級離心），它們有其各自的特點(diǎn)。

（1）羅茨鼓風(fēng)機(jī)。

屬于是容積式氣體壓縮機(jī)，工作原理是：由兩個葉輪（或三葉）在箱體內(nèi)互為反方向勻速旋轉(zhuǎn)，使箱體和葉輪所包圍著的一定量的氣體由吸入的一側(cè)輸送到排出的一側(cè)。其特點(diǎn)是：氣體脈動變大，負(fù)荷變化大；強(qiáng)制流量，在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，管網(wǎng)阻力變化時其流量變化很小；適用于在流量要求穩(wěn)定而阻力變化幅度較大的工作場合。對于脫硫系統(tǒng)來說，在吸收塔運(yùn)行液位上下波動的情況下可以提供穩(wěn)定的氧化風(fēng)量。羅茨風(fēng)機(jī)的工作曲線對于壓力和流量的適應(yīng)范圍較小，對于高含硫量的脫硫系統(tǒng)一般采用兩用一備的方案。

脫硫建設(shè)初期采用進(jìn)口產(chǎn)品較多，后因?yàn)槠鋬r(jià)格昂貴，而采用了價(jià)格低廉的國產(chǎn)產(chǎn)品。羅茨風(fēng)機(jī)噪音大，振動高，效率低，本體漏風(fēng)率高（約10%），潤滑油滲漏等缺點(diǎn)，其風(fēng)量調(diào)節(jié)只能采用變頻調(diào)速和出風(fēng)管放氣，變頻調(diào)速設(shè)備本身的價(jià)格比鼓風(fēng)機(jī)價(jià)格還要高，出風(fēng)管放氣則造成能量浪費(fèi)，噪聲污染。在灞橋電廠等處進(jìn)行的性能試驗(yàn)表明，設(shè)備性能不佳的羅茨風(fēng)機(jī)隨著阻力的變化，相應(yīng)的風(fēng)量也會出現(xiàn)較大波動，從而不能滿足脫硫系統(tǒng)的需求。三葉羅茨風(fēng)機(jī)相對于傳統(tǒng)的雙葉一定程度上提高在阻力較大工作場合的適應(yīng)性，風(fēng)機(jī)效率也有一定改善，但受風(fēng)量風(fēng)壓要求的局限性仍然很大。

（2）離心鼓風(fēng)機(jī)。

離心鼓風(fēng)機(jī)又分為多級低速和單級高速，單級和多級離心鼓風(fēng)機(jī)都是工作輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，由于旋轉(zhuǎn)離心力的作用及工作輪中的擴(kuò)壓流動，使氣體的速度得到提高，隨后在擴(kuò)壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。不同的是單級離心風(fēng)機(jī)只有一組葉輪，空氣的壓縮是一次壓縮完成的，而多級離心鼓風(fēng)機(jī)在一根主軸上有多組葉輪，空氣的壓縮是在多組葉輪間逐步完成的。由于離心風(fēng)機(jī)是依靠提高空氣的流動速度即空氣動能來壓縮空氣提高壓力，所以要獲得同樣的壓力，單級離心風(fēng)機(jī)的葉輪必須要比多級風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高數(shù)十倍，通常情況下多級離心鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)，而單級離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以高達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)。

離心式風(fēng)機(jī)較容積式風(fēng)機(jī)具有供氣連續(xù)、運(yùn)行平衡，效率高、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、外型尺寸及重量小、易損件少等優(yōu)點(diǎn)。但也有隨吸收塔液位變化流量波動較大等特點(diǎn)，需配備相應(yīng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。單級高速風(fēng)機(jī)較多級風(fēng)機(jī)流道短，減少了多級間的流道損失，并采用進(jìn)風(fēng)導(dǎo)葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量方式，風(fēng)機(jī)效率較高。但由于壓力的提供很大程度上依靠轉(zhuǎn)速的提高，而轉(zhuǎn)速的提供受到平衡、潤滑及材料性能等多方面的限制，所以單級離心風(fēng)機(jī)的控制和維護(hù)保養(yǎng)特別重要；同時由于高轉(zhuǎn)速帶來諸多部件如葉片等磨損較大，對風(fēng)機(jī)軸承要求較高。正因如此，單級離心風(fēng)機(jī)葉片材料需選用合金鋼，并且采用整體銑制工藝，因此價(jià)格較昂貴。而多級離心風(fēng)機(jī)葉片全部為焊接工藝，風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性降低。

2.2 風(fēng)機(jī)的性能、效率、節(jié)能、噪聲方面的對比

（1）由于脫硫氧化鼓風(fēng)機(jī)的功率大，通常24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以提高鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)械效率，所帶來的節(jié)能效應(yīng)也是可觀的。現(xiàn)今國內(nèi)電廠整改燃用高硫煤普遍用單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)做為氧化風(fēng)機(jī)來替代原羅茨、多級鼓風(fēng)機(jī)。下面對三種風(fēng)機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)由于周期性的吸、排氣和瞬時等容壓縮造成氣流速度和壓力的脈動，因而會產(chǎn)生較大的氣體動力噪聲。此外，轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與氣缸之間的間隙會造成氣體泄漏，從而使效率降低，其效率在68%左右；羅茨式氧化風(fēng)機(jī)出口需要噴淋降溫設(shè)備，避免氧化空氣進(jìn)口處漿液與高溫、干燥的氧化空氣接觸后，漿液由于快速干燥而導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)晶的結(jié)垢現(xiàn)象，氧化空氣在入塔前進(jìn)行噴水冷卻，使之降溫，并達(dá)到飽和。羅茨風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中的噪聲高達(dá)110分貝以上，且為低頻段噪音，需對風(fēng)機(jī)進(jìn)行特別處理，普遍采用隔音房來降低噪聲。但是這就提高了隔音房里電機(jī)的運(yùn)行溫度，影響電機(jī)的安全運(yùn)行。因此實(shí)際運(yùn)行中各廠基本上會拆除隔音罩，造成噪音無法控制。

多級離心鼓風(fēng)機(jī)氣體經(jīng)過幾級葉輪的離心力及擴(kuò)壓器連續(xù)擴(kuò)壓，使氣體壓力得到升高，雖然效率有所提高，但調(diào)控特性較差，在流化系統(tǒng)復(fù)雜變化的工況條件下運(yùn)行效率低，一般在73%左右，噪聲高達(dá)100分貝以上，噪音也較大。

單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)利用三元流理論，定速通過入口擋板調(diào)節(jié)，效率不會隨著時間的變化，并考慮了流體的損失最小、效率最高的一種節(jié)能離心風(fēng)機(jī)，通過高速電機(jī)或齒輪箱增速，使鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在8000～30000間工作，效率可達(dá)83%以上，比其他風(fēng)機(jī)節(jié)能10%～20%左右，具有明顯的節(jié)能效果，目前首選機(jī)型。由于液面高度的變化，會導(dǎo)致背壓的變化。單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)可調(diào)節(jié)范圍為45%～100%，自動化控制程度非常高，在定速的條件下能夠適應(yīng)變液面高度工況要求。單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)出口溫度低于羅茨、多級鼓風(fēng)機(jī)，溫升在50 ℃以下，不需使用冷卻器來冷卻，只利用原氧化風(fēng)噴淋設(shè)備，即可避免噴氣口結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。為脫硫氧化系統(tǒng)的提效改造提供裝備支撐。

（2）使用壽命方面。

由于運(yùn)行轉(zhuǎn)速非常高，單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)用于氧化系統(tǒng)的葉輪采用鍛不銹鋼材料葉輪，以應(yīng)對氣體沖擊磨損，提高使用壽命；羅茨風(fēng)機(jī)一般是鑄造灰鐵制成，加工精度低（葉輪僅工作表面加工），剩余不平衡量大，風(fēng)機(jī)振動大、易磨損，而磨損后風(fēng)機(jī)性能降低很大?？傮w來說離心風(fēng)機(jī)的使用壽命和檢修周期都比羅茨風(fēng)機(jī)長。自動化程度高，故障率低。

（3）傳動部分。

羅茨風(fēng)機(jī)采用皮帶傳動，總體運(yùn)行比較穩(wěn)定。安裝或維護(hù)不當(dāng)時，皮帶易打滑。離心風(fēng)機(jī)采用齒輪箱+聯(lián)軸器傳動，軸承采用滑動軸承，低速端采用圓柱瓦，高速端采用可傾瓦結(jié)構(gòu)，確保了高速旋轉(zhuǎn)時軸承運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。同時齒輪箱采用水平剖分結(jié)構(gòu)易於拆卸與維護(hù)，同時采用油泵強(qiáng)制潤滑的循環(huán)方式，使風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中避免主軸與軸瓦接觸磨損。整套系統(tǒng)較為復(fù)雜，故障點(diǎn)多，可能造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行的危險(xiǎn)點(diǎn)增加，對保護(hù)系統(tǒng)要求較高。

（4）風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫。

羅茨風(fēng)機(jī)采用壓縮氣體的方式做功，風(fēng)機(jī)出口溫度一般在120度左右，通過減溫水可以保證進(jìn)入吸收塔氣溫滿足要求，但風(fēng)溫傳熱到軸承，造成軸承溫度高，風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大。離心風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫也會達(dá)到100度左右，但對風(fēng)機(jī)本體運(yùn)行影響不大。

（5）對比表（如表1）。

（6）配置及運(yùn)行控制。

單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置中包含了鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、管路儀控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開機(jī)、運(yùn)行檢測、流量檢測、報(bào)警、跳閘保護(hù)、喘振保護(hù)、故障記錄等所有運(yùn)行參數(shù)的自動控制及實(shí)時監(jiān)控。有效地保證了鼓風(fēng)機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行，一次性投資比多級離心鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)要高。而多級離心鼓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置維鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和進(jìn)出口溫度儀表，業(yè)主還需現(xiàn)場制造管路儀控及邏輯控制系統(tǒng)。

（7）后期的維護(hù)量和維護(hù)成本。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)智能化程度低巡檢人員的工作量較大，同時羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪不平衡量大，風(fēng)機(jī)振動大、易磨損后期的維護(hù)成本較大：而單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)智能化程度高，平時幾乎無維護(hù)量，使用壽命長，維護(hù)成本很小，是羅茨鼓風(fēng)機(jī)所不可比擬的。

（8）脫硫項(xiàng)目氧化空氣的系統(tǒng)特點(diǎn)。

.氧化風(fēng)機(jī)流量一般為吸收塔所需流量的50%，流量裕量為10%，壓力損失考慮管道阻力及液面阻力后留有10%的余量。隨著脫硫機(jī)組的容量變大，發(fā)電機(jī)組燃煤煤質(zhì)含硫量的增加。FGD系統(tǒng)的氧化風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、壓頭不斷加大，羅茨風(fēng)機(jī)由于本身設(shè)備的局限性（流量一般在10000 Nm3以下，壓頭在80 kPa以下）；無法向更大容量提升，因此在高含硫量、大容量的脫硫機(jī)組中羅茨風(fēng)機(jī)不太適用.徐塘#4、#5脫硫改造項(xiàng)目流量已大于或接近10000 Nm3（標(biāo)態(tài)，濕基），壓頭達(dá)100 kPa，顯然羅茨鼓風(fēng)機(jī)不太適用，但這對單級高速鼓風(fēng)機(jī)來講卻是常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)。工程實(shí)例也說明了這點(diǎn)，如據(jù)了解北京京能熱電1-2脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機(jī)原為江蘇百事德生產(chǎn)的兩套串聯(lián)羅茨雙級風(fēng)機(jī)（一用一備），設(shè)計(jì)參數(shù)如下（如表2）。

原羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來存在運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常因振動大后造成機(jī)器損壞檢修不斷，脫硫系統(tǒng)一直不能正常運(yùn)行，另外還存噪音大、能耗高、自動化程度低，夏季性能偏小等缺陷。北京京能于2010年對原羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，采用了節(jié)能環(huán)保型單級高速鼓風(fēng)機(jī)D145-2.16，投產(chǎn)至今運(yùn)行一直很穩(wěn)定，節(jié)能效果也很明顯.京能熱電于2012年3月又簽訂了一臺單級高速鼓風(fēng)機(jī)替代原先江蘇百事德生產(chǎn)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)。徐塘虎山兩項(xiàng)目相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)與北京京能熱電的參數(shù)較相似，所以選羅茨鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)不適合。

下表為對于江蘇徐塘發(fā)電公司#4、#5脫硫改造項(xiàng)目選用羅茨風(fēng)機(jī)、多級離心風(fēng)機(jī)、單級高速離心風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性比較（如表3）

項(xiàng)目脫硫系統(tǒng)單臺爐氧化風(fēng)機(jī)的配置為一用一備，整個項(xiàng)目氧化風(fēng)機(jī)實(shí)為兩用兩備

因此根據(jù)上表可計(jì)算出采用單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)方案比羅茨風(fēng)機(jī)方案年節(jié)約電費(fèi)為：

（3600000-2800000）×0.4×2=640000（元）

綜上所述認(rèn)為，從技術(shù)較度講羅茨鼓風(fēng)機(jī)在徐塘虎山兩項(xiàng)目上應(yīng)用是不合適的，采用單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)更為理想可靠。單級高速鼓風(fēng)機(jī)雖一次性投資較羅茨鼓風(fēng)機(jī)大，但單級高速鼓風(fēng)機(jī)后續(xù)維護(hù)成本較少，同時單級高速鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能效果明顯，兩年就可以收回比羅茨鼓風(fēng)機(jī)多投入的錢，對于特許經(jīng)營項(xiàng)目這種環(huán)保節(jié)能型的產(chǎn)品因綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯，應(yīng)為首選產(chǎn)品。

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