超净排脱硫改造风机和烟道振动分析及对策

张永福,许怀鹏

引言

随着国家对燃煤电厂大气污染防治力度加大，特别是发改能源【2014】关于《煤电节能减排升级与改造行动计划 》的实施，中国的东部和中部地区电厂的烟气排放都应接近或达到燃气轮机排放限值（SO2＜35 mg/m3、NOx＜50 mg/m3、烟尘＜5 mg/m3），超净排已经成为一种不可阻挡的绿色发展时代潮流。马钢作为省国有企业积极响应国家号召，建立了以绿色发展战略、清洁生产、绿色制造、污染物零排放和废弃物循环再利用，持续削减主要污染物排放总量，减少钢铁生产全过程的炭石燃料消耗及温室气体排放。

1　项目概述

马钢热电总厂作为钢铁行业自备电厂，南区三台煤粉炉脱硫脱硝工程自2015年6月开始动工，到2015年9月投入运行，到2017年8月，历时1年多时间，总体运行平稳，脱硫主要技术指标完全满足烟气排放标准。按照《煤电节能减排升级与改造行动计划 》要求，2017年8月到10月又进行了超净排改造工程，10月底投入运行。超净排改造后，虽然烟气排放指标达到超净排要求，但改造后的三台炉六台引风机和公共烟道振动大，已经严重影响锅炉满负荷运行，问题的解决迫在眉睫。

2　设备系统概况

南区3台煤粉炉为燃煤锅炉母管制运行、超净排改造前，3台炉合用一个150 m烟囱，3台炉最大烟气量为（湿热态）135万 m3/h。脱硫装置是布置在引风机房后混凝土烟囱北侧，采用石灰石/石膏湿法烟气脱硫，FGD系统在负荷40%～100%BMCR之间时脱硫效率达95%以上。排放指标：SO2浓度（湿）≤100 mg/m3、NOX浓度（湿）≤200 mg/m3、粉尘浓度（湿）≤30 mg/m3，脱硫工艺流程见图1。

图1　三炉一塔脱硫工艺流程图

锅炉型式：热电南区三台煤粉炉，均为单汽包自然循环高温高压煤粉锅炉，钢制构架，呈倒U形布置，汽包布置在炉前，燃烧器布置在炉膛的正四角，低氮燃烧，布袋除尘，最大耗煤量28.6 t/h，可掺烧30%（热值比）高炉煤气。锅炉主要设计参数：最大连续蒸发量（ECR）为 220 t/h、蒸汽压力 9.8 MPa、温度540℃；引风机型号A15316-1.0848、数量6台、流量319000 m3/h、全压 8319 Pa、功率 1250 kW，工频运行。

3　超净排改造

3.1　改造方案

根据现行环保要求和马钢热电总厂发展规划，2017年8月底开始实施了超净排改造，10月底投入运行。此次改造主要内容：封堵原烟囱入口，由直排钢烟囱(出口标高80 m)排入大气；对原有第一层喷淋层喷嘴进行更换，使喷淋管路浆液成锥形均匀喷出；新增循环泵丁作为第四层喷淋浆液泵，并配套相应喷淋管路及单向双头喷嘴；脱硫塔出口除雾装置采用气动高效除尘除雾器；更换风机出口增加隔离阀。原有浆池段、烟气稳定段、引风机、石膏脱水系统、废水预处理系统、工艺水系统、浆液排空系统、压缩空气系统以及DCS逻辑和控制系统不变。

3.2　改造后运行存在的问题

此次超净排改造历时45天，1#、2#和3#炉相继投入运行，在系统投入运行中我们发现，1#—3#炉风道、风机轴承座振动很大，三台炉振动情况基本相同。现场测读公共烟道振动产生的噪音最大达108db(离振源1 m位置)，振动最大点位置在风机出口阀附近，有部分支撑在振动中产生脱落。三台炉引风机轴承座振动最大超过20 mm/s（对980 r/min风机，振动一般有小于6 mm/s），振动最大点都是水平（H）方向，位置在4处，见图2。

图2　机组传动与测点布置简图

由于振动大大超过规定值，为了确保设备安全，锅炉只有降负荷运行，1#～3#炉只能勉强带80%不到负荷运行，生产处于十分被动局面。振动相对较大的3#炉甲引风机水平振动波形见图3。

图3　3#炉甲引风机水平（4H）振动波形

3.3　问题分析和对策

此次超净排改造后运行和改造前相比，烟道和风机振动明显加大，锅炉不能满负荷运行，分析其原因主要有以下几方面。

（1）烟道设计流速由原来的12 m/s每秒提高到流速15 m/s，在弯头处产生冲击，此处烟道支架在自由度方向控制不够，出现横向位移，造成振动。采取对策：对烟道支架自由度方向进行控制，对烟道支架的固定形式作改进，增加限位挡块，同时，将现有的固定支撑改为弹性支架，并对烟道外面进行了补强措施。

（2）超净排改造由于废除了原来的烟道，新的风机出口烟道布置位置受到很大限制，造成风机出口到烟道之间过渡风道扩散角度过大。从风机振动波形来看，风机出口风道气流有紊流现象发生，风机振动随机性较大。采取对策：在每台风机出口阀处沿气流方向增加了二片长度为1000 mm、高度为200 mm分隔板，以减少紊流现象发生。

（3）从风机振动速度频谱和振动波形可以看出，风机水平振动（4H）主要频率为27.197 Hz，在风机挡板调整过程中，最大振动超过20 mm/s，如果长时间超限运行，可能会造成风机轴承的损坏。采取对策：通过入口挡板，控制风机即锅炉负荷，明确风机水平最大振动值控制在8 mm/s以下运行。

通过以上原因分析和制订的对策，在分别对三台炉整改后，烟道和风机振动有不同程度的减少，公共烟道振动产生的噪音下降到90 db，三台炉引风机震动最大不超过8 mm/s，锅炉负荷在95%以上运行。在这里值得一提的是我厂南区三台煤粉炉在脱硫改造中，由于引风机电机选型过大（原是550 kW提高到1250 kW），造成风机入口挡板节流损失大、风机外壳振动大，总厂一直准备实施引风机变频改造，但由于多方面原因没有实施，此次超净排改造产生的振动，加速了变频改造进程，在11月份完成了3#炉变频改造，此项改造除了节约厂用电以外，改造后的风道和风机轴承座振动大幅度下降，风机最大振动轴向4.0 mm，风道噪音下降到85 db。基于3#炉变频改造效果，1#、2#变频改造也正在进行中，我们有理由相信，1#、2#变频改造后，烟道和风机震动大的问题将彻底得到解决。

5　结论

针对老系统母管制锅炉超净排改造而言 ，由于各电站现场条件、燃料条件和工艺流程相差很大，特别是进入脱硫塔前公共烟道安装位置，往往受场地制约，烟道的走向、变径和转向的地方，不可能完全满足气体流动规律，所以，很多问题需要在各自实践中探索和总结，但从本项目实施过程中，我们总结出如下经验：

（1）公共烟道尽量减少固定支撑，尽可能使用弹性或其他柔性支撑，这样对减少烟道振动大有帮助。

（2）烟道在变径和转向的地方，尽可能遵守气体流动规律，变径不可以过大，在转向的地方应安装倒流装置。

（3）由于超净排改造，公共烟道的阻力有所增加，这会影响到停运锅炉引风机隔离，如果没有可靠的隔离装置，会产生烟气向备用炉倒灌现象，同时，对烟道内壁进行防腐处理。

（4）为了进一步降低公共烟道和风机本体震动，降低厂用电率，有条件企业尽可能使用变频风机。