濕法脫硫系統(tǒng)中漿液泵的節(jié)能改進(jìn)

郭正朝，趙學(xué)斌

濕法脫硫系統(tǒng)中漿液泵的節(jié)能改進(jìn)

郭正朝，趙學(xué)斌

(山西興能發(fā)電有限公司，山西 古交 030206)

電廠的煙氣濕法脫硫系統(tǒng)有許多漿液泵，在使用中這些泵電耗很大。通過(guò)分析泵的運(yùn)行工況，對(duì)泵的部件管路進(jìn)行改進(jìn)、或者變更調(diào)節(jié)方式，可以降低能耗。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可根據(jù)不同運(yùn)行狀況，對(duì)漿液泵進(jìn)行節(jié)能改進(jìn)，取得了顯著成效。

脫硫;漿液泵;節(jié)能;改進(jìn)

山西興能發(fā)電有限公司2×600 MW燃煤機(jī)組的脫硫系統(tǒng)采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，系統(tǒng)中有各種漿液泵約66臺(tái)，分別用來(lái)泵送石膏漿液、石灰漿液、廢水、泥漿等，由于運(yùn)行工況復(fù)雜和調(diào)整頻繁，以及選型較大、管路設(shè)計(jì)不合理等原因，這些泵的能耗較高。通過(guò)改進(jìn)，該公司取得了明顯成效。

1 通過(guò)改變部件和管路，降低漿液泵的能耗

脫硫系統(tǒng)有眾多的漿液泵，需要不間斷運(yùn)行，但往往存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題造成了電能浪費(fèi)。

1.1 泵的設(shè)計(jì)工況和實(shí)際工況

泵的性能參數(shù)要與管道系統(tǒng)的阻力相匹配，提供的流量和揚(yáng)程接近于實(shí)際需要的流量、揚(yáng)程，這是比較節(jié)能的狀態(tài);但是由于設(shè)計(jì)考慮的環(huán)節(jié)較多、安裝中有很多變動(dòng)，理論計(jì)算往往和實(shí)際狀態(tài)偏差較大，而且往往是設(shè)計(jì)裕量過(guò)大，和管路配套性較差，這必然造成電能浪費(fèi)。

針對(duì)以上問(wèn)題，進(jìn)行泵性能試驗(yàn)、管道阻力試驗(yàn)，考察原泵設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理，兩者是否能夠匹配，然后進(jìn)行改造，改造可以從更換泵型、管路改造方面著手，但最常用、最經(jīng)濟(jì)、工作量最少的辦法是水泵通流部分改造技術(shù)。該技術(shù)是在泵及管路系統(tǒng)不動(dòng)的前提下，采用焊補(bǔ)磨削的工藝僅僅改變?cè)腥~輪、導(dǎo)葉(蝸殼)的形狀尺寸，降低泵的流量、揚(yáng)程及功率，從而達(dá)到提高泵的配套性和運(yùn)行效率以及節(jié)能降耗的目的。例如在泵的裕量較大時(shí)，可以采取車(chē)削葉輪外徑、更換一個(gè)流道較窄的新葉輪、多級(jí)泵拆除葉輪等辦法。

該廠脫硫系統(tǒng)的濾液泵將濾液打到吸收塔作沖洗水用，設(shè)計(jì)流量450 m3/h(0.125 m3/s)，揚(yáng)程80 m，軸功率151 kW，葉輪直徑600 mm，在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)流量過(guò)大，揚(yáng)程過(guò)高(實(shí)際需要約40 m)，不僅導(dǎo)致泵運(yùn)行電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定電流，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，而且還導(dǎo)致管路的提前磨損和損壞;因此，該廠決定將葉輪變小，變小后的葉輪直徑根據(jù)管路性能曲線、泵性能曲線以及公式計(jì)算［1］初步確定，具體方法如下：

計(jì)算濾液泵的比轉(zhuǎn)速：ns=3.65n/H3/4=3.65 ×1 480803/4=71.4，屬于低比轉(zhuǎn)速泵，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)閥門(mén)節(jié)流，改變流量和揚(yáng)程，做出管路性能曲線和泵性能曲線(由制造廠提供)繪制到一起，得到工作點(diǎn)A，使用公式：H=K1Q(H為揚(yáng)程，Q為流量)，根據(jù)切割后揚(yáng)程H=40 m，在管路性能曲線上找到工作點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的流量520 m3/h，求出K1=0.08，所以，切割曲線為：H=0.08Q，按照該式取出如下幾點(diǎn)作出切割曲線。切割曲線和泵曲線相交得到另一工作點(diǎn)C，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)Hc=50 m，因此，按照公式H’/H=(D’/D)2，計(jì)算得到 D’==537 mm。也就是需要將濾液泵的葉輪切割到537 mm。繪制的曲線圖見(jiàn)圖1。

圖1 葉輪切割曲線示意圖

為保證效果，逐漸增大切削量，每次切割后安裝葉輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后再次切割，實(shí)際分別車(chē)削到560 mm、550 mm、540 mm3個(gè)尺寸，最后將葉輪直徑車(chē)削到540 mm，使得出口壓力從0.6～0.8 MPa降低到0.4～0.5 MPa，正好滿足吸收塔使用濾液沖洗的要求，電流從350 A降低到260 A，全年可以節(jié)約用電：380 V ×90 A×1.732×0.8×1臺(tái) ×6 000 h=355 406 kWh，節(jié)約電費(fèi)約11萬(wàn)元(每kWh電按0.32元)。

1.2 其次調(diào)節(jié)方式不合理造成能源浪費(fèi)

改變泵運(yùn)行工況的方法有入口節(jié)流調(diào)節(jié)(可引起汽蝕一般不用)、出口節(jié)流調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠但有能量損耗)、汽蝕調(diào)節(jié)(改變泵性能)、變速調(diào)節(jié)(改變泵性能)、分流調(diào)節(jié)等多種方式，脫硫泵系統(tǒng)常用的節(jié)流方式有分流調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié);出于建設(shè)投資考慮，較少采用變頻調(diào)節(jié)。

現(xiàn)在各個(gè)電廠(包括該廠)的脫硫系統(tǒng)，為了適應(yīng)管路壓力和流量的不斷變化，以及在不間斷情況下切換泵，泵的出口管路往往設(shè)計(jì)了再循環(huán)管路，即分流調(diào)節(jié)方式，這是不經(jīng)濟(jì)、能源浪費(fèi)較大的調(diào)節(jié)方式。最節(jié)能的是變速調(diào)節(jié)但投入成本較高，其次較節(jié)能的是出口調(diào)節(jié)。為節(jié)約能源，該廠考察脫硫漿液泵的實(shí)際運(yùn)行情況，在此基礎(chǔ)上針對(duì)性的改變其調(diào)節(jié)方式。由于除工藝水泵外，脫硫的漿液泵基本上沒(méi)有在很小流量運(yùn)行的情況，該廠將石灰石漿液泵、濾液泵、脫水分離液返回泵的再循環(huán)管路拆除，其流量調(diào)節(jié)靠出口調(diào)節(jié)門(mén)進(jìn)行，大大降低了能耗。對(duì)于設(shè)計(jì)功率較大、流量調(diào)節(jié)范圍較大、調(diào)節(jié)比較頻繁的泵，適合于用變速調(diào)節(jié)方式，在考慮其綜合經(jīng)濟(jì)性能的基礎(chǔ)上予以改造。例如，將石膏旋流器給料泵改為變速調(diào)節(jié)后，降低能耗、節(jié)約費(fèi)用的效果尤其顯著。

石膏旋流器為脫硫系統(tǒng)公用裝置，設(shè)計(jì)3臺(tái)石膏旋流器給料泵(110 kW，293 m3/h，60 m)將石膏漿液輸送到石膏旋流器，按照“二用一備”配置，實(shí)際應(yīng)用中2臺(tái)當(dāng)工作泵使用，1臺(tái)備用泵通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)連鎖。電機(jī)選用山西防爆電機(jī)集團(tuán)有限公司的Y315S4型電機(jī)，額定電流199 A，額定功率因數(shù)0.89，額定轉(zhuǎn)速1 470 r/min，額定功率110 kW，頻率50 Hz。工頻工作時(shí)，其出口壓力值為3.4 MPa左右，工作實(shí)際電流為157 A左右。

由于石膏旋流器實(shí)際所需壓力較小(150 kPa)，旋流器進(jìn)口閥門(mén)總處在半開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)由于石膏脫水的自身要求，運(yùn)行人員必須經(jīng)常調(diào)節(jié)以保持合適的壓力流量，于是在管路末端(進(jìn)旋流器進(jìn)料箱之前)設(shè)計(jì)了再循環(huán)管，采用回流調(diào)節(jié)的方式調(diào)整壓力。這種運(yùn)行調(diào)節(jié)方式造成如下后果：

1)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，給料泵電能大量損耗。

給料泵電機(jī)必須工作在工頻之下，此時(shí)電機(jī)消耗的功率為：Pd=UI cosφ=1.732×385×157×0.89=93 kW，2臺(tái)電機(jī) P=93×2=186 kW，按照一年6 000 h計(jì)算，一年損耗電量為：186 kW ×6 000 h=1 116 000 kWh。按照目前上網(wǎng)電價(jià)0.32元計(jì)算，一年電量損耗為：1 116 000 kWh×0.32元 =35.7萬(wàn)元。造成了大量的電能浪費(fèi)。

2)管路閥門(mén)頻繁損壞。

進(jìn)料管閥門(mén)不能全開(kāi)，造成漿液偏刷，使得門(mén)后管路和閥門(mén)頻繁損壞;同時(shí)大量漿液從再循環(huán)管回到石膏漿液箱，使得再循環(huán)管磨損嚴(yán)重，因此，旋流器給料管路的損壞相當(dāng)嚴(yán)重，消耗了大量備件，增加了檢修工作量。

3)不能及時(shí)調(diào)整參數(shù)。

由于需要就地調(diào)整閥門(mén)，運(yùn)行人員做不到及時(shí)調(diào)整參數(shù)，造成工藝流程下游設(shè)備(旋流器和皮帶機(jī))不能較好保持工況而頻發(fā)事故。

基于以上分析，該廠對(duì)常用的2臺(tái)給料泵電機(jī)進(jìn)行了變頻改造，具體施行方案如下：

采用一拖一方式，即一套變頻系統(tǒng)拖帶一臺(tái)給料泵。2臺(tái)給料泵變頻運(yùn)行，另一臺(tái)給料泵工頻備用。同時(shí)拆除再循環(huán)管路。本次變頻改造，在出口母管上裝設(shè)高精度壓力變送器2個(gè)，通過(guò)其輸出4～20 mA模擬量信號(hào)反饋給變頻器，通過(guò)設(shè)定變頻器恒定壓力值(維持出口壓力3 MPa)實(shí)現(xiàn)變頻的PID調(diào)節(jié)。當(dāng)任一臺(tái)出現(xiàn)變頻故障時(shí)，DCS聯(lián)起備用泵，聯(lián)鎖方式與原DCS邏輯保持不變。當(dāng)變頻器故障時(shí)，通過(guò)隔離刀閘的切換將變頻器隔離進(jìn)行維修，2臺(tái)給料泵均在系統(tǒng)不停運(yùn)的情況下切換至工頻運(yùn)行方式下工作。給料泵電機(jī)變頻改造裝設(shè)2面800×600×1 600控制柜，旁路柜刀閘的容量按照2倍額定電流選取，即400 A的額定容量。變頻器選取留有一定的裕度配置，選取110 kW重載變頻器拖帶110 kW的電機(jī)。變頻柜安裝在1#脫硫PC間內(nèi)，盤(pán)柜做鋼架基礎(chǔ)。所有變頻器控制和信號(hào)如“變頻啟動(dòng)”、“變頻停止”“變頻備妥”、“變頻運(yùn)行”、“變頻故障”、“本地、遠(yuǎn)方”等在就地及DCS均可實(shí)現(xiàn)。變頻器對(duì)電機(jī)有多種保護(hù)功能，進(jìn)行變頻改造后電機(jī)的安全性大大提高。變頻器對(duì)電機(jī)具有以下保護(hù)功能：電機(jī)欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。

變頻改造工程費(fèi)用：變頻柜設(shè)備費(fèi)150 000元+裝置安裝費(fèi)4 000元+拖放電纜人工費(fèi)2 000元+接線人工費(fèi)2 000元=186 810元。

變頻改造后，維持給料泵出口母管壓力在3 MPa時(shí)，給料泵轉(zhuǎn)速工作在30 Hz以下。此時(shí)，電機(jī)功率降至額定功率的60%(電流從180 A降低到110 A)，Pb=186×60%=111 kW，一年可節(jié)約電費(fèi)186×0.40×6 000 ×0.32=14.28 萬(wàn)(電費(fèi)按 0.32 元/kWh)。并且減少管路和閥門(mén)更換：DN15閥門(mén)10件×4 000元=4萬(wàn)元，管路20件×2 000元=4萬(wàn)元，管路和閥門(mén)節(jié)約費(fèi)用8萬(wàn)元，一年共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約22萬(wàn)元。大大地節(jié)約日常設(shè)備運(yùn)行時(shí)的費(fèi)用，一年內(nèi)就收回了變頻改造投資;而且通過(guò)變頻改造，運(yùn)行人員對(duì)旋流器的流量和壓力的調(diào)節(jié)更加方便順暢、及時(shí)有效，有利于控制脫水效果，減少脫水皮帶的損壞事故，同時(shí)提高了設(shè)備自動(dòng)化程度，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和檢修工作量。

1.3 制造工藝或檢修工藝差造成耗能

如果葉輪葉型差、流道不光滑或者葉輪間隙調(diào)整不合適都會(huì)造成耗能。這就要求在工作中選好備件，提高備件的耐磨性，對(duì)流道和部件表面的磨蝕損壞要及時(shí)修補(bǔ)或更換，同時(shí)在運(yùn)行中根據(jù)工況及時(shí)調(diào)整泵內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)間的間隙。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以看出脫硫系統(tǒng)的眾多漿液泵由于設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行等種種原因，浪費(fèi)的電能較大，節(jié)能降耗的潛力也較大。因此，電廠應(yīng)當(dāng)高度重視該設(shè)備的節(jié)能改造，在工況分析的基礎(chǔ)上找出節(jié)能改造的著手點(diǎn)，進(jìn)行通流部件、調(diào)節(jié)方式的改造調(diào)整，同時(shí)日常檢修維護(hù)也要注意及時(shí)調(diào)整和更換部件。

［1］ 安聯(lián)鎖.泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008：148.

Saving Energy Reform for Slurry Pump in Flue Gas Wet Desulfurization System

Guo Zheng－chao，Zhao Xue－bin

Flue gas wet desulfurization system has a lot of slurry pump in power plant，these pumps usually waste a lot of energy.Through analyzing the running condition，reform pipeline of the pump parts or change adjusting mode，can reduce energy consumption.In the production practice，according to different operation conditions，carries out energy saving improvement of the slurry pump，obtains remarkable result.

Desulfurization;Slurry pump;Saving energy;Reform

TD612

A

1672－0652(2012)01－0041－03

2011－12－29

郭正朝(1971—)，男，山西孝義人，1993年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，工程師，主要從事發(fā)電廠脫硫檢修工作(E －mail)guoapi@163.com