关于脱硫氧化风机选型的浅析

2018-10-30陆建军刘德泼

科技与创新 2018年20期

关键词：罗茨吸收塔风量

陆建军，刘德泼

关于脱硫氧化风机选型的浅析

陆建军，刘德泼

（江苏金通灵流体机械科技股份有限公司，江苏南通 226001）

国家提高了燃煤电厂大气污染物排放指标，现役机组80%以上的环保设施需要改造脱硫系统。针对湿法烟气脱硫系统介绍了氧化空气量和氧化风机的压头计算公式，通过实例选择脱硫氧化风机的参数，结果证明单级高速离心风机能达到预期的改造目标。

燃煤电厂；湿法烟气脱硫；强制氧化；单级高速离心风机

近些年，我国为控制燃煤电厂大气污染物排放，采取了一系列措施发展清洁发电技术。未来的5～10年，是我国电力行业全面建设的关键时期，而控制火电厂有害气体的排放，是其中的重要课题。为了大幅度减少火电厂大气污染物的排放，火电厂大气污染物排放标准（GB 13223—2011）对现役机组及新建机组的SO2、NOx、粉尘、汞的排放标准作了更加严厉的规定，现役机组80%以上的环保设施需要改造脱硫系统。

电力系统中燃煤火电厂脱硫装置采用石灰石/石膏湿法烟气脱硫（wet limestone gypsum flue gas desulphurization process）工艺占92%.在火电厂脱硫应用最广泛的是脱硫工艺技术，而喷淋塔是石灰石/石膏湿法烟气脱硫主流吸收技术，吸收塔浆液的氧化方式主要分为自然氧化、抑制氧化、强制氧化工艺这3种工艺。

由于脱硫副产品石膏在建材、医药等领域被应用广泛，且产生了较高的商业价值，现在各企业对脱硫石膏的品质及综合利用越来越重视，所以，强制氧化工艺方式在脱硫系统中被广泛使用。其主要受吸收塔浆池浆液深度、自然氧化率、浆液密度（包括溶液中溶解的固体和悬浮固体）、浆液温度、pH、空气压力等的影响，而且采用不同的氧化空气设计形式也会影响设备的布置、运行要求和总体效果。目前较为常用的氧化空气管网（FAS）和氧化空气喷枪（ALS）强制氧化方式，从成本上考虑，对于低硫燃煤机组脱硫或氧化空气管浸没深度较浅的吸收塔，氧化空气喷枪技术较合理；而高硫燃煤机组脱硫需要的空气量大，氧化空气管浸没深度更深，管网型技术更适合，但是由于管网式氧化管道布置在塔体内，氧化空气量必须大于设计量的70%，否则容易堵塞管道，维护工作量大，而喷枪（ALS）式氧化空气流量可以无限调低且不必担心喷气管的堵塞，在燃煤份及机组负荷变化时，可以按照设计要求灵活调节。

1 氧化空气量的计算

氧化空气量取决于SO2摩尔数、烟气中的SO2浓度、脱硫效率等因素，具体计算公式如下：

＝10-6/64. （1）

式（1）中：gas为烟气量，Nm3/h；为SO2实际浓度，mg/Nm3；为SO2脱硫效率；64为SO2摩尔质量。

根据氧化反应原理，可得到氧化空气计算公式：

＝0.5*22.4**（1－）/0.21. （2）

式（2）中：为氧化空气量，Nm3/h；0.5为氧化反应化学当量摩尔比；22.4为标态气体体积，m3/kmol；为SO2摩尔数，kmol/h；为SO2自然氧化率（一般取0.1～0.2）或SO2强制氧化率（一般取0.3～0.4）；0.21为空气中氧气质量浓度。

2 氧化风机压头的计算

氧化空气由氧化风机提供，氧化风机压头计算公式为：

＝1+2. （3）

式（3）中：为氧化风机压头，kPa；1为氧化空气出口静压，kPa；2为氧化空气管路压损，kPa。

1＝10-6g. （4）

式（4）中：为吸收塔浆液密度，kg/m3；g为重力加速度常数；为氧化区高度/管子浸没深度（吸收塔内氧化空气管至液面高度）。

3 氧化风机的选型

通常电厂的脱硫氧化风机采用单塔独立布置，每台脱硫吸收塔采用一运一备或两运一备设计，也有采用单元制布置方式，运行过程中调节风量平衡有难度。

通常使用的氧化风机有3种，分别为罗茨风机、多级低速离心风机、单级高速离心风机。在具体选型中，应根据需要的压头、风量、噪声、维修等方面综合考虑，改造过程还需考虑场地大小、经济性、可调节性及以后操作方便性、设备可靠性等因素。各类氧化风机对比情况如表1所示。

表1 各类氧化风机对比

风机类型罗茨风机多级低速离心风机单级高速离心风机压力/kPa≦98≦120≦250 风量/（m3/min）≦150≦1 000≦1 200 实际风机运行效率/%55～6065～72＞80 噪声/dB（A）13011090（两级电机噪音90、风机噪音可满足85）操作控制及人员要求复杂，高一般，中简单，低自动化程度低中高保养维护烦琐一般方便维护成本高中低维护周期短中长压缩方式容积式鼓风机旋转式二元叶轮旋转式三元叶轮-立体风量控制固定变频调节风量可调55%～100% 性能变化随时间变化，转轴磨损效率下降随时间变化，密封磨损效率下降随时间变化，性能不变振动严重一般小

罗茨风机、多级低速离心风机和单级高速离心风机各有其最好的适用范围，当流量小、工况稳定时，罗茨风机是最好的选择；对于中小流量压比2以下的应用，多级离心更显优势；对于高压头（压比超过2），大流量单级高速离心风机更显优势。

4 脱硫改造时氧化风机的选择

根据某电厂实际脱硫系统工艺，原工艺依照燃用低硫设计原则选型，氧化风机选型的最大压头为70 kPa，最大流量为1.0×107m3/min，所选风机均为罗茨鼓风机，采用一运一备布置，在有隔音室的前提下，噪声通常在85 dB以上，噪声较大，没有风量调节手段。投产运行后，由于燃煤情况的变化，现脱硫设施已不能满足环保排放限值需要，同时结合《火电厂大气污染物排放标准》的要求，对脱硫设施按照燃煤硫份2.0%（5 100 mg/Nm3）的高硫脱硫系统标准设计。选用氧化风机压头为132 kPa，风量为400 m3/min。在氧化风机房利旧的前提下，选择合适的风机，同时考虑降低噪声和性能可调的要求，对各类型风机进行性价比比较。在噪声、能耗、自动化程度综合因素条件下选择了单级高速离心风机。

单级高速离心风机投入使用后，运行稳定，性能满足当时选型的要求，实现远程操控，风机效率高、故障率低、维护量小。风机入口导叶进行风量调节范围宽广，适应脱硫系统煤种的变化，达到预期的改造目标。