引言湿法脱硫技术的可靠性较高，逐渐成为脱硫工艺的首选方案。管控初期，湿法脱硫系统的设计处理烟气量较小，氧化风量需求低，氧化风机的选型不被重视；随着燃煤机组容量大幅提升，脱硫处理的烟气量大幅增加，氧化风机的容量大幅增加，耗电量持续上升，成为脱硫系统的主要耗能设备[1-2]。湿法脱硫系统运行时，氧化风机将空气压缩并鼓入吸收塔浆液池中间部位，空气中的O2将吸收塔浆液中的HSO3-氧化为SO42-，并与石灰石中的CaCO3反应结晶，生成石膏(CaSO4·2H2O)。随着浆液中的空气含量增加，CaSO4·2H2O的形成速率加快，脱硫效率呈上升趋势。实际参与氧化反应的空气量不足时，浆液中大量的HSO3-不能及时转化为SO42-，导致SO2向液相的溶解扩散速度减缓，脱硫效率下降，甚至引起浆液中毒。脱硫系统中入炉硫分或机组负荷增加时，氧化风量需求相应增加，通过启动备用氧化风机满足需求。相关建设工程选型多采用传统的罗茨风机，为定容积型，存在效率低、耗能大、噪声振动大和温度高等问题，设备故障率偏高、启停程序烦琐、启动时间长，成为湿法脱硫系统连续稳定运行的主要制约因素。备用风机容量大，可能造成氧化风量过大，导致脱硫耗电率升高。为了解决氧化风机运行过程存在的问题，对常用的氧化风机的综合性能进行比较，分析工作原理分析，结合工程实例介绍空气悬浮离心氧化风机在湿法脱硫系统的应用。1湿法脱硫系统中氧化风机的综合性能比较某公司安装两台350 MW燃煤发电机组，2011年投产发电。每套脱硫装置设置3台氧化风机，2台运行1台备用，风机结构为立式罗茨风机，流量为6 815 m3/h，扬程为106 kPa，配套电机电压为6 kV，功率为400 kW。吸收塔设1套管网式氧化空气系统，在氧化空气总管上设置喷水减温装置，氧化风机布置在浆液循环泵二层，氧化风机房采用钢筋混凝土框架。氧化风机地角设置隔振器，但运行振动噪声极大，风机外侧设置隔音墙，运行时的氧化空气温度约120 ℃，隔音墙内温度极高，运行中可能出现消音器损坏、润滑油乳化、齿轮箱喷油、振动大等故障，风机重量大，检修难度极大。为了解决氧化风机在运行过程中存在的问题，公司对湿法脱硫系统使用的氧化风机进行了详细调研。常用的氧化风机包括罗茨风机、单级高速离心风机；低速多级离心风机、磁悬浮离心风机的应用较少；空气悬浮离心氧化风机的开发使用较晚，暂时缺少使用业绩。不同氧化风机的综合性能比较如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.016.T001表1不同氧化风机的综合性能比较项目罗茨风机低速多级离心风机单级高速离心风机磁悬浮离心风机空气悬浮离心氧化风机系统构成简单复杂复杂复杂简单轴承滚珠轴承可倾瓦轴承可倾瓦轴承磁力轴承空气悬浮轴承润滑油需要油站强制润滑油站强制润滑无无齿轮需要无需要需要无故障漏油、超温、轴承损坏、卡死油压下降/故障可能油压下降/故障可能辅助滚珠轴承寿命短极少维护管理运行一定时间后更换定期点检/更换定期点检/更换更换辅助滚珠轴承更换滤棉维护管理周期1年1年1年5年20年维修费用高低高低低价格低中较高高高声音/dB8585858060设备占地大大较大大小可靠性低高一般一般高节能效果差较高较高较高高应用多少多少无主要制造商长鼓、天鼓、章鼓等陕鼓、武鼓、湖北中意、DDI、GD等HV-TUBRO、英国豪顿、沈鼓、重通等Piller、ABS、川崎NEUROS、TUBROMAX2湿法脱硫系统中常用氧化风机的原理分析通过比较脱硫氧化风机的综合性能发现罗茨风机、单级高速离心风机仍为主流选型，其可靠性仍具有较大的提升空间。空气悬浮离心氧化风机虽然暂时缺少在湿法脱硫中的应用案例，但具有广阔的应用空间。针对空气悬浮离心氧化风机、罗茨风机、单级高速离心风机，从工作原理、应用、特性等方面进行选型分析。2.1罗茨风机罗茨风机属于容积式风机，利用两个叶形转子，在同步齿轮的带动下在腔体内做相对运动，压缩和输送气体。通过叶轮型面极小间隙互不接触的啮合，使进气口和排气口分隔，从而在进气口形成真空状态，空气在大气压的作用下，无内压缩地从进气口推向排气口，被输送的吸入气体在达到排气口的瞬间，因排出侧高压气体的作用而被加压，风机连续地向系统压送气体而做功，空气不断地从进气口被输送至排气口。罗茨风机的转速和叶型固定，属于恒流量风机，在设计排气压力范围内，管网阻力变化对流量的影响较小。罗茨风机的显著优点为价格低廉、应用较早；缺点为效率低、噪声大、振动大、排气温度高、风量无法调节、油封易进气超温损坏漏油，仅在早期的湿法脱硫系统中得到广泛应用，不在选型范围之内。2.2单级高速离心氧化风机单级高速离心风机依靠齿轮箱获得极高转速，电机转动带动风机叶轮旋转时，叶轮中相邻叶片之间的气体随之旋转，离心力使空气在渐开线形状的机壳内沿着壳体流向风机出口，气体流速增大，气体在流动中将动能转换为静压能；随着流体压力持续增加，静压能又被转换为速度能，通过排气口排出气体，在叶轮中心形成负压，空气在大气压的作用下，无内压缩地从进气口被推向排气口，在叶轮连续旋转作用下不断地吸入和排出气体，从而达到连续鼓风的目的，同等功率下，风压和风量一般成反比。单级离心风机属于恒压风机，输出风量受管道和负载的影响，其优点是节能效果较好、噪声较小；缺点是漏油、齿轮箱故障率高，需要循环润滑和可靠的冷却系统等，在新建和改造的湿法脱硫系统中均有应用，但齿轮的高速啮合故障率偏高，风机的应用反馈较差。2.3空气悬浮离心氧化风机空气悬浮离心氧化风机属于离心风机，但风机的电机采用高速直联电机，与单级高速离心风机相比，空气悬浮离心氧化风机无须齿轮增速，机械传动和机械摩擦的消耗极小，风机效率较高。空气悬浮离心氧化风机依靠永磁无刷高速同步电机直接驱动转子高速旋转，高速旋转产生的离心作用在转子与轴簧片之间形成一层高压空气膜，托浮转子，转子运行转速高达23 000~30 000 r/min；回转轴和轴承之间无物理接触点，无须润滑油润滑，损耗低；通过变频器调节电机转速，从而调节风量，精度高且节能效果较好；冷却方式多采用进风自冷却或水冷媒技术，具有节能高效、低噪声、易维护、运行可靠等特点。空气悬浮离心氧化风机对基础安装的要求极低，节能潜力巨大，在对氧化空气占主要耗能成本的污水处理厂得到快速推广，在新建和改造湿法脱硫系统中被广泛推广。3空气悬浮离心氧化风机的结构与技术特点3.1空气悬浮离心氧化风机结构（1）核心部件为空气悬浮轴承，无物理接触，包括多个径向轴承和推力轴承，径向轴承采用单页式构造，配备波纹箔片吸收细微震动，能够弥补修正微小偏移。空气悬浮轴承经过特殊表面抗磨处理，能够承受20 000次启停，按照一天启停8次计算，可用15年，开机仅须5 s。（2）PMSM永磁无刷高速同步电机的转速精准，电机转速达20 000~67 000 r/min，小容量风机电机采用风冷，200HP以上容量风机电机采用风冷+水冷媒技术冷却，不存在电机发热造成的停机隐患，变频器驱动稳定可靠。（3）双叶轮与电机轴直联，采用Al7075锻造铝合金材料，由5坐标机床精加工制造，重量较单叶轮减少近一半，有效减少了轴承负载，结构更稳定平衡，在高海拔地区无电机故障。（4）利用智能控制系统从控制技术方面预防高、低压喘振和固有频率共振问题，规避危险区域；提供3种喘振处理模式，分别为边界调整模式、停机模式以及继续运行模式。继续运行模式下，喘振对机器不会造成不良影响；停机模式且发生喘振时，机器自动停机，供使用者检查喘振原因；边界调整模式下，风机运行工况点临近喘振边界时，可以智能化地调整运行参数，使参数回到正常的运行区域内。边界调整模式为最常用的设定模式。3.2空气悬浮离心氧化风机的技术特点（1）节能高效。空气悬浮离心氧化风机无机械损失，根据厂家委托江苏省节能技术服务中心进行的节能测试报告，供气压力为57 kPa的测试工况下，与同电机功率的罗茨风机和多级离心风机相比，空气悬浮离心氧化风机的节电率分别为35.1%和28.3%；供气压力为67 kPa的测试工况下，节电率分别为28.9%和28.9%。（2）低噪声、无振动。空气悬浮离心氧化风机采用永磁无刷高速同步电机和空气悬浮轴承，无齿轮啮合、机械摩擦和冷却风扇；除气流通过声音外，无其他噪声。成套设备直接放置于地坪上，不需要螺栓固定，振动极小。（3）无齿轮和润滑油系统。空气悬浮离心氧化风机采用空气悬浮轴承，不需要复杂的增速齿轮和滑动轴承，达到无润滑的技术特点，无须强制循环油泵、冷却器等辅助系统，不存在渗漏油水的故障，维护工作量主要为更换过滤棉。4实例分析某公司选定空气悬浮离心氧化风机为改造方向，在2016年脱硫系统烟气超低排放改造期间，将两套脱硫系统中的一台罗茨风机改造为全容量的空气悬浮离心鼓风机，采用韩国TurboMAX公司生产的MAX500D-C100S1型空气悬浮离心鼓风机，设计风量为12 899 m3/h，扬程为106 kPa，出口风量为90~225 m3/h，配套电机电压为380 V，额定功率为401 kW，冷却方式为风冷。风机整套系统直接放置于原氧化风机位置的水泥承台上，简单调平后投入运行，改造后变频调节方便，节能效果明显，机器运行可靠、噪声低，日常维护仅根据差压更换滤棉，无设备故障出现，不存在其他检修维护需求，极大地减少了运行维护工作量，改造后的两台风机已连续安全稳定运行6年。5结语空气悬浮离心氧化风机作为近几年兴起的新型的离心氧化风机，具有效率高、风量可调整、节能高效、噪声小、有效改善操作环境、外形尺寸小、重量轻、可节约氧化风机房的土建成本、安装和维护简单等优点。结合工程实例可以看出空气悬浮离心氧化风机完全能够满足脱硫系统的节能和可靠需要，在湿法脱硫系统中具有广阔的应用前景。