300 MW 機組脫硫氧化風(fēng)機運行方式優(yōu)化分析

張超

(貴州金元集團鴨溪發(fā)電公司，貴州遵義563108)

某發(fā)電公司裝機4×300MW，1號機組于2005年1月19日投產(chǎn)，4號機于2006年8月8日投產(chǎn)，脫硫系統(tǒng)為一爐一塔單元式配置，采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝，石灰石漿液將煙氣中SO2吸收生成亞硫酸鈣，再經(jīng)氧化風(fēng)機采用就地氧化方式〔1〕生成硫酸鈣結(jié)晶化合物 CaSO4.2H2O，即石膏。機組額定煙氣流量1 200 000 Nm3/h(標(biāo)準(zhǔn)干態(tài))，脫硫吸收塔入口煙氣設(shè)計SO2含量為12 500 mg/Nm3， 出口煙氣 SO2濃度＜400 mg/Nm3。

1 氧化風(fēng)機運行情況分析

脫硫氧化風(fēng)機屬于多級離心風(fēng)機，氣體經(jīng)過幾級連續(xù)壓縮，獲得所需要的壓力，進入吸收塔進行氧化處理，每臺脫硫吸收塔配置兩臺氧化風(fēng)機，一運一備，各項銘牌參數(shù)見表1。

表1 氧化風(fēng)機性能參數(shù)表

通過長期的現(xiàn)場觀察及運行數(shù)據(jù)顯示，該氧化風(fēng)機具有以下運行特點:

1)風(fēng)機啟動電流高，達(dá)到1 450 A，電流返回慢，長達(dá)20 s左右；

2)風(fēng)機在額定電流下運行，振動經(jīng)常超標(biāo)，在使用稀油站強制供油循環(huán)潤滑冷卻及開式強制軸承冷卻水冷卻的情況下軸承溫度仍居高不下，還需外置強制冷卻，故障率高；

3)調(diào)小入口門開度，降低風(fēng)機出力，將運行電流降至110 A(額定電流的80%)左右運行，振動仍偏高，軸承溫度仍然偏高；

4)氧化風(fēng)機運行中噪音較大。長期以來，氧化風(fēng)機故障率較高，風(fēng)機振動大和軸承溫度高未得到有效解決。為滿足現(xiàn)場系統(tǒng)運行需要，風(fēng)機需外送進行動平衡試驗，檢修工期長，檢修維護費用較高，設(shè)備可用率較低，長期威脅脫硫系統(tǒng)的安全運行。同時氧化風(fēng)機電耗也較正常運行高，諸多因素困擾脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機安全穩(wěn)定可靠的運行，因此需要進行一系列優(yōu)化工作來解決這些問題。

2 原因分析和優(yōu)化試驗

2.1 脫硫吸收塔所需的氧化風(fēng)量計算 (按設(shè)計值)

1)脫硫吸收塔入口煙氣含SO2質(zhì)量:

額定煙氣流量×額定SO2含量＝1200000 Nm3/h×12 500 mg/Nm3＝15 000 000 g/h

2)脫硫吸收塔入口煙氣含SO2的物質(zhì)的量:

SO2質(zhì)量÷SO2摩爾質(zhì)量＝15 000 000 g/h÷64 g/mol＝234 375 mol/h

3) 根據(jù)2CaCO3＋2SO2＋O2＋4H20＝2CaSO4·2H20＋2CO2↑，得出需要的O2的物質(zhì)的量為:

234 375 mol/h÷2＝117 187.5 mol/h

4)空氣中氧氣的含量約為20%，因此需要的空氣的物質(zhì)的量為:

117 187.5 mol/h÷20%＝585 937.5 mol/h

5)根據(jù)標(biāo)況下空氣氣體摩爾體積為22.4 L/mol，則所需空氣體積為:

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 問題分析

通過脫硫吸收塔所需氧化空氣的計算結(jié)果與氧化風(fēng)機參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，所需的氧化空氣量218.75 m3/min大大低于該風(fēng)機的額定出力500 m3/min，初步判斷風(fēng)機出力釋放不足，風(fēng)機長時間在一半額定出力以下運行，是風(fēng)機運行不穩(wěn)定、故障率高的主要原因，再進一步通過現(xiàn)場試驗進行分析驗證。

2.3 優(yōu)化性試驗

根據(jù)吸收塔所需的氧化風(fēng)量接近氧化風(fēng)機額定出力一半的情況，并結(jié)合現(xiàn)場的設(shè)備系統(tǒng)布置和工藝流程等實際情況，探索性的采取單臺氧化風(fēng)機通過風(fēng)機出口聯(lián)絡(luò)管供相鄰兩個吸收塔的運行方式進行運行優(yōu)化試驗，觀察風(fēng)機本身的運行狀態(tài)變化和各參數(shù)趨勢等情況、脫硫吸收塔漿液品質(zhì)、石膏品質(zhì)以及整個脫硫相關(guān)系統(tǒng)的運行情況。從系統(tǒng)運行參數(shù)和風(fēng)機運行參數(shù)分析優(yōu)化試驗的效果。

2.4 主優(yōu)化試驗的相關(guān)控制措施

用一臺氧化風(fēng)機供兩個吸收塔的運行方式在運行調(diào)整上需要關(guān)注的主要問題:

1)相關(guān)的兩個吸收塔的總阻力要整體匹配平衡，需要控制好吸收塔的液位、吸收塔的漿液密度及各閥門的開度等，防止氧化空氣只進入一個吸收塔，而另一個吸收塔無氧化空氣的情況發(fā)生；

2)密切監(jiān)視脫硫吸收塔漿液各項參數(shù)特別是亞硫酸鹽含量在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)；

3)觀察石膏品質(zhì)是否正常，各項參數(shù)是否正常；

4)由于一臺氧化風(fēng)機供兩個吸收塔，風(fēng)機故障、跳閘等造成的影響范圍較大，需要加強監(jiān)視、認(rèn)真調(diào)整、精心操作，同時將潤滑油泵維持連續(xù)運行狀態(tài)，保證備用氧化風(fēng)機隨時可靠備用。

3 優(yōu)化后的成效

3.1 運行成果

經(jīng)過兩個月觀察，控制好相關(guān)兩個吸收塔的液位參數(shù)，使分別進入兩個吸收塔的風(fēng)量合理匹配，取得如下運行成果:

1)氧化風(fēng)機本身的運行狀況得到了明顯的改善，風(fēng)機出口溫度下降10℃左右，風(fēng)機軸承垂直/水平/軸向振動分別下降了 30 μm/35 μm/25 μm 左右，軸承溫度下降了8℃左右且穩(wěn)定，已經(jīng)不需要外置冷卻設(shè)備，整個風(fēng)機組的故障率大大降低；

2)脫硫吸收塔漿液品質(zhì)正常、各項漿液指標(biāo)正常，重點監(jiān)視的氧化效果良好，亞硫酸鹽含量正常，脫水正常，石膏成品各項參數(shù)正常，脫硫系統(tǒng)運行正常、平穩(wěn)，SO2排放正常、穩(wěn)定；

3)氧化風(fēng)機運行中噪音有所降低，已從原來的95 dB下降至65 dB。

3.2 經(jīng)濟成果

3.2.1 直接經(jīng)濟成果

由于一個單元的兩個吸收塔只需要運行一臺氧化風(fēng)機，風(fēng)機電耗大大降低，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益計算如下:1)P＝ 3 UIcosФ＝6 300×140×0.87÷1 000＝767.34 kW；2)每月每單元可省電:767.34×24×30＝552 484.8 kWh；3)每月全廠可省電:552 484.8×2＝1 104 969.6 kWh；4) 全年可省電:1 104 969.6×12＝13 259 635.2 kWh； 5) 根據(jù)貴州省目前的上網(wǎng)電價0.336 3元/kWh，計算產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益:0.3363×13259635.2＝4459215.318元＝445.92萬元。

3.2.2 間接經(jīng)濟成果

采用新的優(yōu)化運行方式，整個氧化風(fēng)機運行穩(wěn)定性得到了大大提升，降低了風(fēng)機組的軸承、葉輪、電機、電機軸承等的故障率，檢修周期明顯加長，檢修工作量大大降低，同時檢修材料費用、相關(guān)的人力投入及外委動平衡費用等均大大降低，達(dá)到了降低檢修費用的目的。

4 結(jié)論

某發(fā)電公司脫硫系統(tǒng)用現(xiàn)有的一臺氧化風(fēng)機供兩個吸收塔，避免產(chǎn)生大的設(shè)備技改費用，從根本上解決了困擾該廠十余年的脫硫氧化風(fēng)機運行不穩(wěn)定、故障率高、設(shè)備可用率低的問題，同時大大降低了廠用電耗，具有較大的經(jīng)濟價值。

中國發(fā)電企業(yè)的脫硫工藝系統(tǒng)起步相對發(fā)達(dá)國家較晚，存在設(shè)備選型、工藝設(shè)計、設(shè)備布置、現(xiàn)場施工等一系列需要深入考慮的問題，特別是對于部分300 MW的小機組，運行使用壽命已過半。針對同批次設(shè)計的類似機組存在類似的情況，如果進行大規(guī)模的技改，勢必產(chǎn)生較大的費用，造成投資的浪費，通過這種運行方式上的合理優(yōu)化，既不產(chǎn)生技改費用，又能解決設(shè)備運行本身存在的問題，還能大大降低電耗，提高運行的經(jīng)濟性。

〔1〕曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.