离心式氧化风机动叶自动调节优化节能研究

离心式氧化风机动叶自动调节优化节能研究

王琪

(山西鲁能河曲发电有限公司山西省河曲县036500)

1.引言：火电电厂脱硫系统的氧化风机一般为10KV或6KV设备，属于脱硫系统的耗能大户。现阶段很多火电厂均为调峰机组，但不少厂氧化风机在各负荷段均为额定风量手动调节运行，虽然满足当前需求，但是在低负荷时段明显存在风量过剩的情况。为了改变这一现状，河曲电厂运行人员经过近一年的摸索、计算、试验，归纳出不同负荷、不同硫份的情况下，需鼓入的最佳氧化风量值，特别是在低负荷时段，通过关小离心式氧化风机的动叶开度，可以有效的降低运行电流，从而降低氧化风机功率，节能效果显著。通过进一步完善氧化风机自动投入的条件，实现了氧化风机动叶全负荷下自动调节功能，既达到了优化节能的目标，又有效的减轻了运行监盘人员的工作量，具有很强的实用性和推广价值。

2.离心式氧化风机介绍：河曲电厂二期#3、#4脱硫各设置一座吸收塔，每台吸收塔配置两台出力相同型号的高速离心式氧化风机，氧化风母管环形绕吸收塔一周，分别通过5根矛式管插入浆液中。生产厂家为江苏金通灵流体机械科技股份有限公司。正常运行时一台运行，另一台备用。

2.1二期氧化风机概述

二期氧化氧化风机额定功率为630KW，电流为42.9A，出口压力为190kpa，额定流量为20700m3/h，电机电压等级为10KV。该氧化风机主要由风机本体、增速装置、润滑油系统、驱动电机、公用底座兼油箱及调节控制系统组成。每台氧化风机由电机与增速箱低速直联，由增速箱通过齿轮副，将转速提高到15666r/min，带动叶轮高速旋转做功，将气体压力提高。

2.2二期氧化风机进气系统

进气系统主要由空气过滤消声器、进口仪表管段、进口流量调节装置、集流器组成。空气过滤消声器保证吸入空气清洁干净并消声；进口流量调节装置安装在集流器、叶轮进口前，由电动执行器调节导叶的旋转角度，使气流进入叶轮前产生预旋，用来调节入口流量满足工况要求。集流器将吸入的空气收敛提速进入叶轮。

2.3二期氧化风机排气系统

排气系统由涡壳、扩压器、出口消声器、出口仪表管段、出口放空气管及电动蝶阀、放空消声器、出口电动蝶阀、出口止回阀组成。

2.4二期氧化风机转子部分

转子部分主要由叶轮、高速轴、螺杆、锁紧螺母组成。叶轮为三元叶轮，效率高，半开式无前盘，叶片附着力小，材料为不锈钢17-1PH。设备轴由高速轴和低速轴组成是增速箱的心脏。叶轮与高速轴是通过螺杆将其联成一体，并对螺杆施以32MPa的拉力由锁紧螺母锁紧固定，平衡精度不低于G2.5级。

2.5二期氧化风机增速系统

增速系统是将电机输出轴由2980r/min转速增速到15666r/min。增速装置主要由高速齿轮轴系和低速齿轮轴系、箱体、轴瓦等组成。为了监视氧化风机的振动并在必要时向用户报警，在增速箱上安装有2个振动探头，2个互成90度夹角。当转子的振动＞3mm/s时，发出报警，＞4mm/s时，保护动作，氧化风机跳闸。

2.5.1低速轴和高速轴为平行斜齿轮结构，高速齿轮和转轴一体锻造。高速轴与叶轮连成一体形成氧化风机转子对气体做功，低速轴通过联轴器与原动机连接通过电机将电能转换成机械能。

2.5.2氧化风机低速轴由圆柱瓦支承，高速轴由可倾瓦支承，可倾瓦由5块可绕支点偏转的活动瓦块组成。为了避免齿轮箱温度和压力的身高漏油和减少油雾，配备了电动油雾分离器，使增速箱内形成微负压。

2.5.3氧化风机联轴器采用膜片联轴器。

3.吸收塔需要氧化风量计算与试验

3.1二期不同负荷下需鼓入氧化风量计算：

试验依据：单台吸收塔需鼓入的氧化风量可以通过化学反应方程式进行推算:

2SO2+GaCO3+O2+2H2O→CaSO4.2H2O可以推算出理论条件下一小时大约需要参与反应的氧化风总流量，

需要参与反应的氧量总摩尔数公式：

备注：SO2的摩尔质量为64g/mol；

考虑温度、压力对气体的影响，根据理想气体状态方程：

由PV=nRT推导出：V=nRT/P其中R为理想气体的摩尔气体常数8.314；

据此:

据此每小时需要鼓入吸收塔的氧化风流量公式：

空气中氧含量为21%即0.21；

吸收塔内氧化空气利用率为37%；（厂家提供数据）

氧化风漏风修正系数（考虑沿程损失及其他机械损失）：1.2；

实际计算举例：

以#3机组为例，根据此公式建立一个现场典型计算模型：

#3脱硫2018年1-6月份平均二氧化硫浓度为1510mg/Nm3；

#3脱硫2018年1-6月份平均二氧化硫浓度为2200mg/Nm3；

二期脱硫出口平均浓度为21mg/Nm3；

T取现场长期运行时氧化风机出口平均出口温度86℃；P取现场长期运行氧化风机出口平均出口温度76KPa；将各数据依次代入相关计算公式中，得到两组数据：

表格1

表格2

由表格可知，当负荷、硫份变化时，需要的氧化风量均相应的发生变化。

3.2满负荷情况下，分别对二期#3、#4机组氧化风机动叶开关试验：

为了防止离心式氧化风机动叶关小时发生喘振，根据厂家提供资料，要求此氧化风机稳定运行时动叶最小开度不低于30%，在不超流的情况下，满足风量需求即可，本着此原则，对我厂对#3、#4机组的氧化风机动叶开关试验：

#3机组在负荷598MW时，试验参数如下：表格3

#4机组在负荷597MW时，试验参数如下：表格4

4.氧化风机动叶投自动应用

自动优化介绍：结合上述实验情况，我们提出了氧化风机动叶投自动调节控制方案并付诸实施。下面我们以#3脱硫氧化风机为例，简述控制原理：

1）机组正常带负荷，氧化风机正常启动后，先手动将氧化风机动叶开至30%以上，稳定运行观察20分钟后即可以投入氧化风机动叶“自动”运行；

2）氧化风机动叶投“自动”后，内部逻辑设定氧化风机动叶最小开度为30%，在此前提下，当脱硫进出口SO2、烟气流量、氧化风机出口压力、温度变化时，实时采集上述测点在工程师站后台计算出需鼓入氧化风量并与实际氧化风量进行比较，如果需鼓入氧化风量小于17420m3/h，一律维持动叶开度30%；如果需鼓入氧化风量大于17420m3/h，则依次与表格3最后一列数据分别求差取绝对值，绝对值最小的那一行对应的动叶开度即为氧化风机指令开度；如果需鼓入氧化风量大于20650m3/h时，一律维持动叶开度在70%，【备注：在此开度情况下，氧化风机不会出现超流且运行参数稳定，而且跟踪化验室近半年浆液分析报表，#3、#4脱硫吸收塔浆液中二水硫酸钙含量均≥80%，半水亚硫酸钙含量＜0.3%，说明氧化效果较好、满足现场需求。

3）如果运行中，进、出口SO2、烟气流量，氧化风机出口温度、压力测点出现变坏点情况（增加速率判断），氧化风机动叶会及时切除自动，动叶维持当前开度并触发报警提示。

5.节能效果：2018年通过对离心式氧化风机的自动优化，河曲电厂收到了较好的节能效果，有效的避免了低负荷、低硫份运行时吸收塔内氧化风量明显过剩的情况，经过实际对比2017年9月与2018年9月#3、#4机组氧化风机电量统计、对比，可以看出采用氧化风机动叶自动调节后，氧化风量的电耗明显减低，#3脱硫氧化风机每天平均降低电量645KW·h，全年可以降低电量23.22万KW·h；#4脱硫氧化风机每天平均降低电量766.7KW·h，全年可以降低电量27.6万KW·h。

附表：氧化风机动叶投自动前后每日电量对照表

【备注：据此按照一年12个月推算，在实施氧化风机动叶自动优化后，#3氧化风机一年可以节省电量23.22万KW·h；#4氧化风机一年可以节省电耗27.6万KW·h，节能效果显著。】