脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵節(jié)能降耗方法研究

羅 平 ，程志會(huì)

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097）

0 引言

隨著環(huán)境和節(jié)能減排政策的要求[1]，火電廠脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行越來(lái)越受到重視。目前，某集團(tuán)公司特許經(jīng)營(yíng)事業(yè)部的脫硫項(xiàng)目效益直接受到節(jié)能減排的影響。在脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，石灰石漿液流量需要根據(jù)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷、煙氣參數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研顯示，通過(guò)啟停循環(huán)泵數(shù)量實(shí)現(xiàn)漿液流量的調(diào)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致漿液循環(huán)量不夠、余量增大等問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用較高。

漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速和揚(yáng)程由其配套的電機(jī)控制，改變動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)對(duì)漿液流量的調(diào)節(jié)，解決通過(guò)啟停循環(huán)泵調(diào)節(jié)流量的局限。然而，變頻運(yùn)行會(huì)造成電機(jī)出現(xiàn)溫升、絕緣強(qiáng)度、諧波電磁噪聲、振動(dòng)以及低轉(zhuǎn)速時(shí)冷卻等問(wèn)題，因此，普通異步電動(dòng)機(jī)不能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。鑒于此，提出一種基于變頻技術(shù)的脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵節(jié)能降耗方法。通過(guò)變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，降低漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速和揚(yáng)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)漿液流量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1 基于變頻技術(shù)的脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵節(jié)能降耗方法

1.1 漿液循環(huán)泵設(shè)計(jì)概述

漿液循環(huán)泵的變頻運(yùn)行理論主要依據(jù)其設(shè)計(jì)，主要技術(shù)參數(shù)有漿液流速、濃度、含固量、黏度和管道粗糙度、長(zhǎng)度、附件設(shè)置以及噴淋層阻力、噴嘴阻力、濾網(wǎng)阻力、漿液液位和噴淋層高度要求等。對(duì)于噴淋塔，噴嘴是脫硫系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，噴嘴性能和噴嘴布置直接影響到系統(tǒng)性能參數(shù)和運(yùn)行可靠性。

脫硫塔漿液噴霧噴嘴用于噴淋塔中，這些噴嘴產(chǎn)生大量的細(xì)小霧滴，以滿足氣流傳質(zhì)所需要的表面積，典型的Sauter平均粒徑為2300～2500 μm。現(xiàn)吸收塔內(nèi)噴嘴的設(shè)計(jì)壓力為80 kPa，噴嘴出口的漿液粒徑2700～3200 μm。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，，噴嘴的壓力運(yùn)行范圍為60～80 kPa。

為保證噴嘴出口的粒徑滿足2300～2500 μm和脫硫系統(tǒng)的脫硫率，噴嘴進(jìn)口漿液壓力≥60 kPa，漿液在該粒徑范圍內(nèi)能夠滿足脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行要求，并節(jié)省漿液循環(huán)泵的2 m揚(yáng)程。

1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速與漿液循環(huán)泵功率、流量、揚(yáng)程關(guān)系

按照電機(jī)學(xué)[2]的基本原理，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足關(guān)系式（1）。

式中，n為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，n0為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，f為電機(jī)運(yùn)行頻率，s為電機(jī)滑差。

從式（1）可知，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率，由于滑差s一般情況下比較小，取0～0.05，則電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)電機(jī)頻率f即可改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。同時(shí)，電機(jī)滑差s和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差越大。在電源頻率不變的情況下，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)隨負(fù)載的增加而略有下降。

電機(jī)轉(zhuǎn)速與漿液循環(huán)泵功率、揚(yáng)程、流量之間的關(guān)系如下[3]：

式中，Q為功率，H為揚(yáng)程，P為流量，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

由式（2）～（4）可知，通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)漿液循環(huán)泵的流量、揚(yáng)程，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗目的。

1.3 優(yōu)化后漿液循環(huán)泵技術(shù)參數(shù)

原脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵在機(jī)組100%BMCR工況下選型中，漿液循環(huán)泵流量有5%的余量，優(yōu)化運(yùn)行后該部分能夠節(jié)省漿液循環(huán)泵的約2 m揚(yáng)程。

在保證脫硫噴嘴霧化效果的前提下，漿液循環(huán)泵的總揚(yáng)程能降低4 m；漿液循環(huán)泵的揚(yáng)程降低，根據(jù)漿液循環(huán)泵的運(yùn)行特性，泵的轉(zhuǎn)速和流量也相應(yīng)下降。同時(shí)漿液循環(huán)泵的調(diào)頻后，漿液循環(huán)量降低導(dǎo)致單個(gè)噴嘴的流量降低，若單個(gè)噴嘴的流量降低10%～15%，仍能滿足噴嘴的運(yùn)行要求。

2 某電廠變頻改造工程運(yùn)行節(jié)電分析

將本文方法應(yīng)用于某電廠漿液循環(huán)泵變頻改造工程，并于實(shí)際運(yùn)行后展開(kāi)進(jìn)一步調(diào)研，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析驗(yàn)證。

2.1 電廠漿液循環(huán)泵概述

按照某電廠漿液循環(huán)泵計(jì)算，其主要參數(shù)如表1所示：

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)該電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，工頻運(yùn)行情況下，電流實(shí)測(cè)64.67 A，電機(jī)實(shí)際功率571.24 kW；漿液循環(huán)泵變頻運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行頻率45 Hz，運(yùn)行5 d的平均電流39.46 A，變頻器輸出功率因數(shù)95%，電機(jī)實(shí)際功率平均值390 kW。電機(jī)功率在變頻運(yùn)行工況下比工頻工況下減小181.24 kW，即每小時(shí)節(jié)電181.24 kW·h。

表1 某電廠漿液循環(huán)泵主要參數(shù)

以上數(shù)據(jù)均基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)實(shí)際功率的理論值可通過(guò)式（4）求得。將變頻器頻率按45 Hz考慮，由式（4）可得變頻后功率為：

電機(jī)功率在變頻運(yùn)行工況下的理論計(jì)算值比工頻運(yùn)行工況下實(shí)測(cè)值減小154.81 kW，即每小時(shí)節(jié)電154.81 kW·h。

通過(guò)上述計(jì)算可以看出，漿液循環(huán)泵變頻運(yùn)行工況下每小時(shí)的理論節(jié)電量比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值偏低26.43 kW·h，但兩個(gè)數(shù)值基本接近。證明了該方法的有效性和可行性。

3 結(jié)論

基于變頻技術(shù)的脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵節(jié)能降耗方法，通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速降低漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速和揚(yáng)程，調(diào)節(jié)漿液流量，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。將該方法應(yīng)用于某電廠實(shí)際節(jié)能工程改造，增加了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)方式，為該電廠每小時(shí)節(jié)電181.24 kW·h，降低運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

［1］趙永椿，馬斯鳴，楊建平，等.燃煤電廠污染物超凈排放的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2015，11（40）：2629-2639

［2］戴文進(jìn)，徐龍權(quán)，張景明.電機(jī)學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［3］丁祖榮.流體力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2003.