火力發(fā)電廠2x135MW機(jī)組煙氣脫硫工程，采用石灰石一石膏濕法，兩爐一塔設(shè)置，設(shè)計(jì)脫硫率不小于95%，年運(yùn)行時(shí)間為5500小時(shí)，年平均負(fù)荷率為70%，要求系統(tǒng)能在30%—1OO%BMCR工況下穩(wěn)定運(yùn)行。由于工程為改造項(xiàng)目，電廠原有引風(fēng)機(jī)壓頭不足以提供因新上脫硫系統(tǒng)導(dǎo)致的系統(tǒng)壓降，需另外設(shè)置一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)。
增壓風(fēng)機(jī)是濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。增壓風(fēng)機(jī)的選型對(duì)滿足系統(tǒng)要求、降低工程造價(jià)、優(yōu)化性能以及節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、保證主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等方面都有較大影響．是保證脫硫系統(tǒng)運(yùn)行性能和可靠性的重要設(shè)備。根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合適的增壓風(fēng)機(jī)是脫硫工程設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。本文對(duì)脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)的選型分析．可為類似火力發(fā)電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中增壓風(fēng)機(jī)的選擇提供參考。
2方案選擇
濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，增壓風(fēng)機(jī)一般采用軸流風(fēng)機(jī)或者離心風(fēng)機(jī)。但因離心風(fēng)機(jī)與負(fù)荷的調(diào)控性能較差，故一般不推薦采用。軸流風(fēng)機(jī)分為動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)和靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)兩種。根據(jù)電廠運(yùn)行情況，機(jī)組經(jīng)常調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷變化范圍較大，要求能在30%—10090BMCR工況下穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于靜調(diào)軸流鳳機(jī)，低負(fù)荷下效率下降明顯，所以并不適合。而動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)的效率曲線近似橢圓面，長(zhǎng)軸與煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力曲線基本平行，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的高教區(qū)范圍大，當(dāng)機(jī)組在汽輪機(jī)帶額定負(fù)荷工況或更低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)效率下降的幅度是幾類風(fēng)機(jī)中最小的。因此，動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)可以作為本工程的備選方案。
同時(shí)，根據(jù)節(jié)能降耗要求以及擴(kuò)大風(fēng)機(jī)工作范圍，針對(duì)靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，如今有變頻調(diào)速、液耦調(diào)速、水電阻凋速等調(diào)節(jié)方式：(1)變頻調(diào)速。調(diào)節(jié)效率高．調(diào)速范圍廣，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，一次性投資費(fèi)用和使用維護(hù)成本高，占地面積大，對(duì)環(huán)境要求高，電力電子器件易損壞，備品備件昂貴；(2)液耦調(diào)速。機(jī)械方式調(diào)速，工作乎穩(wěn)，平緩地起動(dòng)、加速、減速和停車，但是不能達(dá)到全速，調(diào)速精度不高，一旦出現(xiàn)故障就必須停機(jī)檢修；(3)水電阻詞速。運(yùn)行可靠，而且基本上沒有維護(hù)工作量，體積小，安裝、調(diào)試簡(jiǎn)單，故障時(shí)可撤出而不影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，但是由于串入轉(zhuǎn)子圓路中的電阻發(fā)熱浪費(fèi)能量，所以調(diào)速效率較變頻低。遵循控制投資、運(yùn)行維護(hù)成本，操作簡(jiǎn)單，技術(shù)難度小，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定．故障時(shí)不影響系統(tǒng)運(yùn)行等原則，最終確定靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻作為本工程第二個(gè)備選方案。
2.1動(dòng)調(diào)軸流凰機(jī)方案
動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)其主軸嵌入在輪轂內(nèi)，依靠過盈配合并結(jié)合鍵聯(lián)接傳動(dòng)。主軸采用兩端雙支攆結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較好。同時(shí)其中間軸與主軸通過鋼撓性聯(lián)軸器聯(lián)接，這樣在有效傳動(dòng)的同時(shí)也能較好地吸收由于風(fēng)機(jī)熱態(tài)運(yùn)動(dòng)引起的熱膨脹，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的控制是通過一個(gè)由小型執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的液睚缸進(jìn)行的，其響應(yīng)和調(diào)節(jié)時(shí)間更短。調(diào)節(jié)靈活性和準(zhǔn)確性高。調(diào)節(jié)范圍大，通常情況下動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)可以在10%—15%鍋爐連續(xù)最大負(fù)荷的工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。效率高，經(jīng)濟(jì)性好。特別在鍋爐低負(fù)荷下，效率優(yōu)于靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。
2.2靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案
靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的軸承座和主軸嵌入在葉輪輪轂內(nèi)，主軸長(zhǎng)度較短，這樣就能提高臨界轉(zhuǎn)速。中間軸一端通過膜片式聯(lián)軸器的一半與葉輪相聯(lián)，另一端與電機(jī)軸相聯(lián)，在保持較好傳動(dòng)效果的同時(shí)能有效吸收由于風(fēng)機(jī)熱態(tài)運(yùn)行引起的熱膨脹．保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)通過控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的前導(dǎo)葉實(shí)現(xiàn)。
靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)較低，檢修維護(hù)工作量小l另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是壓力系數(shù)較高。在達(dá)到相同出力的前提下，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)可以采用較動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)低一擋的轉(zhuǎn)速，而其葉輪直徑與動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)相同，所以靜調(diào)釉流風(fēng)機(jī)的葉輪線速度要低于動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)；而風(fēng)機(jī)葉輪的磨損與其線速度以及煙氣流速的合成速度相關(guān)，所以靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的磨損性高于動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)。但是其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)特性和風(fēng)機(jī)效率以及調(diào)節(jié)靈敏度相對(duì)于動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)來說較低，在風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉全開至60%開度時(shí)，風(fēng)機(jī)流量變化極小。為了彌補(bǔ)靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)這一缺陷，使其能夠適合工程需求，本工程考慮結(jié)合水電阻調(diào)速裝置一起使用。
水電阻調(diào)速裝置是通過傳動(dòng)裝置平滑地調(diào)整水電阻中兩極板間的距離，來改變串人電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻，達(dá)到調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電阻越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低；電阻為零，電機(jī)達(dá)到全速。可對(duì)大型繞線異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。電機(jī)在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下電阻長(zhǎng)期通電所產(chǎn)生的焦耳熱，由循環(huán)裝置將液體強(qiáng)制泵人換熱設(shè)備進(jìn)行散熱。換熱用冷卻水可以循環(huán)使用。
當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，其運(yùn)行效率變化不大，其流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低．驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。考慮采用水電阻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，平移風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性曲線，可擴(kuò)大風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)能取得較好的節(jié)能效果。
3 增壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)確定
目前國(guó)內(nèi)脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)選取原則與引風(fēng)機(jī)是基本相同的。按照<火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程）的規(guī)定，鍋爐引風(fēng)機(jī)的選定是基于鍋爐BMCR工況的煙氣量增加10%～17%的余量作為引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量，壓升為計(jì)算阻力損失的20%～32%。脫硫增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓頭按下列要求選擇：
(1) 脫硫增壓風(fēng)機(jī)的基本風(fēng)量按吸收塔的設(shè)計(jì)工況下的，煙氣量考慮。脫硫增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量不低于IO%，另加不低于100℃的溫度裕量。
(2)脫硫增壓風(fēng)機(jī)的基本壓頭為脫硫裝置本身的阻力以及脫硫裝置進(jìn)出口煙道阻力之和。脫硫增壓風(fēng)機(jī)的壓頭裕量不低于20%。
(3)增壓風(fēng)機(jī)的性能將保證能適應(yīng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況30%—100%負(fù)荷下正常運(yùn)行。
根據(jù)以上要求，確定風(fēng)機(jī)在BMCR工況下參數(shù)為：FGD人口煙氣壓力216Pa，煙氣量1235829WNm3/h (TB點(diǎn)
13594121wNm3th)，人口溫度141℃ (TB點(diǎn)151℃)，系統(tǒng)總阻力3951Pa(TB點(diǎn)4741Pa)。
4兩種方案經(jīng)濟(jì)性比較
4.1初始投資
根據(jù)初步設(shè)計(jì)參數(shù)，通過向國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠家詢價(jià)，動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)方案（方案一）與靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案（方案二）的投資成本分別為272萬元和283.75萬元，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案的初始投資要比動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案高11.75萬元。
4.2運(yùn)行成本
為便于計(jì)算，簡(jiǎn)化處理，本文僅以不同方案的耗電量作為運(yùn)行成本比較項(xiàng)目。根據(jù)電廠2x135MW機(jī)組年運(yùn)行模式及增壓風(fēng)機(jī)參數(shù)計(jì)算得到兩種方案的年運(yùn)行成本見表I．可以看出靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案的年用電量比動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案少170,OOOkW．h．用電價(jià)格按照0.35元/kW/h計(jì)，則靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案每年可比動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案節(jié)省5.95萬元。因采用靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案導(dǎo)致的11.75萬元額外投資可以在2年時(shí)間內(nèi)得到回收。
4.3維護(hù)比較
動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案需對(duì)輪轂中的調(diào)節(jié)部件、液壓系統(tǒng)和主軸承進(jìn)行維護(hù)，而靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案需維護(hù)的主要部
件是入口導(dǎo)葉和主軸承，與動(dòng)詞風(fēng)機(jī)相比，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)維護(hù)工作量小。現(xiàn)今昀動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)的維護(hù)成本與靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)基本相似，一般來說，動(dòng)涸風(fēng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用比靜調(diào)風(fēng)機(jī)多10萬元，年搠。而水電阻部分采用全密封式結(jié)構(gòu)，由于液體蒸發(fā)，需要定時(shí)補(bǔ)充清水保證液位，液位可觀測(cè)并有報(bào)警控制，運(yùn)行可靠基本免維護(hù)。
4.4方案經(jīng)濟(jì)比較
由于不同選型的增壓風(fēng)機(jī)方案達(dá)到的目的基本相同，因此對(duì)動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案與靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案采用費(fèi)用現(xiàn)值比較法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。兩個(gè)方案的費(fèi)用現(xiàn)值表達(dá)式為：
式中
PC—費(fèi)用現(xiàn)值（萬元）；
COt—為第t年運(yùn)行費(fèi)用（萬元）；
i0—電廠基準(zhǔn)折現(xiàn)率(%)；
n—設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命（年）。
一般火電廠的基準(zhǔn)收益率為8%．設(shè)計(jì)使用壽命為30年。根據(jù)表3可以計(jì)算出動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案和靜詞軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案的年運(yùn)行成本分別為267.8515萬元和261．9015萬元。將這些數(shù)據(jù)代入上式得：
PC方案-=272+(267,8515+lO)x( P/A,80,30)=3399,9920萬元
PC方案二=283.75+261.9015×( P/A,8qo ,30) =3232.1803萬元
PC方案二<PC方案一，從經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的角度來看，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案憂于動(dòng)調(diào)軸流風(fēng)機(jī)方案。
5結(jié)論
(1)靜詞軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案的初始投資要比動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)方案大，但是其運(yùn)行費(fèi)用較低。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案更為經(jīng)濟(jì)。
(2)兩種方案在可靠性方面相差不大，但動(dòng)詞風(fēng)機(jī)維護(hù)較復(fù)雜，維護(hù)工作量大。
(3)由工程實(shí)際需求及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較得出，靜調(diào)軸流風(fēng)機(jī)+水電阻方案要優(yōu)于動(dòng)詞軸流風(fēng)機(jī)方案。
