烟气脱硫增压风机的选型

山东电力技术 SHANDONG DIANLIJISHU 2005年第5期(总第145期) 1 概述 湿法脱硫 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 系统中,自锅炉引风机来的烟气进入吸 收塔中洗涤脱硫,经脱硫后送回尾部烟道进入烟囱排放。由 于烟气流经原烟道、烟气烟气换热器(GGH)、吸收塔、净烟 道、挡板门等阻力设备,需设置增压风机来补偿流动中的压 力损失。 目前大部分 FGD系统是后期增设的,所以一般增压风 机都是与锅炉引风机串联运行。对于新建机组可以采用引 风机同时克服锅炉和FGD系统的阻力。当然这种情况的前 提是脱硫装置应当长期连续运行,否则运行经济性较差。 如果脱硫系统设有烟气烟气换热器(GGH),从烟气流 程中可以看出增压风机可以布置在四个位置 (如图 1),GGH 上游原烟气侧(A位置),吸收塔入口侧(B位置),吸收塔出 口侧(C位置),GGH下游净烟气侧(D位置)。这样,按照布 置位置及相应的烟气条件,脱硫增压风机可以分为两种类 型:“干风机”和“湿风机”。 如果增压风机布置在 A位置,增压风机的运行条件与 锅炉引风机是相同的,选型方式也类似,一般可以根据需 要,在离心风机,静叶可调轴流风机和动叶可调轴流风机之 间进行选择。 2 增压风机系统位置的确定 增压风机布置在GGH上游的原烟气烟道上,通过风机的 烟气为干态原烟气,通常这种风机不需要任何防腐措施,此时 风机归类为“干风机”,但是因为在FGD系统中此处的烟气温 度最高,所以体积流量是最大的,这样就导致风机容量的增 大,与布置在净烟气侧的风机相比,无论风机容量还是电耗都 要大得多。另外这种布置方式会导致在GGH内原烟气向净烟 气侧泄漏,对装置脱硫率有负面影响,而且此位置烟尘的含量 也最大,磨损问题也应在考虑范围内。但是由于这样布置不存 在腐蚀问题,风机的寿命要长得多。可以选用维护率非常低的 静叶可调风机,或能耗比较低的动叶可调风机。 对于布置在 GGH出口和吸收塔进口之间原烟气烟道 的方案,虽然烟气体积流量大大降低了,但是此时温度已经 低于露点温度,而且烟气未经处理,腐蚀性最强,应当说此 处的运行条件是最恶劣的,风机必须采用适当的防腐措施, 所以总投资不一定下降。 增压风机布置在吸收塔出口或GGH净烟气出口的方案 为“湿风机”方案,湿风机用来输送的是含有饱和蒸汽的烟 气。这两种方案的最大优点是风机容量较小,特别是位置C, 此处烟气温度一般低于 50℃,降低了运行费用,而且由于 GGH净烟气侧的压力大于原烟气侧的压力,泄漏问题也得到 了解决。虽然此处烟气已经过吸收塔处理,但仍存在腐蚀性 介质,如果不采取防腐蚀措施,长期运行逐渐浓缩,还是会造 成严重的腐蚀问题,所以此类风机必须采取防腐措施。另外, 位置C,在实际布置时往往位置很高,风机支架,烟道的设计 都比较困难,风机一般采用立式布置,投资提高的幅度非常 大。这种布置方案在国外是有运行业绩的,其运行成本低的 优势体现也比较明显,但由于初投资太高,所以并未推广。 除了上面介绍过的几种布置方式外,还有一种布置方 案,风机同样布置在吸收塔出口,但是风机出口设有一条再 循环管线,穿过附加的加热器后再回到风机进口,这样就加 热了进入风机的净烟气,可以蒸发掉烟气中的水分,如果 GGH后的烟气的温度足够高,也可以直接从这里引接,这样 就不需要再增设加热器了。这种方案解决了风机的腐蚀问 题,但是由于烟气温度的升高,烟气的容积流量也增加了。 根据国内的实际情况,一般增压风机都布置在 A位置, 也就是GGH上游原烟气侧的方案。这样增压风机可以实现 国产化,也大大降低了初投资。 3 增压风机设计参数的确定 目前国内脱硫系统增压风机的选取原则与引风机是基 本相同的。按照《火力发电厂设计技术规程》的规定,锅炉引 风机的选定是基于锅炉 BMCR工况的烟气量增加 10%- 17%的余量作为引风机的设计流量,压升为计算阻力损失的 烟气脱硫增压风机的选型 TypeSelectionofFlueGasDesulferizationBoosterFan 窦连玉 1,李乐丰 2 (1.华电国际邹县发电厂,山东 邹城 273522;2.山东电力研究院,山东 济南 250002) 摘要:介绍了脱硫增压风机位置布置和设计参数的确定以及各类风机的特点与工程应用情况,并对脱硫动调轴流风机 和静调轴流风机的选择进行了综合比较。 关键词:脱硫;增压风机;选型 中图分类号:TK284.8 文献标识码:B 文章编号:1007-9904(2005)05-0066-03 66 山东电力技术 SHANDONG DIANLIJISHU 2005年第5期(总第145期) 20%-32%。脱硫增压风机的风量和压头可按下列要求选择: (1)脱硫增压风机的基本风量按吸收塔的设计工况下 的烟气量考虑。脱硫增压风机的风量裕量不低于 10%,另加 不低于10℃的温度裕量。 (2)脱硫增压风机的基本压头为脱硫装置本身的阻力 及脱硫装置进出口的压差之和。进出口压力由主体设计单 位负责提供。脱硫增压风机的压头裕量不低于 20%。 我们知道,锅炉引风机是锅炉正常运行的关键设备之 一,必须适应煤种变化、风机磨损等因素的影响,所以考虑较 大的余量是应该的。增压风机的选型是否应当与引风机完全 相同,是否考虑很大的余量,这个问题还应当深入研究。 增压风机是脱硫系统中的用电大户,其运行效率的高 低,对厂用电率的影响是举足轻重的,通过调查国内运行的 一些脱硫装置,我们发现,增压风机往往工作在效率较低的 位置,距离最佳效率点偏差较大。不考虑初投资的增加,仅 运行费用的增加就是非常可观的。 对于那些负荷率较低的电厂,增压风机的设计工况点是 否可以定义在ECR工况点甚至更低的工况点,如果烟气量过 大时可以采用部分烟气脱硫(旁路挡板不全关)的运行方式。 4 各类风机特点及工程应用情况 目前,大型电站增压风机国内可以选择的型式大致有: 静叶可调轴流风机、动叶可调轴流风机、双速离心风机、定 速离心风机。 4.1 静叶可调轴流风机 静叶可调轴流风机,是一种以叶轮子午面的流道,沿着 流动方向急剧收敛,气流速度迅速增加获得动能,并通过后 导叶、扩压器将部分动能转换成静压能的轴流风机,扩压器 的设计是风机性能的关键。风机对叶轮入口条件不太敏感, 采用简单的入口导向器调节方式可以获得较好的调节性 能。风机结构比较简单,转速比动叶可调轴流风机低,简单 的说,静叶可调轴流风机在结构和性能上都介于动叶可调 轴流风机和离心风机之间。 静叶可调轴流风机效率曲线近似呈圆面,风机运行的 高效区范围介于动叶可调轴流风机和离心风机之间。风机 在 T.B点和 BMCR工况时,也能达到较高效率,在带基本负 荷并可调峰的锅炉机组上,其与动调风机的电耗相差不大。 当机组在汽机带额定负荷工况或更低负荷下运行时,风机 效率下降的幅度比动叶可调轴流风机大。 静叶可调轴流风机转子外沿的线速度较低,对入口含 尘量的适应性比动叶可调轴流风机要好,当含尘量在 400mg/Nm3下时,叶片寿命不低于2万小时。理论和实验均 表明,风机叶轮的耐磨寿命与风机转子速度的平方成反比, 因此作为引风机静叶可调轴流风机有其优势。 静叶可调轴流风机的结构比较简单,需要维护的部分 少。后导叶是最主要的易磨件,通常后导叶设计成可拆卸 式,更换方便。同时叶轮叶片经过1~2个大修期后还可在原 轮毂上实现3~4次更换叶片处理,进一步延长叶轮的寿命。 静叶可调轴流风机可以采用滚动轴承油脂润滑,轴承 座采用强制通风冷却。这与动调风机的带循环油站的滚动 或滑动轴承结构相比,运行维护费用均大大降低。尤其目前 国产液压元件质量不稳定,其可靠性高的优点更为突出。 4.2 动叶可调轴流风机 动叶可调轴流风机,有一套液压调节系统,可以在运行 中调节动叶片的安装角,改变风机特性使之与使用工况相 适应。风机较为轻巧,但转子外沿线速度较高,风机转速较 高。 动叶可调轴流风机由于有一套液压调节系统,结构上 比较复杂。由于风机转速较高,转子重量和整机重量较轻, 转动惯量较小,配用电机较小。 动叶可调轴流风机效率曲线近似呈椭圆面,长轴与烟风 系统的阻力曲线基本平行,风机运行的高效区范围大。风机 在 T.B点和 BMCR工况时,均能达到较高效率,当机组在汽 机带额定负荷工况或更低负荷下运行时,风机效率下降的幅 度是几类风机中最小的。因此,风机耗功少,运行费用低。 动叶可调轴流风机压力系数小,则风机达到相同风压 时需要的转子外沿线速度高,相应的磨损情况要比其他形 式的风机严重。如不对动叶片等部件进行耐磨处理,则不能 承受含尘量超过150mg/Nm3的工况。即使进行了耐磨处理, 一般要求的烟气含尘量不超过300mg/Nm3。 由于动叶可调轴流风机有一套复杂的液压调节机构, 其相应的检修工作量较大 (主要是液压缸密封件的检修维 护、油系统漏油问题),需要经常检修维护的部件主要是动 叶片。换下的叶片若未伤及母材,重新喷焊耐磨材料后还可 以使用,但在喷涂过程中需要加热,会引起叶片的变形,一 般来说,整形工作电厂完成较为困难,最好由制造厂完成。 对于 600MW及以上机组,如果采用一台增压风机,烟 气流量非常大,相当于 900MW机组单台引风机的流量,目 前国内制造厂均没有运行业绩,通过调研,如果采用动调风 机,可以采用单台设置,如果采用静调风机,最好采用两列 并联的方式。 4.3 离心风机 离心风机(含双速、定速离心风机)的主要优点是压力升可 以比较大,体积比较小,容易布置,另外,离心风机对烟气中粉 尘浓度不敏感。但是离心式风机在部分负荷时效率会明显下 降,而且单台离心风机风量是有一定限制的。由于中大型机组 烟气量较大,在条件允许的情况下增压风机采用离心式风机 则必须采用双吸式风机,或者多台风机并联运行。由于离心风 机在烟气脱硫工程中较少应用,本篇就不详细介绍了。 5 综合比较 关于脱硫增压风机的选型,可参照《火力发电厂设计技 术规程》中的要求:大容量锅炉的吸风机宜选用高效离心风 机或静叶可调轴流式风机。当风机进 (下转第70页) 67 山东电力技术 SHANDONG DIANLIJISHU 2005年第5期(总第145期) 口烟气含尘量能满足风机要求,且技术经济比较合理时,可采 用动叶可调轴流风机。另外,规划院在审查《600MW引进型机 组主厂房参考设计》初步设计后的结论是:静调风机优于动调 风机,动调风机优于双速离心风机,两者不尽相同,而且由于 各厂煤质不同、负荷分配不同等诸多因素的影响,使得每个具 体工程都有自己的特点,应该具体分析。根据以上几种风机 的特点分析和国内外脱硫工程对增压风机的应用情况,动调 轴流风机和静调轴流风机比较适用于做脱硫工程的增压风 机。 下面就以下几个方面对脱硫动调轴流风机和静调轴流 风机应用脱硫工程中的特性进行比较。 5.1 设备初投资 根据累积的调研情况,一般动调轴流风机的初投资都 要高于静调轴流风机。表中给出了两种适用于 600MW机组 脱硫增压风机的价格比较作为参考(数据见上表),其中选用 动调轴流风机采用单台布置方式,选用静调轴流风机采用 双台布置方式。 从上表我们可以看出,即使采用双静调风机,动调风机 的初投资都要高于静调风机。 5.2 运行经济性 风机的运行经济性体现在风机效率上。在 TB点和 BMCR工况下,动调轴流风机和静调轴流风机的效率接近。 根据某脱硫工程的初步询价的资料显示,TB点动调轴流风 机效率为 87.3%,静调轴流风机效率为 85.4%;BMCR点动 调轴流风机效率为89%,静调轴流风机效率为86.8%。由于 目前普遍存在的供电紧张局面,机组运行在高负荷区域的 时间较多,二者的运行经济性差别不大。 5.3 运行维护费用 就部件的磨损性而言,由于静调轴流风机转速较动调 风机低,叶轮的磨损情况相应较好。即使出现磨损,叶轮叶 片经过 1~2个大修期后还可在原轮毂上实现 3~4次更换叶 片处理,进一步延长叶轮的寿命。其更换叶片的费用约为7~ 8万元/叶轮,相比之下,动调风机经过一个大修期后,更换 叶片的费用约为20余万元(每片叶片约1万元)。对于风机 最易磨损的后导叶,静调风机为可拆卸式,可在不停机的情 况下更换。而动调风机后导叶为固定式,必须停机,返厂维 修,费用大大高于静调风机。 5.4 运行可靠性及检修方便性 由于静调风机结构简单,没有复杂的液压调节系统,轴 承采用脂润滑,不需油站和水冷却系统,相应可靠性也较高。 传动轴系由多段空心轴组成,检修时只需松开连接螺栓,吊出 中间轴后即可吊出叶轮。动调风机相比检修工作量较大。 6 结论和建议 (1)脱硫增压风机的流量和压头裕量还应结合工程的 实际情况来确定,可适当放大。 (2)大容量吸收塔的脱硫增压风机宜选用静叶可调轴 流式风机。当风机进口烟气含尘量能满足风机要求,且技术 经济比较合理时,可采用动叶可调轴流式风机。 (3)对于脱硫增压风机的选型,在考虑以上因素的前提 下,还应考虑到各厂运行维护的经验和水平,综合考虑进行选 择。对于关键部件最好要求进口。 (4)300MW及以下机组每座吸收塔宜设置一台脱硫增压 风机,不设备用。对600MW及以上机组,经技术经济比较确 定,也可设置2台增压风机。 (5)对于 600MW及以上机组如果采用两列并联运行 的脱硫增压风机,还带来了更好的运行效果,当机组运行 在低负荷情况下,可以单台运行,并保持在较高的效率点, 为电厂节省大量运行费用。□ (收稿日期:2005-05-12) 脱硫增压风机类型 动调风机 静调风机 型号 SAF40/19-1 AN42e6 布置方式 一台 两台 风机价格(万元) 264 166 电机价格(万元) 75 152 风机总价(万元) 339 318 年固定费用(万元) ~60 ~40 1 RAB =1 Rb + 1 Ra+Rc 因为 a、b、c三相绕组的阻值应基本相同,由上式中不 难看出 1 Rb 的大小对 1 RAB 的值的改变起着决定性作用,所以 应在保持 A、C两相分接开关不动的情况下,改变 B相的分 接开关,由修前试验数据可知,分接开关在Ⅰ档时所测得的 直流电阻值最大,在Ⅴ档时所测直流电阻值相对较小,上表 中测得的Ⅲ档数值中,AB相比 BC、CA两相都小,因此要将 B相的分接开关调至Ⅱ档,以使 AB相直流电阻值增加,调 整后测得电阻值见续表3—(1)。 与第一次测得的数据相比,相对差别有所改善,但依然 超标,因此再将 B相的分接开关继续上调至Ⅰ档,测得电阻 值见续表3—(2)。 相对差别为0.34%,符合《电气交接和预防性试验规程》 规定。遂确定A、CⅢ档;BⅠ档为同一档位,然后将三相同时 按相同的递增、递减规律换档,测得直流电阻数值如表 4,即 可按其大小规律确定出Ⅰ至Ⅴ档。□ (收稿日期:2005-04-04) """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" (上接第67页) 70