超凈排脫硫改造風機和煙道振動分析及對策

張永福,許懷鵬

引言

隨著國家對燃煤電廠大氣污染防治力度加大，特別是發(fā)改能源【2014】關于《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃 》的實施，中國的東部和中部地區(qū)電廠的煙氣排放都應接近或達到燃氣輪機排放限值（SO2＜35 mg/m3、NOx＜50 mg/m3、煙塵＜5 mg/m3），超凈排已經(jīng)成為一種不可阻擋的綠色發(fā)展時代潮流。馬鋼作為省國有企業(yè)積極響應國家號召，建立了以綠色發(fā)展戰(zhàn)略、清潔生產(chǎn)、綠色制造、污染物零排放和廢棄物循環(huán)再利用，持續(xù)削減主要污染物排放總量，減少鋼鐵生產(chǎn)全過程的炭石燃料消耗及溫室氣體排放。

1　項目概述

馬鋼熱電總廠作為鋼鐵行業(yè)自備電廠，南區(qū)三臺煤粉爐脫硫脫硝工程自2015年6月開始動工，到2015年9月投入運行，到2017年8月，歷時1年多時間，總體運行平穩(wěn)，脫硫主要技術指標完全滿足煙氣排放標準。按照《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃 》要求，2017年8月到10月又進行了超凈排改造工程，10月底投入運行。超凈排改造后，雖然煙氣排放指標達到超凈排要求，但改造后的三臺爐六臺引風機和公共煙道振動大，已經(jīng)嚴重影響鍋爐滿負荷運行，問題的解決迫在眉睫。

2　設備系統(tǒng)概況

南區(qū)3臺煤粉爐為燃煤鍋爐母管制運行、超凈排改造前，3臺爐合用一個150 m煙囪，3臺爐最大煙氣量為（濕熱態(tài)）135萬 m3/h。脫硫裝置是布置在引風機房后混凝土煙囪北側(cè)，采用石灰石/石膏濕法煙氣脫硫，F(xiàn)GD系統(tǒng)在負荷40%～100%BMCR之間時脫硫效率達95%以上。排放指標：SO2濃度（濕）≤100 mg/m3、NOX濃度（濕）≤200 mg/m3、粉塵濃度（濕）≤30 mg/m3，脫硫工藝流程見圖1。

圖1　三爐一塔脫硫工藝流程圖

鍋爐型式：熱電南區(qū)三臺煤粉爐，均為單汽包自然循環(huán)高溫高壓煤粉鍋爐，鋼制構架，呈倒U形布置，汽包布置在爐前，燃燒器布置在爐膛的正四角，低氮燃燒，布袋除塵，最大耗煤量28.6 t/h，可摻燒30%（熱值比）高爐煤氣。鍋爐主要設計參數(shù)：最大連續(xù)蒸發(fā)量（ECR）為 220 t/h、蒸汽壓力 9.8 MPa、溫度540℃；引風機型號A15316-1.0848、數(shù)量6臺、流量319000 m3/h、全壓 8319 Pa、功率 1250 kW，工頻運行。

3　超凈排改造

3.1　改造方案

根據(jù)現(xiàn)行環(huán)保要求和馬鋼熱電總廠發(fā)展規(guī)劃，2017年8月底開始實施了超凈排改造，10月底投入運行。此次改造主要內(nèi)容：封堵原煙囪入口，由直排鋼煙囪(出口標高80 m)排入大氣；對原有第一層噴淋層噴嘴進行更換，使噴淋管路漿液成錐形均勻噴出；新增循環(huán)泵丁作為第四層噴淋漿液泵，并配套相應噴淋管路及單向雙頭噴嘴；脫硫塔出口除霧裝置采用氣動高效除塵除霧器；更換風機出口增加隔離閥。原有漿池段、煙氣穩(wěn)定段、引風機、石膏脫水系統(tǒng)、廢水預處理系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、漿液排空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)以及DCS邏輯和控制系統(tǒng)不變。

3.2　改造后運行存在的問題

此次超凈排改造歷時45天，1#、2#和3#爐相繼投入運行，在系統(tǒng)投入運行中我們發(fā)現(xiàn)，1#—3#爐風道、風機軸承座振動很大，三臺爐振動情況基本相同?，F(xiàn)場測讀公共煙道振動產(chǎn)生的噪音最大達108db(離振源1 m位置)，振動最大點位置在風機出口閥附近，有部分支撐在振動中產(chǎn)生脫落。三臺爐引風機軸承座振動最大超過20 mm/s（對980 r/min風機，振動一般有小于6 mm/s），振動最大點都是水平（H）方向，位置在4處，見圖2。

圖2　機組傳動與測點布置簡圖

由于振動大大超過規(guī)定值，為了確保設備安全，鍋爐只有降負荷運行，1#～3#爐只能勉強帶80%不到負荷運行，生產(chǎn)處于十分被動局面。振動相對較大的3#爐甲引風機水平振動波形見圖3。

圖3　3#爐甲引風機水平（4H）振動波形

3.3　問題分析和對策

此次超凈排改造后運行和改造前相比，煙道和風機振動明顯加大，鍋爐不能滿負荷運行，分析其原因主要有以下幾方面。

（1）煙道設計流速由原來的12 m/s每秒提高到流速15 m/s，在彎頭處產(chǎn)生沖擊，此處煙道支架在自由度方向控制不夠，出現(xiàn)橫向位移，造成振動。采取對策：對煙道支架自由度方向進行控制，對煙道支架的固定形式作改進，增加限位擋塊，同時，將現(xiàn)有的固定支撐改為彈性支架，并對煙道外面進行了補強措施。

（2）超凈排改造由于廢除了原來的煙道，新的風機出口煙道布置位置受到很大限制，造成風機出口到煙道之間過渡風道擴散角度過大。從風機振動波形來看，風機出口風道氣流有紊流現(xiàn)象發(fā)生，風機振動隨機性較大。采取對策：在每臺風機出口閥處沿氣流方向增加了二片長度為1000 mm、高度為200 mm分隔板，以減少紊流現(xiàn)象發(fā)生。

（3）從風機振動速度頻譜和振動波形可以看出，風機水平振動（4H）主要頻率為27.197 Hz，在風機擋板調(diào)整過程中，最大振動超過20 mm/s，如果長時間超限運行，可能會造成風機軸承的損壞。采取對策：通過入口擋板，控制風機即鍋爐負荷，明確風機水平最大振動值控制在8 mm/s以下運行。

通過以上原因分析和制訂的對策，在分別對三臺爐整改后，煙道和風機振動有不同程度的減少，公共煙道振動產(chǎn)生的噪音下降到90 db，三臺爐引風機震動最大不超過8 mm/s，鍋爐負荷在95%以上運行。在這里值得一提的是我廠南區(qū)三臺煤粉爐在脫硫改造中，由于引風機電機選型過大（原是550 kW提高到1250 kW），造成風機入口擋板節(jié)流損失大、風機外殼振動大，總廠一直準備實施引風機變頻改造，但由于多方面原因沒有實施，此次超凈排改造產(chǎn)生的振動，加速了變頻改造進程，在11月份完成了3#爐變頻改造，此項改造除了節(jié)約廠用電以外，改造后的風道和風機軸承座振動大幅度下降，風機最大振動軸向4.0 mm，風道噪音下降到85 db?；?#爐變頻改造效果，1#、2#變頻改造也正在進行中，我們有理由相信，1#、2#變頻改造后，煙道和風機震動大的問題將徹底得到解決。

5　結(jié)論

針對老系統(tǒng)母管制鍋爐超凈排改造而言 ，由于各電站現(xiàn)場條件、燃料條件和工藝流程相差很大，特別是進入脫硫塔前公共煙道安裝位置，往往受場地制約，煙道的走向、變徑和轉(zhuǎn)向的地方，不可能完全滿足氣體流動規(guī)律，所以，很多問題需要在各自實踐中探索和總結(jié)，但從本項目實施過程中，我們總結(jié)出如下經(jīng)驗：

（1）公共煙道盡量減少固定支撐，盡可能使用彈性或其他柔性支撐，這樣對減少煙道振動大有幫助。

（2）煙道在變徑和轉(zhuǎn)向的地方，盡可能遵守氣體流動規(guī)律，變徑不可以過大，在轉(zhuǎn)向的地方應安裝倒流裝置。

（3）由于超凈排改造，公共煙道的阻力有所增加，這會影響到停運鍋爐引風機隔離，如果沒有可靠的隔離裝置，會產(chǎn)生煙氣向備用爐倒灌現(xiàn)象，同時，對煙道內(nèi)壁進行防腐處理。

（4）為了進一步降低公共煙道和風機本體震動，降低廠用電率，有條件企業(yè)盡可能使用變頻風機。