（浙江浙能长兴发电有限公司 湖州 313100；浙江浙能长兴发电有限公司 湖州 313100）
摘要：氧化风机是燃煤电厂湿法脱硫工艺中的重要环节，关系到脱硫整体效率，老式罗茨氧化风机在实际运行中存在较多的弊端，近年来，随着高速空气悬浮风机应用的逐渐普及，在电厂脱硫氧化风系统的改造中具有一定的可行性，本文旨在探讨高速空气悬浮风机在氧化风机改造中的应用，并对节能效果进行了分析。
关键词：氧化风机；湿法脱硫；高速空气悬浮风机；节能降耗
Abstract：The oxidation fan is very important in wet desulphurization system of the coal-fired power plant，which affects the desulfurization efficiency. There are many disadvantages of the roots oxidation fan，in recent years，high-speed air suspension fan is used more and more popular，and it can be used in oxidation air system.This paper analyzes the application of high-speed air suspension fan in the oxidizing fan transformation，and the energy saving.
Keyword：oxidation fan；wet desulphurization；high-speed air suspension fan；energy saving
1、概述
华东某4×330MW燃煤机组，配置4台B&BW-1025/17.5-M型锅炉，每台炉配置一套湿法烟气石灰石-石膏脱硫系统，锅炉烟气经A、B侧引风机后，经烟道汇总及烟气冷却器降温后进入吸收塔，原烟气在进入吸收塔后经折流向上，经吸收塔托盘，使主喷淋区的烟气均匀分布，与三层喷淋装置下来的石灰石浆液进行充分接触，使得烟气与石灰石浆液以及由氧化风机鼓入的氧化空气充分反应，生产石膏和二氧化碳，从而实现烟气硫份的脱除。原设计脱硫氧化风机均采用罗茨风机，以满足脱硫系统对持续大流量、高压力的工艺要求，每套脱硫系统配置3台罗茨氧化风机，正常运行时采用2用1备方式，可以满足日常机组满负荷情况下的脱硫要求。
罗茨氧化风机结构简单，价格便宜，送风量较稳定，但随着使用年限的增加，叶轮间间隙、叶轮与墙板间隙、叶轮与机壳间隙不可避免的发生变化，造成风机容积损失，降低效率，影响罗茨风机的鼓风量；另外电机与风机间采用皮带传动，传动效率偏低，能量损失大，风机整体效率低于60%[1]；风机运行噪音大，现场实测大于105dB，气动噪声和机械摩擦不可避免，风机振动大、轴承温度高，容易造成电机及风机损坏，每次大修均需对风机进行动平衡测试，以保证正常的投运，氧化风机房位置狭小，运行及吊装不易，检修维护费用偏高，日常维护工作量大；日常运行中，由于采用工频运行，电耗率也较大；由于出口风温较高，还需增加增湿水喷雾降温后送入吸收塔，在高温高湿环境下，容易造成管路腐蚀。
表一：氧化风机性能参数表
2、空气悬浮风机
空气悬浮离心风机是近几年兴起的新型风机设备，具有大流量、高效率、低噪音、低磨损、无振动、转速高及控制便利等特点，它主要借鉴了航空发动机技术，是一种全新概念的离心鼓风机，通过采用无刷高速电机、空气悬浮轴承和空气冷却技术，提高了风机技术性能和可靠性，大大缩小了设备尺寸，在电厂的脱硫工艺中具有替代传统罗茨氧化风机的可能。
电厂湿式烟气脱硫中，需要鼓如大量空气进入浆液，以促成亚硫酸根氧化成稳定的硫酸根，从而达到脱硫处理效果，因此，如采用空气悬浮风机替代原罗茨风机，需要在气体流量、压升、温升等方面满足相关技术要求，从下表一种可以看出，悬浮风机完全可以满足脱硫强制氧化工艺要求，甚至参数还更优。
表二：罗茨氧化风机与空气悬浮风机的性能比较
3、空气悬浮风机基本原理
空气悬浮风机的核心技术主要在空气悬浮轴承和大功率永磁同步电机。
3.1空气悬浮轴承原理
世亚NGT200S悬浮风机采用的是波箔式空气悬浮轴承，是一种利用空气作为润滑介质的滑动轴承，如图所示，它由一个轴承表面的平箔和多个具有弹性的波箔组成，平箔主要提供用于产生动压力的表面和启停时提供的耐摩擦表面，波箔用于提供轴承的刚度和阻尼。在低速时，由于动压效应不明显，气膜产生不明显，转子和轴承间存在物理接触，随着转子和轴承间的相对运动，形成了流体力场，在径向轴承内形成了气膜，足以支持整个转子的高速转动；在平箔表面形成气膜后，随着整个系统的运动，不可避免产生干扰引起气膜的细微波动，此时，波形箔片提供了一种弹性支撑缓冲，有助于维持气膜稳定，提高轴承的承载力和转子运行的稳定性，从而实现转子无机械接触，无振动，低噪音。
图1：空气悬浮轴承示意图
3.1高速永磁同步电机特点
世亚NGT200S悬浮风机采用超高速永磁同步电机（PMSM），额定转矩情况下，最高转速可达24800转/分，转子材料采用永磁体，是一种高效、节能、轻型化、响应快、扭矩大的优点，不存在转子铜耗，效率高，电机具有在较宽范围内的调速性能，且各转速下电机效率均保持97%以上，足以满足各负荷状态下的风量要求，而且叶轮与电机采用直联方式，减少了传动损失比，传动效率可达100%，大大较少了能量损耗，风机内部集成的高精度压力传感器和PID调节系统共同作用，不再设置就地控制柜、软启动柜，通过模糊控制，可以使风机保持的最佳运行状态。
4、改造后的工况及效益
强制氧化风量关系整个脱硫系统的运行效果及效率，通过计算分析，根据氧化反应原理，可以得出氧化空气流量的计算公式[2]：
，（1）
注：其中Mso2为每小时烟气中SO2的摩尔数；α为自然氧化率，一般取0.2~0.25；β为强制氧化率，一般取30%~40%，η是指脱硫效率，这里取99%。
4.1改造后运行方式
按照330MW机组B&WB-1025/17.5-M型锅炉参数及实际测量值，SO2的含量范围基本稳定在1500~2300mg/m3，不同负荷情况下烟气流量为850000~1100000m3/h，估算得SO2的排放量为1275kg/h~2530kg/h，按照公式可以计算得到氧化风机鼓入风量需达到2400m3/h~4800m3/h，即最大供气流量大于80m3/min就可以满足机组330MW满负荷状态下的脱硫效率。
原脱硫氧化风机采用的BRK-5000型罗茨风机，设计供气流量42m3/h，出口压力＜1.0Mpa，正常运行时采用2用1备，由于流量无法调节，实际运行时，存在氧化风量过大，电机能耗偏大。改造后采用的世亚NGT200S型高速空气悬浮风机额定供气流量大于83.6m3/min，出口压力可以达到1.0Mpa，单台风机就完全可以满足脱硫系统运行要求，保证脱硫效率，且风量随着负荷可以调节，有利于合理分配氧化风量，降低能耗。
4.2改造后经济效果比较
为了确定氧化风机改造后的经济性，在330MW、250MW、200MW、150MW负荷下对同一机组分别进行新风机及老风机运行比较，电流、功率、脱硫效率采用实际测量：
表三：典型工况下数据比较
从上表的数据中看出采用旧方式2用1备，机组330MW满负荷情况下2台氧化风机功率达到187.3kW，而采用单台高速空气悬浮风机功率仅156kW，降低功率31.3kW，节电率达到16.7%；低负荷情况下，由于老式氧化风机无法调节，电机功率并无明显变化，基本稳定在183.4kW左右，此时悬浮风机功率可以下降到125kW，降低功率58.4kW，节电率达到31.8%。
氧化风机改造后，按年调度发电计划利用小时5500小时，上网电价按0.4元计算，
#1A氧化风机年节电量=（187.3－156）×5500=31.3×5500=172150kWh，
#1A氧化风机年节约172150×0.4=6.9万元。
按照单台高速空气悬浮风机设备及改造费用50万，预计7.5年即可收回成本，如机组长期低负荷运行，节电率更大，投资收益比将更高。
4.3其他效益
风机改造后，对氧化风运行方式进行了优化，使得氧化风机使用效率更高，提高了氧化风的运行稳定性，且风机出口风温低，取消了增湿水，降低水耗，也避免了出口管道的内部腐蚀，改善了工况；空气悬浮风机属于免维护产品，日常仅需对进风口滤网进行更换，节约了维护材料及人工成本，降低了检修费用；工作环境改善，实测风机噪音仅80分贝，美化了环境。
5、总论
高速空气悬浮风机作为一种新型风机形式，空气悬浮风机设备体积小，重量轻，安装简便，基础施工简单，在脱硫氧化风系统改造中具有较高的生产和经济效益，可以解决目前罗茨氧化风机在运行中的诸多问题，并达到节能、降耗、降噪的目的。投运8个月以来，该风机运行稳定，故障率低，可靠性较高，完美实现了对老式罗茨氧化风机的替代，因此，高速悬浮风机在330MW机组脱硫氧化风系统改造中具有工程应用可能和借鉴意义。
参考文献：
[1] 李红星，陈活虎，俞基宏，陈池.单级高速离心风机在350MW燃煤电厂烟气脱硫中节能改造与效果分析.第九届中国钢铁年会论文集
[2] 徐书德，雷石宜，陈彪.湿法脱硫氧化风系统的优化改造实践.浙江电力2018年第37卷第3期
论文作者:戴云斌1,骆涛2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
标签：风机论文; 空气论文; 烟气论文; 轴承论文; 效率论文; 转子论文; 永磁论文; 《电力设备》2018年第17期论文;