脱硫氧化风系统优化

刘硕 王琳 崔长英

摘要：随着环境保护法规的日益严格，燃煤电厂的烟气脱硫技术成为重要的环境保护措施之一。氧化风系统作为脱硫过程中的关键环节，其优化对提高脱硫效率、降低能耗具有重要意义。本文旨在探讨脱硫氧化风系统的优化方法，通过分析系统工作原理、影响因素以及优化策略，提出提高系统性能的措施，为相关领域的研究和实践提供参考。

一、引言

近年来随着环保工作形势越来越严峻，国家对污染物的排放要求也越来越高，节能减排的压力进一步加大。 石灰石-石膏湿法脱硫在燃煤电厂机组脱硫中占有率约在90%以上，其工艺成熟，脱硫效率高，运行较为稳定， 因此湿法脱硫在超低排放技术中扮演着举足轻重的角色， 随着石灰石-石膏法脱硫技术的全面发展，脱硫技术日益完善，但在各行各业湿法脱硫过程中，仍存在着石灰石耗量过大、氧化效果不佳、氧化风机电耗过大、设备长期运行结垢、石膏品质低等问题。 本文通过对河北华电石家庄裕华热电有限公司#1机组的石灰石-石膏湿法脱硫中氧化风系统进行深度研究，通过对氧化风系统进行优化来提高机组内脱硫效率，从而解决湿法脱硫过程中出现的氧化效果不佳、pH值起伏不定、风机电耗过大等问题。

二、项目背景

河北华电石家庄裕华热电有限公司1号机组脱硫采用石灰石-石膏法脱硫工艺，脱硫塔分为一级塔、二级塔，设计脱硫入口SO2浓度5000mg/Nm3，出口SO2浓度50mg/Nm3。一级塔现有氧化风机4台，其中氧化风机#A #B #C型号为流量41.6m³/min，风压85kpa，功率132kw；氧化风机#D为83.3m³/min，风压90kpa，功率220kw。二级塔现有氧化风机2台，型号为流量48.08m³/min，风压95kpa，功率132kw。氧化风采用茅枪型式，其中一级塔氧化风机4台（三用一备），二级塔氧化风机2台（两用一备），均为罗茨风机。一级塔两层搅拌器，氧化喷枪布置在上层搅拌器。二级塔一层搅拌器。随着使用时间的增长，我厂氧化风机出现了各种性能问题，如效率低下、能耗高、噪音大、型号不统一，运行维护不方便等，这些问题严重影响了生产过程的稳定性和经济性。原有一级塔搅拌器两层布置，高度分别为2m、7.1m，氧化喷枪仅布置在6.7米位置，塔底部氧化效果不佳，已出现石膏不成型的情况，且上层搅拌器位置较高，维修不便。

三、氧化风系统的工作原理及改造需求

脱硫氧化风系统的主要工作原理是提供充足的氧化空气到吸收塔中，以便促进浆液中亚硫酸钙的氧化反应，将其转化为硫酸钙，从而达到脱硫的目的。在这个过程中，我厂的氧化风机是罗茨风机，它通过两个或三个转子在箱体内互为反方向匀速旋转，吸入和挤压空气，类似于齿轮泵的工作原理。然而，在目前的生产过程中罗茨式氧化风机基本无法实现风量调节，即中、低负荷或低硫分工况下运行时，石膏浆液对氧化风机量需求减少，为满足吸收塔液位需要，无法实现风量自动调节。因此，造成低硫分或中、低负荷工况下，氧化风机电耗占比进一步提高，燃煤机组经济性变差。且现运行氧化风机为基建期投产时采购设备，运行年限已达15年，设备的故障率逐年升高，检修费用递增。

而新型磁悬浮离心风机采用的是采用高效离心叶轮、高效同步永磁电机驱动和无接触式磁悬浮轴承，该设备具有超高能效、高转速、低噪声、低震动、无油易维护的特点，较传统罗茨鼓风机与多级离心鼓风机节能20~50%以上。同时磁悬浮技术市场发展迅速，国内已可自主研发磁悬浮永磁电机，设备费用明显下降，同时兼备可靠性、安全性。故我厂将原罗茨风机更换为磁悬浮离心风机，同时重新布置氧化喷枪。

四、氧化风机改造的关键步骤

1、拆除原一级塔氧化风机四台，新增加三台磁悬浮离心风机，满足升级改造后风机的需求；可保证脱硫增容后入口烟气SO2浓度提升至5500mg/Nm3时氧化效果，每台磁悬浮风机配套变频器及PLC控制一套。二级塔原两台氧化风机作为紧急备用，在事故情况下可备用启动。

2、改造一二级塔氧化风管，使磁悬浮离心风机可同时向一二级塔输送空气。

3、一级塔拆除原有两层搅拌器，下层新增加4台搅拌器，保证氧化风与底层浆液充分混合，保证氧化效果。

4、改造原有罗茨风机低压柜3回路，更换断路器等低压元件，配套电缆。

5、新建氧化风机混凝土底座3座，对氧化风机房进行防尘治理。

五、改造后的效果评估

1、技术经济指标、效益分析：按照每年运行5000小时，厂用电每度0.3元计算。

原一级塔罗茨风机ABC功率为132KW（两运一备），罗茨风机D功率为220KW，设备正常工况下运行三台，总流量为41.6*2+83.3=166.5 m³/min；运行功率为132*2+220=484kw。年运行费用为72.6万元；原二级塔罗茨风机EF流量48 m³/min，功率为132KW(一运一备)，年运行费用为19.8万，共计92.4万元

风机更换为三台磁悬浮离心风机（两运一备），风机总流量为120*2=240 m³/min；运行功率为240*2=480kw。年运行费用为72万元。节约电费20.4万元。

原一级塔搅拌器功率分别为3台37kw，3台45kw。改造后为4台37kw，改造前年运行费用为36.9万元，改造后年运行费用为22.2万元，节约电费14.7万元。

总节约费用：14.7+20.4=35.1万元

2、改造后一级塔氧化风机风量和风压均有提高，吸收塔可在入口浓度提升至5500mg/Nm3的工况下可保证氧化效果。

3、改造后磁悬浮风机运行噪声降低至≤72dB，减少了现场噪音污染，减轻对运行人员身体健康危害。

4、氧化风管升高，降低了吸收塔溢流造成的氧化风管腐蚀或氧化风机损坏隐患。氧化区升高，通过降低吸收塔液位，降低了吸收塔的溢流倾向，节约了消泡剂的使用量。

5、运行稳定性高，磁悬浮氧化风机无需传统的润滑系统，减少了维护需求和故障率，提高了系统的稳定性和可靠性。这种风机的运行稳定性对于脱硫系统的连续运行至关重要3。

6、维护成本低，磁悬浮风机的设计减少了机械部件的磨损，因此维护需求和成本相对较低。这一点对于长期的运营成本控制尤为重要。

六、结论

1、氧化风机的节能优化实践表明，通过合理调整氧化风机的运行参数，可以显著降低电耗，提高系统的整体能效。

2、氧化风系统升级优化可以减少设备故障，提高系统的可靠性。优化后的系统能够更好地适应不同的运行工况，保证脱硫效率和设备的稳定运行。

3、氧化风系统的优化不仅关注设备的改造，还包括对操作和控制策略的改进。实时运行优化方法的应用，可以进一步提升脱硫效率和系统稳定性

通过这次对氧化风系统进行优化，显著提升了其性能和效率，降低能耗和噪音，提高生产过程的稳定性和经济性。为我厂生产提供了更加高效、环保的动力支持。