孔慶有， 虞華生（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

超低排放風(fēng)煙系統(tǒng)的技術(shù)問題和對(duì)策

孔慶有， 虞華生
（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

超低排放環(huán)保示范工程改造，在取得優(yōu)異的超低排放成績的同時(shí)，碰到了來自風(fēng)煙系統(tǒng)的比較棘手的問題。阻力增加、體積流量減少的雙重因素使引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)向不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)從而造成風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷工況失速，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)的“搶風(fēng)”運(yùn)行，使系統(tǒng)出現(xiàn)壓力過高、膨脹節(jié)泄漏、進(jìn)口擋板偏移、無法投入自動(dòng)運(yùn)行等問題。本文從引風(fēng)機(jī)的性能曲線、狀態(tài)點(diǎn)的分析出發(fā)，提出解決問題的6種方法，而采用了其中更換風(fēng)機(jī)葉輪的方法。通過與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，提出了解決問題采取的臨時(shí)措施。

超低排放； 引風(fēng)機(jī)； 搶風(fēng)

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.006

0　引言

傳統(tǒng)的燃煤電廠歷來被視為大氣污染物的重要來源之一，是國家環(huán)保部門監(jiān)管的對(duì)象。最新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）規(guī)定，燃煤鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)為：汞及其化合物0.03mg/Nm3，煙塵30mg/Nm3，二氧化硫100mg/Nm3，氮氧化物100mg/Nm3［1］。而天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)為：煙塵5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3。超低排放改造，就是使煙氣的主要污染物排放濃度達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

某電廠三期7、8號(hào)機(jī)組實(shí)行煙氣超低排放環(huán)保示范工程的改造，在取得優(yōu)秀的超低排放成績的同時(shí)，碰到了一些技術(shù)上比較棘手問題，問題首先來自風(fēng)煙系統(tǒng)。本文通過改造前后的對(duì)比，通過試驗(yàn)和數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，探討解決問題的經(jīng)驗(yàn)和方法。

1　風(fēng)煙系統(tǒng)改造帶來的問題

某公司對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了增容改造：原脫硫吸收塔設(shè)置3層噴淋層、1層托盤，配置3臺(tái)漿液循環(huán)泵；增容改造為兩層交互噴淋層、2層托盤，配置4臺(tái)漿液循環(huán)泵（3運(yùn)1備），在脫硫吸收塔后增設(shè)濕式靜電除塵器、管式煙氣加熱器。同時(shí)在空預(yù)器與除塵器之間增設(shè)了管式煙氣冷卻器，在脫硝系統(tǒng)增設(shè)了一層催化劑，這樣必然造成脫硫系統(tǒng)及鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力的增加。其對(duì)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了提高出力的改造，未對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行提高出力的改造。

在脫硝系統(tǒng)優(yōu)化方面，重新標(biāo)定了氧量曲線，減少了送風(fēng)量，在除塵器進(jìn)口設(shè)置的管式煙氣冷卻器，控制溫度由原來的136℃，降低為92℃，使得煙氣的體積流量進(jìn)一步下降。

表1通過PI系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定負(fù)荷段進(jìn)行取數(shù)，得出穩(wěn)定負(fù)荷1小時(shí)的平均值，可以得到改造前后滿負(fù)荷時(shí)的差壓表以說明風(fēng)煙系統(tǒng)前后的差壓變化。

表1　8號(hào)爐滿負(fù)荷差壓新舊對(duì)比

查改造后系統(tǒng)滿負(fù)荷時(shí)的情況：在風(fēng)量減小約10%的情況下，SCR差壓增加275Pa，空預(yù)器增加阻力755Pa，MGGH熱端增加阻力865Pa，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口阻力增加共1895Pa，由于此時(shí)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力為-900Pa左右，實(shí)際上增壓風(fēng)機(jī)替引風(fēng)機(jī)做了部分功。

于是，風(fēng)煙系統(tǒng)出現(xiàn)的問題是：阻力增加、體積流量減少雙重因素使引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)向不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)。

2　引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)點(diǎn)

由于風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行，邀請(qǐng)了某研究院做了風(fēng)機(jī)特性診斷試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，作出的新舊引風(fēng)機(jī)性能曲線及工況點(diǎn)為500MW、750MW和1000MW的位置對(duì)比圖，如圖1所示。實(shí)線為引風(fēng)機(jī)A的性能曲線，虛線為引風(fēng)機(jī)B的性能曲線。上面的兩條為改造后引風(fēng)機(jī)性能曲線，下面兩條為改造前一年同一天的引風(fēng)機(jī)性能曲線。理論失速線下面點(diǎn)劃線為失速裕度［2］為1.3的穩(wěn)定運(yùn)行線。由式（1）范寧公式［3］：

式中 Δpf—流體的壓力差；

λ—沿程摩阻系數(shù)；

l—管長；

d—管徑；

v—管內(nèi)平均速度；

ρ—密度。

可得管道特性的一般形式：

式中 K—管道的阻力系數(shù)；

C—零流量時(shí)的臨界壓力，本例C取700Pa。

由DL-T-468-2004-《電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》中7.1.2條規(guī)定，軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的失速裕度k。公式如下：

式中 k—失速工況點(diǎn)的風(fēng)量q和風(fēng)壓p［4］的計(jì)算值，設(shè)計(jì)選型時(shí)，k＞1.3。在《電站風(fēng)機(jī)改造與可靠性分析》一書中建議選取k＞1.4。

改造前的工況點(diǎn)除了（500MW）時(shí)接近于不穩(wěn)定工作區(qū)外，其余都在安全穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。而改造后的工況點(diǎn)，整個(gè)負(fù)荷段，基本接近不穩(wěn)定工作區(qū)。而這已是增壓風(fēng)機(jī)替引風(fēng)機(jī)出了部分力的工況點(diǎn)，如果按引風(fēng)機(jī)出口為微負(fù)壓的設(shè)計(jì)原則，改造后的引風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)基本在不穩(wěn)定工作區(qū)和接近失速區(qū)運(yùn)行。圖上，引風(fēng)機(jī)在1000MW工況點(diǎn)比較陡，是由于開了第三臺(tái)吸收塔再循環(huán)泵的結(jié)果，按照設(shè)計(jì)，吸收塔再循環(huán)泵三運(yùn)一備。開一臺(tái)泵運(yùn)行約增加風(fēng)壓350Pa。實(shí)際上，由于風(fēng)機(jī)各部位流量和位置的偏差、風(fēng)機(jī)單級(jí)葉片是否處于失速狀態(tài)，空預(yù)器部分堵塞時(shí)阻力的波動(dòng)、系統(tǒng)AGC投運(yùn)時(shí)的負(fù)荷變動(dòng)率等各種現(xiàn)存的偏差，可采取書中的失速裕度，高于行業(yè)的一般標(biāo)準(zhǔn)。

風(fēng)煙系統(tǒng)的危險(xiǎn)點(diǎn)在于：

（1）引風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力在滿負(fù)荷時(shí)可達(dá)-5.5kPa，高負(fù)荷時(shí)在引風(fēng)機(jī)切換搶風(fēng)時(shí)，可達(dá)-6.35kPa，超出風(fēng)道設(shè)計(jì)壓力6kPa，并伴隨電除塵和出口風(fēng)道部分振動(dòng)。增壓風(fēng)機(jī)在搶風(fēng)時(shí)，進(jìn)口風(fēng)壓可達(dá)-1.8kPa。

（2）風(fēng)機(jī)出口的膨脹節(jié)，如吸收塔進(jìn)口膨脹節(jié)，在風(fēng)機(jī)切換運(yùn)行時(shí)松動(dòng)，在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于壓力比較大可能鼓裂，機(jī)組因環(huán)保不設(shè)置脫硫旁路而被迫停爐。

（3）風(fēng)機(jī)的可調(diào)前導(dǎo)葉裝置，在失速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)壓差過大，而引起部分進(jìn)口導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)偏移，使得風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行中出現(xiàn)部分葉片失速，增加了對(duì)風(fēng)機(jī)和風(fēng)煙系統(tǒng)的擾動(dòng)。

（4）機(jī)組中負(fù)荷無法投運(yùn)AGC運(yùn)行，高負(fù)荷運(yùn)行不宜有較大的擾動(dòng)，如啟停磨煤機(jī)和增開吸收塔再循環(huán)泵等。如果風(fēng)機(jī)一臺(tái)高負(fù)荷失速，另外一臺(tái)易超電流。此時(shí)，需要查失速的風(fēng)機(jī)靜葉開度指令是否增大，撤出自動(dòng)，把開度指令降下來，同時(shí)降低負(fù)荷，等失速風(fēng)機(jī)有出力之后，再緩慢開大靜葉開度，同時(shí)可設(shè)低增壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口壓力設(shè)定點(diǎn)。

圖1　新舊引風(fēng)機(jī)性能曲線及工況點(diǎn)位置對(duì)比圖

3　風(fēng)煙系統(tǒng)阻力大于原設(shè)計(jì)阻力原因

（1）煙氣冷卻器本身的阻力。為了加強(qiáng)換熱，管式煙氣冷卻器采用了錯(cuò)列布置，未對(duì)通流面積進(jìn)行核算或擴(kuò)大，裝有翅片的管式冷卻器[5]，如閥門半關(guān)在電除塵進(jìn)口。流速和擾流增加，而阻力是和流速的平方成正比（范寧公式），阻力顯著增加。

（2）煙氣冷卻器的附加阻力。管式冷卻器位置設(shè)置在風(fēng)道從空預(yù)器至電除塵如U型管布置，流灰比煙氣重，造成類似磨煤機(jī)煤粉分離器的分選效應(yīng)，使得U型管出口段灰的含量增加而阻力增加p=ρgh，這部分灰在停爐過程中能被風(fēng)帶走。

（3）空預(yù)器阻力的增加。由于增加一層脫硝催化劑，催化劑中V2O5等對(duì)SO2/SO3轉(zhuǎn)化率提高至三層1.5%，由于脫硝效率同步由80%提高至85%［6］，在噴氨總量提高的情況下，NH4HSO4的生成量也增加。NH4HSO4是一種極其粘稠的物質(zhì)，粘附在設(shè)備表面極難清除。粘附在空預(yù)器表面后，又會(huì)繼續(xù)粘附飛灰顆粒。另外，SO3和酸霧還會(huì)和飛灰中的氧化鈣（CaO）形成CaSO4［7］，灰比之改造前更易堵塞。由于空預(yù)器傳熱元件形式不太合理，在通風(fēng)不利的情況下，灰和NH4HSO4一層一層粘合在空預(yù)器傳熱元件中形成堵塞，目前已考慮更換空預(yù)器的傳熱元件。

（4）風(fēng)道結(jié)構(gòu)的不合理布置。使得增壓風(fēng)機(jī)壓頭升高，而加重了風(fēng)煙系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的壓力，此項(xiàng)是由于改造空間限制所引起。

（5）煙氣的冷卻，由空預(yù)器出口的136℃到煙氣冷卻器出口控制煙溫92℃，由蓋—呂薩克定律，

式中 v—比體積；

T—絕對(duì)溫度。

煙氣體積流量下降11%。體積流量的減少使得流動(dòng)阻力略微下降，而后面是大空間的電除塵，變徑擴(kuò)大的管道，由于體積流量的降低，風(fēng)機(jī)向不穩(wěn)定方向發(fā)展。

4　風(fēng)煙系統(tǒng)問題的解決

4.1解決問題的方法

（1）增加風(fēng)機(jī)的流量。引風(fēng)機(jī)AB進(jìn)口開口，加裝可調(diào)流量擋板，增加風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力和流量。由于無故增加了一股風(fēng)量，風(fēng)機(jī)能耗將增加，不可取。引風(fēng)機(jī)設(shè)置外部回流旁路，此方法仍然增加風(fēng)機(jī)能耗，不可取。

（2）降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的阻力。擴(kuò)大電除塵進(jìn)口及煙氣冷卻器的煙道，擴(kuò)大引風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙道，出口煙道，以降低阻力。針對(duì)GGH煙氣冷卻器降低阻力的方法，可取，可進(jìn)行后續(xù)改造。MGGH煙氣冷卻器移位至引風(fēng)機(jī)出口，這將降低SO3吸收，沒有了低低溫電除塵器的設(shè)置，變成了低溫省煤器的形式，可取。

（3）改變風(fēng)機(jī)的形式。加裝防失速環(huán)（耗能模塊），而稍微降低了風(fēng)機(jī)效率，可有效提高低負(fù)荷工況的理論失速線，此方法可取，但改造工作量較大，施工周期長。更改風(fēng)機(jī)葉片形式或改為動(dòng)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)。經(jīng)選型計(jì)算，將現(xiàn)引風(fēng)機(jī)葉輪更換成YA18448-2F型風(fēng)機(jī)葉輪［8］基本可滿足要求。此方法比較簡單，且新葉輪只需改變現(xiàn)引風(fēng)機(jī)葉輪葉片的安裝角，更換下來的輪轂還可用來做備品葉輪的輪轂，而最終選用此方法。

4.2解決問題的臨時(shí)措施

改造結(jié)束，出現(xiàn)的情況為：負(fù)荷500MW，增壓風(fēng)機(jī)投自動(dòng)，引風(fēng)機(jī)兩側(cè)電流相差140A以上，引風(fēng)機(jī)A和B“搶風(fēng)”切換運(yùn)行，無法投入并聯(lián)自動(dòng)運(yùn)行。分析臨時(shí)采取的方法：1）風(fēng)機(jī)改型，不可行。2）風(fēng)道擴(kuò)大，不可行。3）不斷降低增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力設(shè)定值，采用此方法。查風(fēng)機(jī)特性圖縱坐標(biāo)為進(jìn)出口差壓（比壓能Y），橫坐標(biāo)為氣體體積流量。再查歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，改造以前，引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力值在-250～300Pa之間。

對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在500MW工況，在空預(yù)器進(jìn)口壓力相差不大的情況下，引風(fēng)機(jī)的進(jìn)口壓力降低了660Pa。參考引風(fēng)機(jī)歷史運(yùn)行情況，可得：在流量相差不大的情況下，增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力在500MW的設(shè)定值：-250-660=-910Pa。隨著負(fù)荷（風(fēng)量）的上升，這個(gè)設(shè)定值增大，在700MW工況，按照上述方法，可得設(shè)定值為-1200Pa，之后可以投入引風(fēng)機(jī)并聯(lián)自動(dòng)運(yùn)行。增壓風(fēng)機(jī)則通過微開原有的增壓風(fēng)機(jī)旁路至15%以增加流量，一直投入自動(dòng)運(yùn)行。

5　結(jié)語

（1）阻力增加和體積流量減少，使超低排放改造后引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)工況向不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)從而造成風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷工況下的失速和“搶風(fēng)”運(yùn)行。

（2）從降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行阻力，增加風(fēng)機(jī)流量和改變風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)三個(gè)方向可以得出解決風(fēng)機(jī)失速問題的6種方法，而更換風(fēng)機(jī)葉輪是后來選取的方法。

（3）通過與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以計(jì)算出合適的壓力點(diǎn)，從而得出解決問題的臨時(shí)措施。

本文展望，存在一種類似管道特性的，具有固定轉(zhuǎn)速的和旋轉(zhuǎn)角度的，通用的風(fēng)機(jī)特性曲線的函數(shù)解析式，風(fēng)機(jī)在管道中的失速是由于流量的減少而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的升高等于管道特性回復(fù)流量而導(dǎo)致風(fēng)壓的降低。

［1］GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］劉家鈺.電站風(fēng)機(jī)改造與可靠性分析［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［3］譚天恩，竇梅.化工原理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［4］DL-T-468-2004，電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則［S］.

［5］上電集團(tuán).浙能嘉華電廠管式GGH運(yùn)行說明介紹［Z］，2013.

［6］嘉興三期百萬機(jī)組脫硝工程催化劑性能測試報(bào)告［R］.廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，2014.

［7］肖雨亭，賈曼，等.煙氣中三氧化硫及硫酸霧滴的分析方法［J］.環(huán)境科技，2012，25（5）：44～47.

［8］周欣安.浙江浙能嘉華電廠8號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)失速診斷試驗(yàn)報(bào)告［R］.西安：西安熱工研究院有限公司，2014.

Technical Problems and Countermeasures From the Gas System of the Ultra-low Emission Project

KONG Qing-you， YU Hua-sheng
（Zhejiang Energy Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Jiaxing 314201，China）

The demonstration project transformation with ultra-low emission for environmental protection，which gets the excellent achievement，comes across a series of puzzling problems from the gas system.Because of double factors of resistance increase and volume flow rate decrease，the running state points of two induced draft fans move toward the unstable region，causing fan stalls on the low load conditions.Scrambling for air of induced draft fans come cross problems，such as high gas pressure，crack and leakage of bellows expansion joints，inlet baffle migration，and non-automatic operation.Based on analysis of operating points and characteristic curves of induced draft fans，this paper puts forward six solutions，among which replacement of fan impeller is used.By comparison and analysis between historical and present data，provisional measures for solving the problems are put forward.

ultra-low emission； induced draft fan； scrambling for air

TM621.2

B

2095-3429（2015）02-0021-04

孔慶有（1981-），男，浙江杭州人，碩士，工程師，從事電廠鍋爐專業(yè)技術(shù)工作。

2015-03-09

2015-04-20