作者：丁得龙
浙江天地环保科技股份有限公司
摘 要：氧化风机是湿法烟气脱硫系统的主要设备之一,合理选择氧化风机的型式对提高系统的可靠性、节能降耗有着至关重要的作用。文章分析了罗茨风机在烟气脱硫系统应用过程中存在的问题,结合三种不同型式氧化风机的特点进行了技术性能比较,最终采用空气悬浮风机对氧化空气系统进行节能降耗改造。改造后,氧化风机的节能率可达25.65%,氧化风房内设备噪声下降至约77dB(A),氧化空气系统的故障率和运行维护工作均明显降低,均符合预期改造目标。
关键词：脱硫;氧化风机;节能;
引言
石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺采用石灰石（主要成分为CaCO3）浆液作为脱除烟气中二氧化硫的吸收剂，该技术具有操作弹性大、负荷适应性强、脱硫效率高、运行可靠等优点，是目前技术最成熟、应用最广泛的一种烟气脱硫技术。
石灰石经破碎研磨成粉状后与水混合制备成含固量在25%～30%的石灰石浆液，在吸收塔内，烟气与石灰石—石膏浆液进行气、液接触混合，烟气中的二氧化硫（SO2）与浆液中的碳酸钙（CaCO3）反应生成亚硫酸钙（CaSO3),CaSO3再与氧气进一步反应生成石膏（CaSO4·2H2O），最终实现脱除SO2的目的。
烟气脱硫过程主要发生的化学反应方程式为：
吸收过程：
氧化过程：
为了充分利用石灰石—石膏湿法烟气脱硫过程中的副产物，提高脱硫石膏品质，烟气脱硫系统中广泛采用强制氧化工艺。氧化风机向吸收塔浆池中提供足够的氧化空气，将脱硫反应中生成的半水亚硫酸钙（CaSO3·1/2H2O）氧化为硫酸钙并结晶生成石膏。在烟气脱硫系统中，氧化风机大都采用罗茨风机以满足脱硫系统对氧化风大流量、高压升的工艺要求。但罗茨风机存在噪声大、能耗高等问题，因此，需对现有氧化空气系统进行节能降噪改造。
1 氧化空气系统存在的问题
目前，燃煤电厂的脱硫氧化风机大多选用罗茨鼓风机。罗茨鼓风机属于容积式气体压缩机，其工作原理是通过一对转子的啮合使进气口与排气口隔开，转子在箱体内互为反方向匀速旋转将气体从吸气口推移至排气口。罗茨风机结构简单，排风量较为稳定，但存在能耗高、噪声大、故障率高等缺点。
罗茨风机的输送风量较为稳定，基本保持不变，罗茨风机的出口压力主要受脱硫吸收塔浆池内液位和浆液密度的影响，因此当脱硫系统稳定运行时，罗茨风机的输出功率基本稳定。当机组长期在负荷低或燃煤硫份低的工况下运行时，将向吸收塔内输送过量的氧化空气，从而造成能源浪费。此外，罗茨风机转子之间和转子与气缸之间的间隙会导致气体泄漏，使工作效率进一步降低。
由于气体周期性压力脉动、气体紊流等原因，罗茨风机在运行过程中将产生强度高、危害大的气体动力性噪声。在实际运行中发现罗茨风机噪声强度达到100dB以上，严重超过85dB的生产车间噪声限值，严重影响运行人员的职业健康。所以，不得不采用隔声罩对罗茨风机进行降噪处理，然而这容易导致风机、电机在夏季温度过高，影响运行安全。
由于风机振动大、旋转部件不平衡量大、转轴易磨损等原因，罗茨风机的皮带故障、轴承温度异常升高、风机振动异常等情况经常发生，严重影响脱硫系统的安全运行。随着罗茨风机使用年限的增长，设备维护量逐渐加大，设备零部件更换频繁，维护成本也逐渐增高。
2 问题解决措施
近年来，随着对氧化风机节能降耗、噪音、运行可靠性等方面的要求逐渐提高，单级高速离心风机、空气悬浮风机等在脱硫系统中得到应用。
单级高速离心鼓风机的工作原理是通过原动机驱动叶轮高速旋转，由轴向进入叶轮的气流被加速，然后进入扩压腔内减速，将动能转换成势能（压能）。由于离心风机是通过提高空气流速最终空气的动能转化为空气的压能，因此，单级离心鼓风机的转速需高达数万转。
空气悬浮永磁变频离心风机是近几年兴起的新型风机设备，采用一体化结构（高速电机+离心风机），通过高转速来保证风量和风压达到设计要求，利用空气悬浮轴承使风机的回转轴在高速转动时处于悬浮状态。
工艺设备选型时，主要从生产的适用性、技术的先进性、经济的合理性等方面考虑，对氧化风机具体选型时，还应考虑风量、可调节性能、电耗、噪音、运行维护等方面。对罗茨风机、单级高速离心鼓风机及空气悬浮永磁变频离心风机三种风机进行技术性能比较结果如表1所示。
表1 不同型式氧化风机技术性能对比
由表1可知，罗茨风机适用于流量小、工况稳定的条件，但其噪声大、电耗高、自动化程度低、故障率高、运行维护成本高；单级高速离心鼓风机适用于流量高、有一定风量调节要求的工况，其噪声、电耗、自动化程度、故障率、运行维护成本在三种风机中均处于中等水平；空气悬浮永磁变频离心风机风量可调节范围大，且具有噪声低、电耗小、自动化程度高、故障率低、运行维护成本方便等优势。
3 脱硫系统氧化风机节能改造
某电厂300MW燃煤机组烟气脱硫系统采用石灰石—石膏湿法高效脱硫工艺，一炉一塔配置。氧化风机采用罗茨风机，传动方式为带联，设备参数详见表2。经分析，罗茨风机运行效率低、噪声大（风机隔音罩外实测110dB(A））、故障率高（根据2018年统计脱硫氧化风机设备缺陷达70条），已经不适应烟气脱硫系统的运行需要，考虑到氧化风机节能降耗、环保等方面的要求，于2019年对氧化风机进行升级改造。经技术对比分析后，选用空气悬浮永磁变频离心风机替换原有罗茨风机。
表2 原有罗茨风机参数表
升级改造措施为：拆除原有的1台罗茨风机，将其更换为空气悬浮永磁变频离心风机，与剩余的1台罗茨风机形成一用一备。原有氧化空气系统母管保持不变，将更换后的氧化风机出口接至原有氧化空气管道系统。正常运行时由1台空气悬浮永磁变频离心风机向系统提供氧化风。改造后氧化风机的设备性能参数如表3所示。
表3 空气悬浮永磁变频离心风机性能参数表
4 脱硫系统氧化风机改造后效果分析
(1）对脱硫系统的影响。氧化风机改造后设备运行平稳、可靠，排风量和压升均能满足脱硫系统需要。改造后吸收塔内的浆液成份、石膏结晶和烟气脱硫效率均无明显变化，因此，氧化风机的改造对烟气脱硫反应基本无影响。
(2）节能降耗方面。原有脱硫氧化风机的电源电压为6kV，正常运行电流为18.2A，经测算其实际运行功率约为160.76kW，罗茨风机的比功率为0.028kW/（Nm3/h）。改造后，空气悬浮永磁变频离心风机的平均运行功率约为119.53kW，比功率为0.021kW/（Nm3/h），其节能率为25.65%。该机组的年实际运行时间为7660h，则节电量为315821.8kWh，按厂用电价为0.4253元/kWh，则单台机组每年节约电费约13.43万元。
(3）噪声方面。空气悬浮永磁变频离心风机投运后，氧化风机房实测噪声约77dB(A），与原有的110dB(A）相比明显下降。
(4）故障率方面。设备投产运行一年，氧化风机的设备故障率明显降低，运行维护工作减少，仅需定期对滤网进行清理。
结语
针对原有氧化风机在实际应用中存在的诸多问题，在经过技术性能比较后，选用空气悬浮永磁变频离心风机对脱硫系统进行节能降耗升级改造。改造后，节能率为25.65%，单台机组每年节约电费约13.43万元，氧化风房内设备噪音由110dB(A）降至约77dB(A），设备故障率和运行维护工作明显减少。
与传统的罗茨风机相比较，空气悬浮永磁变频离心风机具有风量可调节范围大、噪声低、电耗小、自动化程度高、故障率低、运行维护成本方便等技术优势，可在烟气脱硫系统中进一步推广应用。
作者简介：丁得龙(1989-),硕士研究生,工程师,从事燃煤电厂环保治理工作。
来源：资源节约与环保
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