火力发电厂脱硫氧化风系统升级改造

贾明锁 1 姜晶 2

中国石油集团电能有限公司热电一公司生产部 黑龙江大庆 163000 2. 中国石油集团电能有限公司电力研究设计院电力人才培训中心 黑龙江大庆 163000

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的火力发电厂建设的发展也有了相应的提高。节能已成为影响我国经济发展的关键问题，尤其在电厂脱硫改造工程中，风机的变频调速控制对于实现能源的节约与再利用起到重要的作用。通过变频输出频率的改变来实现对风量的实际需求的即时控制，从而实现生产的自动化及能源的节约化。

关键词：火力发电厂；脱硫氧化风系统；升级改造

引言

分散控制系统（DistributedControlSystem，简称DCS），在稳定性、可靠性及便捷性等方面明显优于传统的控制系统，并且随着科技的不断进步，DCS技术也获得了长足发展，成本呈逐年降低的趋势，进一步扩大了其市场占有率。截至目前，DCS脱硫控制系统在火力发电厂中的应用已十分普遍，实践证明，两者的结合对于提升系统的稳定性及控制污染气体的排放大有益处，取得了良好的经济效益和社会效益。

1氧化风系统问题描述

该电厂烟气脱硫装置原氧化风系统采用山东某鼓风机厂双叶罗茨风机，按照机组燃烧可研规划的设计煤种、机组100%BMCR工况为基本依据对烟气脱硫装置的氧化空气量计算，进而对氧化风系统配置进行选型（每塔设置3台罗茨风机，2运1备，各50%BMCR工况容量）。原罗茨风机主要参数：电机功率400kW,风机轴功率332kW,电压6kV,压力90kPa,流量146.7m3/min,风机功率因数0.8。经观察记录，2019年罗茨风机的运行电流在30～35A波动，运行功率在270kW上下浮动。因罗茨风机输出风量无法调节，其输出功率基本保持不变，常年实际运行中，主机低负荷或烟气低硫分运行情况下，过量氧化空气入塔造成能源浪费。且随着使用年限的增长，罗茨风机设备维护量逐渐加大。频繁更换润滑油、清理冷却器及入口滤网，致使维护费用逐年攀升。设备故障率逐年升高，轴承温度异常升高、风机振动增大等故障频繁发生，机务备件更换频繁，多次发生较大故障或损坏而返厂大修，返厂费用高、周期长。风机噪声增大，峰值超90dB，超过相关环保规定限值。罗茨风机的各种问题严重影响了脱硫装置的安全、环保及运行经济性。

2风机的节能原理

众所周知，风机的工作点是由风机的风量风压特性曲线决定的。如根据锅炉负荷需减少风量，可用两种方法来实现。一是关小风机或风道上的闸板阀，二是降低风机的转速。如关小闸板阀来实现，风量将从Q2减少到Q1，减少量为△Q1，而风压将从H1升高到H2，增加值为△H1。如果用减少风机风量方法来实现，而闸板阀开度保持不变，风量将从Q2减少到Q1，风压将从H2减小到H1，减少值为△H2。以上这两种减少风量的方法却得到两个不同的风压H1和H3，其差值为H1-H3，这个差值对用户来说是多余的，也就是说：用闸板阀来调节风量时这个压力白白被浪费掉了。用变频调速时，根据风机风量，风压及功率的比例关系，改变风机的转速n可使风机的流量Q，风压H和功率P都随之响应的改变，其关系式为：风量比和转速比成一次方的关系。风压比和转速比成二次方关系。功率比和转速比成三次方关系。通过以上关系可以看出，改变风机的转速，就可以改变风机对应的风量、风压以及消耗功率等以满足锅炉引风机风量系统的要求。由于风机的消耗功率在改变转速时是按照三次方的关系下降的，因此，采用变频调速的节能效果非常显著。

3优化措施分析

3.1数据采集和处理系统（DAS）

DAS对于DCS系统而言作用至关重要，它是DCS系统不可或缺的重要组成部分，其功能包括信息数据的输入输出、信息检索、设备运行状态监控及记录、设备故障报警、信息变量图形化显示、数据转化、信息数据打印输出等，主要负责采集和处理脱硫设备以及材料的各项信息数据。火电厂在开展烟气脱硫工作时，所有环节及设备的相关数据都需要DAS进行及时的采集，然后利用自身系统的能力将采集到的数据信息进行必要的分析和处理，将其转化为常用的数据类型，并传到控制系统的界面上，如此相关工作人员才能依据数据信息有的放矢的采取应对方案，实现监视脱硫设备及脱硫过程的良性意义，对于保证火电厂脱硫运行意义重大。

3.2现场实际应用及数据测试结果

采用变频调速控制系统由于废弃了之前工频下运行的工作方式，因此，可以对风机的转速进行实时调节。我们采集了改造系统之后风机所耗电量的数据，（由于篇幅有限，此处省去表一，表二和表三）。改造之前风机是以2930转/分恒速运行的电机电流约300A～340A，基本属于满负荷运行。调节风机阀门由于增大了管网阻力而降低了风机的效率，因此，风机没有处于最佳工作状态而导致引风效果不理想。加之锅炉燃烧时产生大量的烟尘容易堵塞管网，尤其在除尘管网轴流的风机处，由于并行的冷却管直径不大，很容易堵塞而造成能力的浪费。根据测得的数据，锅炉生产气量在1，2，3月份几乎相同，引风机的基本工艺指标相同。改造前两个月的平均用电为517870KWH，而改造后月平均耗电为351070KWH，节约了146800KWH，节电率为28.35%。以每台风机每年工作10个月计算，每年节电1468000KWH，节约电费1468000×0.46＝67.5万元。由此可以看出，我公司185KW的电动机4台每年节电近70万元左右。

3.3题解决策略

经研究分析，伴随着整个火力发电行业的发展过剩的情况，火电机组中低负荷运行已为常态，该电厂基建选型罗茨风机已经不适应目前脱硫装置运行需要，且随着投入年限的增加罗茨风机本身设备老化、故障增多，从节能降耗及环保角度有必要对风机进行换型改造。远达特许科技创新项目小组在充分调研考察后，锁定于空气悬浮离心风机（韩国空气悬浮技术、整机进口，主要参数：转速34600r/min，流量148m3/min，出口压力90kPa，轴功率225kW，电压380V）替换原有罗茨风机，对1#脱硫氧化风系统进行升级改造。该新型空气悬浮离心风机较传统罗茨风机理论上有如下优势：（1）可靠性高，半永久性寿命。风机通过空气轴承支撑和变频控制的高速电机直接驱动同轴离心叶轮做功；没有复杂的增速齿轮箱、联轴器和磁力控制系统，运转时无任何机械接触，系统可靠性高，半永久性寿命。（2）高效节能，节能率预期可达20%~50%。风机使用了高速永磁电机（PMSM）、空气轴承、高效叶轮及直联技术，电机系统转换效率可达97%、无动力传动能量损失。高速变频调速控制系统，实现永磁电机（PMSM）低电流软起动，同时根据输出的风量（范围40%~100%）自动调整电机功率的消耗。（3）绿色环保，低噪音、系统100%无油、无水。系统动、静部件没有物理接触和无须润滑油系统、系统采用空气冷却，运行时无近零振动，较传统罗茨风机装置噪音降低20~30dB，低于国家环保规定的噪音控制限值，无须辅助隔音装置。

结语

客观上人类在进步，产品在发展，通过在火力发电厂脱硫系统中应用和实施DCS分散控制系统，不仅有效解决了发电厂燃煤脱硫过程中的二氧化硫排放问题，还大大提升了系统的稳定性，优化了电厂资源配置，减少了维护人员及费用，具有良好的经济效益和社会效益。空气悬浮离心风机设备集成度高、重量轻、体积小、振动小、操作便捷、噪声低（风机本体1m外实测值75dB左右），较传统罗茨风机有无可比拟的安全、环保优势，在火力发电厂脱硫装置中具有较强的推广应用价值。

参考文献

[1]HJ/T179-2005.火电厂烟气脱硫工程技术规范：石灰石/石灰-石膏法[S].

[2]曾庭华,杨华,等.湿法烟气脱硫系统的调试、试验及运行[M].中国电力出版社,2008.

[3]北京博奇电力科技有限公司.湿法脱硫系统安全运行与节能降耗[M].中国电力出版社,2010.