脫硫氧化風機的變頻改造和控制研究

摘要：脫硫氧化風機的能耗較大，對于不同工作情況來說所需的運行方式也存在一定區別，根據實際中不同工況下的脫硫量與氧化風機對應的運轉工況，對脫硫氧化風機進行變頻改造具有十分重大的意義。文章以脫硫氧化風機變頻改造需求為切入點，針對脫硫氧化風機變頻改造方案進行了論述，最后就脫硫氧化風機的節能效果和控制進行了分析。

關鍵詞：脫硫氧化風機；變頻改造；變頻控制；脫硫量；節能效果 文獻標識碼：A

中圖分類號：X701 文章編號：1009-2374（2015）29-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.020

脫硫氧化風機主要被運用在火力發電廠中，其最主要的目的就是實現電廠煙氣脫硫降耗，對于電廠發電工作具有很重要的作用。對脫硫氧化風機進行變頻改造是實際工作不斷發展進步的需求，其應該根據電廠用煤含硫量、脫硫量及脫硫速率等實際數據進行變頻方案設計，再結合現有氧化風機的基本性能特點對其進行變頻改造，實現脫硫過程的變頻控制。

1 脫硫氧化風機變頻改造的問題

脫硫氧化風機變頻改造的問題由來已久，其最主要的原因是傳統的脫硫氧化風機能耗過高，給電廠帶來了較大的能耗負擔和經濟負擔。對于脫硫裝置來說，其能耗較大的部分主要有循環泵、真空泵、增壓風機以及濕磨機等。這些設備的能耗都很高，加之其存在能量損失，更是直接加大了總能耗。比如某電廠有兩臺兩千兆瓦的燃煤發電機組，配套建有兩臺濕法煙氣脫硫裝置，脫硫系數按照煤炭含硫率的2%設計。其氧化風機一般設計為恒轉速風機，只要脫硫裝置開始運行，風機就一定會隨之運行，加之其恒轉速的特點，就使得不論脫硫裝置處于何種工作狀態，風機都會以恒定轉速和恒定耗能的狀態運行。其恒速特點就決定了風機能耗與脫硫量等因素無關，基本處于一個獨立設備的狀態。當脫硫裝置處于低硫低負荷的運行狀態時，風機就會產生大量能耗，與脫硫工作量不對應。所以，為了消除這一不對應的關系，需要對脫硫氧化風機進行變頻改造，使其可以按照脫硫工作狀態自動調節運行狀態，使能耗和脫硫工作始終保持在合理同等水平。

2 脫硫氧化風機變頻改造方案分析

2.1 根據電廠實際需求設計風機性能參數

脫硫氧化風機的變頻改造需要根據電廠的實際需求來進行，即根據電廠所用煤炭的含硫率、電廠發電機組的功率以及相關脫硫裝置的脫硫率等進行設計。從煤炭含硫率來講，國內電廠用于發電的煤炭其含硫率基本持平，因此這方面的考量不用太多。電廠發電機機組的功率對于不同的電廠來說就有較大的區別了，從幾百兆瓦到上千兆瓦，不同功率的發電機機組其所對應的煙氣量也存在較大區別。對于脫硫裝置來講，不同類型的脫硫裝置以及不同型號的脫硫裝置，其脫硫率存在較大差別，在實際工作環節中所對應風機風量也不同。所以，對脫硫氧化風機進行變頻改造，就應該從這些方面的具體情況進行設計。比如，在正常運行的情況下，脫硫氧化風機的轉速處于可調節范圍。當風機轉速降低，部分空氣會產生回流，在短時間內引起風機排風不順以及溫度上升。當溫度上升過快達到甚至超過臨界值時，就會對風機形成損壞。所以，風機轉速設計要在允許范圍內，按照合理的變化速率實現變頻調節。

2.2 解決搶風問題

當電廠脫硫裝置設有多臺氧化風機時，如果對其中一個進行速度調節，就可能使與其相鄰的風機發生搶風現象。所以，對脫硫氧化風機進行變頻改造，使其可以通過自動化變頻系統實現轉速自動調節，可以在轉速變化上進行同步升高或降低，避免搶風現象出現，減少對脫硫裝置正常工作的影響。

2.3 脫硫氧化風機能耗與流量保持線性關系

對脫硫氧化風機進行變頻改造，其目的就是保持氧化風機的能耗與風流量保持線性關系。即保持氧化風機的能耗隨風機轉速升高而增加，隨風機轉速降低而減少，使兩者保持同步線性關系，就可以根據該線性關系實現對脫硫氧化風機的變頻調節。

2.4 保持氧化風機與脫硫裝置的電量消耗線性關系

一般來說，氧化風機與脫硫裝置都是使用的獨立電源，可以對兩個回路加裝傳感器，實時測量監控兩個回路的能耗變化情況。詳細來說，脫硫裝置的能耗與其運轉狀態具有直接關聯，滿負荷工作狀態的能耗明顯高于低負荷運轉狀態。所以，氧化風機要在脫硫裝置的工作狀態之上進行變頻調節，則需要根據脫硫裝置的能耗調節其自身能耗，即要與脫硫裝置的能耗保持線性關系。

3 脫硫氧化風機的節能效果分析

脫硫氧化風機的節能效果是與其揚程及流量具有直接關系的，揚程越高、流量越大，則能耗越高；揚程越低、流量越小，則能耗越低。對于脫硫氧化風機而言，其揚程基本是由風機自身屬性決定的，與運行工況的聯系不大。但是流量則與運行工況具有直接關聯。運轉速度越高，流量越大；運轉速度越低，流量越小。所以，脫硫氧化風機的變頻改造主要在流量調節上得以體現。

脫硫氧化風機主要是將系統中存在的亞硫酸鈣進行氧化，而亞硫酸鈣的含量又是由二氧化硫的脫除量決定的，所以二氧化硫濃度以及煙氣負荷直接決定脫硫裝置所需的氧化風量，也決定了氧化風機的轉速。因此，在脫硫過程中，當二氧化硫與煙氣負荷逐漸降低時，就應該使氧化風機進行自動變頻降低轉速，在滿足脫硫工作的需求下實現最小能耗。假設電廠的運行工況為：負荷是100% BMCR，含硫率為2%，二氧化硫脫除負荷比為1。這是假定的運行工況，再根據實際來說，二氧化硫濃度與煙氣負荷一直處在波動狀態，所以需要以系統較長時間內的平均工況作為參照。一般來說，根據電廠的實際情況，運行負荷按照鍋爐最大額定出力的30%～100%考慮，含硫量按照1%～2%設計，脫硫率按照95%設計。再考慮簡化需求，假定負荷百分比和煙氣量成線性關系，在此基礎上進行節能分析。

4 脫硫氧化風機控制分析

4.1 不同煙氣量下脫硫氧化風機控制分析

從理論上來說，氧化風機的空氣量與脫硫量是成線性關系的，二氧化硫的脫除量可以根據脫硫效率和二氧化硫濃度計算得出。脫硫氧化風機主要是根據DCS分散控制系統得出的氧化風機變頻器和二氧化硫脫出量的關系，進行連續變頻調節，控制氧化空氣量，以起到節能的效果。舉例來說，當二氧化硫的濃度保持在4000mg/m3時，不同煙氣流量多對應的氧化風機數量和轉速均不相同。在煙氣流量為30%～57%時，一般使用單臺脫硫氧化風機，轉速保持在630～960轉即可滿足脫硫工作；當煙氣量保持在57%時，可以使用單臺風機進行滿負荷運行或者兩臺風機進行低負荷運行；當煙氣量達到57%～70%之間時，一般使用兩臺脫硫氧化風機進行工作，其轉速維持在630轉/分鐘；當煙氣量超過70%，一般使用兩臺脫硫氧化風機，轉速保持在630～960轉/分鐘。

4.2 不同二氧化硫濃度下脫硫氧化風機控制關系

二氧化硫濃度不同時，對于脫硫氧化風機的控制也存在一定區別。當二氧化硫的濃度小于1070mg/m3時，一般采用單臺脫硫氧化風機，風機轉速控制在630t/h；當二氧化硫的濃度在1070～2000mg/m3之間時，采用單臺脫硫氧化風機，使其運轉速度保持在630～960轉每分鐘，并且應該按照二氧化硫濃度曲線進行相應變化；當二氧化硫濃度在1070mg/m3時，可以采用單臺脫硫氧化風機滿負荷運行，或者采用兩臺脫硫氧化風機進行低負荷運行；當二氧化硫的濃度在2000～2369mg/m3之間時，通常可用兩臺脫硫氧化風機并行，其轉速控制在630t/h；當二氧化硫的濃度在2370～3950mg/m3之間時，一般采用兩臺脫硫氧化風機并行，其轉速控制在630～960t/h范圍內。在此基礎上，要使風機轉速變化與入口二氧化硫濃度維持線性關系。

4.3 二氧化硫脫除量與脫硫氧化風機控制關系

研究此部分的控制關系，可以假定脫硫效率為95%。當二氧化硫的脫除量小于3.7t/h，一般采用單臺脫硫氧化風機，使其轉速維持在630轉每分鐘運行；當二氧化硫脫脫除量在3.7～6t/h之間時，仍然采用單臺氧化風機，使其轉速維持在630～960轉/分鐘運行；當二氧化硫脫除量為6t/h，可以采用兩臺氧化風機低負荷并行，或者使用單臺氧化風機滿負荷運行；當二氧化硫脫除量在6～7.3t/h之間時，可以使用兩臺氧化風機并行，使其轉速保持在630轉/分鐘；當二氧化硫脫除量在7.3～12.1t/h之間時，可以使用兩臺氧化風機進行并行，轉速維持在630～960轉/分鐘。但是總的來說，由于煤源會產生變化，所以含硫率也會出現變化，僅僅通過限定一個條件來進行氧化風機控制是不完善的，因此需要結合多個方面的指標進行綜合控制。

5 結語

脫硫氧化風機變頻改造是電廠在不斷發展進步過程中的必然要求，對其進行變頻改造需要結合電廠實際情況，設計科學合理的變頻改造方案。對于氧化風機的控制，需要從多個方面入手，在限定不同的條件下，對其進行綜合控制。

參考文獻

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作者簡介：黃鍇（1984-），男，江西高安人，湖北華電西塞山發電有限公司助理工程師，研究方向：電力生產。

（責任編輯：陳 倩）