废水装置风机改造及分析

2018年08月环保与节能废水装置风机改造及分析向宇林（中海油惠州石化有限公司，广东惠州516082）摘要：针对废水装置风机工作环境差、噪音大，能耗高的现象，分析其产生的原因，实施相应的改造措施，收到了非常良好的运行和经济效果。关键词：风机；流量；叶轮；性能；改造某石化厂废水处理单元采用日本TSKE热力焚烧专利技术，通过热力焚烧的方法处理装置的废水、储罐排放气及重组分，废水焚烧炉（F-5301）所需助燃空气由空气鼓风机（K-5301）提供。焚烧炉开工阶段需要风量为17000Nm3/h，正常运行时需要风量约9000Nm3/h，风机的最低运行工况点为14800Nm3/h(出口压力为30KPaG），低于此工况点，风机将会出现喘振。目前，采用DN200现场放空手阀将风机出口部分带压空气外排至烟囱作为风机的防喘振手段，此操作方法不仅造成风量调整不及时，焚烧炉降温速率过快，损坏风机及缩短焚烧炉耐火砖寿命，而且还会因风机负荷大致使风机电耗高，影响装置生产成本和经济效益。风机改造非常迫切。1技术研究1.1风机变频方案转速与出口压力、出口流量关系的研究随着电力工业技术的进度，为实现风机的节能优化，工业上常常采用变频方案。变频方案除了能节能外还有着电机启动功率小，对电网友好；减少阀门冲刷，延长阀门使用寿命的效果。如果该风机能实现变频改造方案，既能够节约投资，改造风险又低。1.2从两个方面对变频方案进行研究1.2.1仅考虑风机性能能达到的最小流量根据工艺生产实际需要风机流量9500Nm3/H，大概是设计流量（22800Nm3/H）的41.5%，可见压缩机设计明显偏离实际工艺参数。假如压缩机采用变频进行调节，变频调节范围大概70-105%（考虑临界转速有一定的隔离裕度），那么压缩机转速降到70%时，按照压缩机设计流量系数不变的原则（压缩机流量系数是一个无量纲量，它表示压缩机通流能力的大小），风机的实际流量最小能达到50%左右，此外，还要考虑到防喘振曲线大概10%的隔离裕度，也就是说仅仅依靠变频调节，是无法到达目前实际的运行流量的。1.2.2仅考虑出口压力风机能达到的最小流量由于GM风机为沈阳鼓风机集团公司引进日本川崎公司技术，其标准结构为风机进口配导叶装置，其引进程序也是按照带导叶结构进行曲线绘制，这是这种风机的结构特点。原鼓风机提供的性能曲线也是按照带导叶的情况下生成的曲线，沈阳鼓风机公司无法提供GM风机的变转速性能曲线，因此我们对鼓风机的变转速性能曲线进行了拟合，对鼓风机性能变转速性能进行了定性研究。根据离心风机的原理，有相应流量、转速理论计算公式：Q1/Q2=n1/n2根据离心风机的原理，有相应流量、转速理论计算公式：P1/P2=〖（n1/n2）〗^2依据以上两个公式对风机在0.85，0.90，0.95倍初始转速与原风机的性能曲线进行拟合，得到新的性能曲线。变频调节在出口流量降低的情况下，将会导致出口压力的答复降低。为满足焚烧炉稳定运行的要求，风机压力必须大于130KPa，否则焚烧炉会因压力低低联锁停车。在出口风压为130KPa的恒出口压力下，0.85倍转速已经无法满足风机的出口压力要求。可以推算处风机极限的转速只能降低到0.87倍设计转速，风机此时的流量为22800Nm3/H×0.87=19836Nm3/H，节能效果有限。1.3通过风机厂家变频方案设计方案的定量研究根据风机原厂及进行的风机变频额定转速60%-110%范围内的鼓风机变转速曲线，鼓风机采用变转速调节方式时，当保证鼓风机出口压力不低于1.3ata时，鼓风机的流量调节范围大约为17000-24000Nm3/H之间，也就是说按照变频调节时，随着鼓风机转速的降低，鼓风机性能曲线向小流量偏移，同时鼓风机的压比也随之减小，在保证鼓风机出口压力不变的情况下，鼓风机流量的调节范围较小，无法满足需求。综上，风机使用变频调节无法满足技能要求，为了根本解决鼓风机设计流量偏大的问题，必须更换鼓风机叶轮等通流部分元件，按照新的设计参数进行鼓风机选型设计。制定风机出口最低压力测试方案、低风量点火方案：通过研究，当点火风量降低到13000Nm3/H时，如果焚烧炉能够点火成功，且焚烧炉的升温速率未受到大影响。即可实现风机同时满足开工点火和正常运行不放空的要求。实现风机改造的最优方案，只需在停工是流量在8000Nm3/H是有1500Nm3/H的放空。因此需要对13000Nm3/H点火进行测试。同时为了进一步节能可能，风机出口压力降低到27KPa。对此依据测试方案，对原工艺联锁至进行了修改，最终测试结果显示，风量降低到13000Nm3/H，压力降低到27kpa时满足开工点火要求，且焚烧炉的升温速率影响不大，低风量点火测试通过。风机点火成功，并通过测试，但是在后期的正常运行情况下，风机压力在27KPaG易引起焚烧炉压力低低联锁，导致装置联锁停车，最终将风机出口压力维持在30KpaG不做修改。1.4风机叶轮的改造方案研究1732018年08月环保与节能对风机叶轮进行改造，为了根本解决压缩机设计流量偏大的问题，需要更换压缩机叶轮等通流部分原件，仅采用变频调节无法实现在同一压比下，较大的流量调节范围，同时压缩机的效率也将下降。若压缩机的流量上限可以适当减小，也可采用压缩机更换通流部件的改造方案。考虑到风机最小到最大流量9000~17000Nm3/H工作性能，预选如下性能曲线。对以上方案，并没有进行最大程度的优化，设计风量在17000Nm3/H情况下，最小流量为12000Nm3/H，导致在正常运行时风机还是有大量放空浪费。需要进一步对操作参数进行优化。根据进一步优化的目标，以正常工作点9500Nm3/H反推设计流量，确定风机的出口压力和流量，此方案在理论上可行但是需要进行实际测试，确保满足工艺使用要求。理论上应当在13500Nm3/H风量进行测试，为进一步节能降低测试风量到13000Nm3/H,装置运行正常，设备运行及工艺条件正常。最终确定风机额定设计流量为13000Nm3/H，风机压力30KPaG。确定以下风机性能曲线图。进气条件进气压力进气温度气体常数101KpaA3229.7额定工作点流量出口压力叶轮转速13000Nm3/H101KpaA9210.7RPM1.5对风机防喘振控制的优化研究风机经过改造，预期风量9500Nm3/H，考虑到离心风机实际调节范围为70%~100%，因此根据预期流量，风机设计点取值额定流量13000Nm3/H，能达到现场正常运行情况下不放空。1.6风机操作条件和操作方法优化通过风机的叶轮改造，对比改造前后的叶轮参数、电机参数、工艺参数进行对比。叶轮设计参数工艺参数型式转速设计效率直径出口宽度叶片数材质进气压力进气温度出口压力PIC53001A改造前三元混流半开叶轮9210.7RPM81%φ460mm47.51316FV520B不锈钢大气压常温29.93KPaG改造后三元混流半开叶轮8930RPM81%φ460mm30.13716FV520B不锈钢大气压常温29.94KPaG1742018年08月环保与节能电机参数说明：现场测量参数取值为平均值出口温度入口阀开度工艺流量FIC-53004放空流量电机电流电机电压电机功率功率因素65Ⅴ64.4%9778Nm3/h4500Nm3/h（估算）21.4A10000V315KW0.8565Ⅴ65%9836Nm3/h014.1A10000V195KW0.802结语该项目研究过程以节能降耗为最终目标，确定增加变频和风机叶轮改造两个方向。通过离心压缩机的性能特点，对原风机的性能曲线的拟合，确定了正确的节能改造方向为风机叶轮改造。由于原工艺指标范围过大，设备特性无法满足最大程度的节能要求，通过结合设备性能分析研究和对装置工艺条件的理解，确定一个最优设备性能参数。并进一步修改工艺参数并模拟实际运行效果测试，在对设备和工艺均不发生影响的条件下，保障该项目顺利成功实施。通过叶轮的优化设计，风机叶轮直径不变，风机叶轮出口宽度下降36.1%，风机转速下降3.04%。达到3个效果：（1）机组放空由4500Nm3/H减少到0；（2）轴功率下降38.1%的使用效果；（3）机组在运行原理喘振区，运行是更稳定；机组电机电耗由315KW下降到了195KW，若电费按0.67元/KWh计算，则每年可节约电费（315-195）×8000×0.67=64.32（万元）取得了很好的经济效益。该项目经过节能设想、方案研究、试验论证，最终实施成功，取得了年节约电耗64万元的效果，对化工工业受同样问题困扰的装置有一定的借鉴意义，为机组节能优化开辟了一条切实可行的优化路线，对今后的类似研究工作有一定的指导意义。参考文献：[1]赵宏旺.王范平.张文焘.徐建.[J].机械工程师201411[2]单国丽.[J].价值工程201006[3]石亚君.葛爱香.付艳霞.王新.[J].风机技术201706作者简介：向宇林（1990-），男，汉族，重庆万州人，工程师，本科，单位：中海油惠州石化有限公司，研究方向：化工机械。电催化氧化工艺预处理苯酚丙酮水的可行性宋玉梅1刘娜娜2赵嫱2陈凯华2（1.中海油惠州石化有限公司，广东惠州516082；2.北京博汇特环保科技股份有限公司，北京100102）摘要:本文介绍从电催化氧化的原理、适用范围并通过小试实验分析电催化氧化工艺预处理苯酚丙酮水的可行性。关键词:电催化氧化；苯酚丙酮；可生化性；COD1研究背景苯酚丙酮装置所产生的废水苯酚丙酮生产污水主要有机污染物为：异丙苯、丙酮、甲基苯乙烯、芳香烃、甲醛、甲醇、丙醛、甲酸钠、异丙叉丙酮；无机物以硫酸钠为主。具有高盐、高COD、毒性大的特点，可生化性差，处理难度较大，本着源头控制、预处理、分质处理的原则，探索将苯酚丙酮污水进行预处理后降低有毒有害物质的量，提高废水的可生化性，确保污水达标排放。2电催化氧化技术的机理电催化氧化是指通过阳极反应直接降解有机物或产生羟基自由基·OH、Cl2、O2及O3一类的氧化剂降解有机物的方法。该技术采用外加电场，其反应在电极/溶液界面进行，通过电极和极板间附加催化介质的颗粒活性炭多元催化与复合氧化作用，改善处理效果。该技术特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的高含盐污水中有机物的处理。半导体材料处于一定强度的电场时，其价带电子也会越过禁带进入导带，同时在价带上形成电激空穴。空穴具有很强的俘获电子的能力，可以夺取半导体颗粒表面的有机物或溶剂中的电子发生氧化还原反应。施加电压能使催化材料内部形成电压梯度，促使空穴与电子向相反方向移动，抑制其复合，从而提高了催化效率。电催化反应中，通过电解产生的O2和外源O2在阴极上还原产生H2O2：酸性条件下：O2+H++2e→H2O2碱性条件下：O2+H2O+2e→HO2-+OH-HO2-+H2O+2e→H2O2+OH-电化学法降解有机污染物是一个很复杂的过程，其机理研究还在探索之中，有研究者认为，其原理是利用电极在电场作用下，分解H2O，产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH基团)，从而使许多难以降解的有机污染物分解为CO2或其他简单化合物。首先溶液中的H2O或OH-在阳极上放电并形成吸附的氢氧自由基(下列式中MOx为氧化电极)：MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-（1）然后吸附的氢氧自由基和阳极上现存的氧反应，并使氢氧自由基中的氧转移给金属氧化物晶格而形成高价氧化物MO(x+1)，即化学吸附态的活性氧：MOx(·OH)→MO(x+1)+H++e-（2）当溶液中没有可氧化的有机物时，2种状态的活性氧按以175