吸收塔循環泵調速裝置節能改造探討

文_吳偉良

浙江德創環保科技股份有限公司

1 項目概述

1.1 項目背景

燃煤機組中的各類風機、泵類、壓縮機等用電量約占廠用電的70%～75%。部分風機和泵類電機的負載隨機組負荷和季節變動，實際運行所需功率遠小于電機輸出功率，運行時常采用風門調節和閥門節流，造成了很大的管網損耗和能源浪費。

1.2 現有情況

A自備電廠煙氣脫硫工藝現采用石灰石－石膏濕法脫硫，吸收塔設四層漿液噴淋層，分別對應一臺漿液循環泵，現漿液循環泵采用的是通過在不同工況條件的運行經驗中尋求最佳漿液循環泵組合方式來實現，但存在著以下問題：①脫硫塔由多臺循環泵組成，均采用工頻電機運行，運行過程中，存在能耗較大的現狀。②循環泵系統對吸收塔L/G 比的調節不連續且與最佳L/G 比偏差較大。③啟停循環泵對吸收塔漿液的pH 值會產生較大的波動，不利于吸收塔內SO2的吸收反應速率。④在機組負荷快速波動的工況條件下，切換漿液循環泵組合方式的調整時間偏長，對穩定控制SO2排放的難度較大。

目前需對吸收塔循環泵進行調速節能裝置改造，其相關參數見表1、表2 所示。

表1 電機參數表

表2 循環泵運行參數表

1.3 總體目標

針對上述問題，計劃對吸收塔循環泵進行調速裝置改造，完成改造后，在滿足工況應用要求前提下，循環泵實際轉速不超過額定轉速的80%工況下，實現單臺循環泵節電率均值不低于21%。

1.4 預期成效

1.4.1 經濟效益分析

改造前功率因數0.8，實際有功功率1.732×U×I×cosφ≈391.6kW,根據具體應用工況，年運行時間8000h，電價0.38 元/kW，通過改造可實現節約電費約25 萬元/a。

1.4.2 社會效益分析

在節能基礎上實現了惡劣工況（易燃、易爆、粉塵、腐蝕和潮濕等）高電壓機組可靠穩定無級調速運行，達到實時調節漿液循環泵運行負荷和大幅降低能耗。無諧波產生、無漏液和無磁場泄漏輻射等，實現安全作業、環保生產。帶緩沖的軟啟動，減少電機的沖擊電流,延長電機、泵及電網等設備使用壽命。柔性非接觸式傳遞扭矩，隔離設備振動和降低運行噪音。機械特性可靠性高，運行和維護簡單、成本低。

1.5 項目總投資預算和投資回報周期

現對吸收塔循環泵進行永磁調速裝置改造，年運行時間8000h，循環泵改造后節約電費25 萬元/a，該項目總投資72 萬元，投資回報周期低于3a。

2 技術分析

2.1 永磁調速裝置技術簡介

永磁調速裝置通過改變磁場嚙合面積大小，導致傳遞扭矩的改變，從而實現調速節能。它是專門針對泵、風機、皮帶機、破碎機、磨煤機等負載的適用技術。除了節能之外，還能解決設備的對中問題、振動問題、軟啟動問題，具有過載保護及調速功能。

2.2 永磁調速裝置構成

永磁調速裝置的結構（圖1）主要有3 部分組成：①導體轉子（材質為銅），與電機軸連接。②磁體轉子（材質為稀土永磁），與負載軸連接。③調節機構：調整永磁轉子與導體轉子之間嚙合面積的機構。

圖1 永磁調速裝置結構簡圖

2.3 永磁調速裝置與變頻調速裝置比較

2.3.1 隔振和柔性傳動

變頻調速時，電機軸和水泵軸需要通過聯軸器硬件聯接，需要較高的對中度和較高強度減震材料，如果對中不好必然引起設備運行振動加大，影響設備運行的穩定性、可靠性和使用壽命；永磁調速裝置電機軸和泵軸分別安裝導體和永磁轉子，二者無硬件聯接，完全靠磁場傳遞扭矩，為柔性傳動，解決了對中誤差和大幅度降低振動和磨損。

2.3.2 無諧波和電子干擾

變頻調速時，通過調整電動機工作頻率，實現電動機的輸出轉速調節，但需要可控硅改變工作電壓，必然產生諧波污染，會干擾周邊的電子元器件的穩定工作，容易造成相關或其它電子設備出現故障。

2.3.3 環境適應性強

變頻器由多組IGBT 模塊組合，發熱較大，自身容易老化，也容易受環境粉塵、潮濕、高溫等因素干擾產生故障停機或跳泵；同時當電動機負載發生非故障過載時，也極易跳泵、停機，嚴重影響生產。永磁調速裝置為機械調速結構，無需無塵、恒溫恒濕的工作環境，能適應各種惡劣工況下工作，發生堵轉時可以自動完全脫開，大幅提高運行可靠性、降低設備故障率。

2.3.4 退磁和消磁的保障

一般情況下，永磁調速裝置正常運行的前提下，永磁鐵時不會發生消磁現象的。在正常使用條件下，永磁調速裝置本體使用壽命大于30a。

通過外接水冷卻系統，可有效減少導體轉子因磁場感應產生渦流造成的溫度上升，導體轉子表面溫度一般控制在60℃以內，遠遠低于磁體的消磁居里點，可靠性更高。額定轉速65%～70%的情況下，導體轉子系統發熱量達到極限值，此時永磁體系統表面溫度60℃以下，永磁轉子基本都處于安全穩定的工作溫度范圍內。

如果冷卻水系統發生異常故障，導致永磁導體轉子冷卻水量不足或丟失，可通過主機進水口流量傳感器流量報警值或壓差傳感器或回水口溫度傳感器等及時發現。如果進水流量過低或壓差較大或回水溫度超過85℃，系統均可以及時將導體轉子與永磁轉子完全脫開，使導體轉子脫開空載運行，保護系統的可靠性，避免較長時間的空氣對流造成的磁場消磁。

2.3.5 導體轉子與永磁轉子之間的碰擦保障措施

導體轉子與永磁轉子之間的氣隙寬度為4 ～5mm，兩轉子的定位依靠雙方支點的軸承座固定和限位的，兩轉子的環縫氣隙可允許的安裝誤差為±0.5mm。兩轉子運行過程中主要承受徑向力和微弱的軸向力，通過外接的電動執行器來調節兩轉子的軸向距離，本身在調節結構內部也設有機械限位結構，保證了兩個轉子的徑向和軸向的可靠性，杜絕了碰擦現象的發生。

3 永磁調速裝置改造方案

本改造項目具體改造方案及要求如下：①循環電機后移，重新制作混凝土基礎及二次灌漿地腳螺栓。②調整底座高度，保證電機、永磁調速裝置基礎與循環泵中心高度尺寸一致，以滿足最終安裝要求。

施工步驟如下：①拆除聯軸器連接螺栓，拆除電機/減速機聯軸器、拆除電機電纜。②按電機說明書吊裝電機至安全區域，吊裝永磁設備至安全區域。③刨除電機尾部基礎，按基礎圖施工，重新折筋制作新基礎。在原電機安裝部位的鋼梁切割開來，并切除表層部分混凝土基礎，適配永磁底座和設備中心高度。④分別將永磁主機和電機對位，開地腳孔，分別根據電機底座和永磁底座的底腳安裝孔位定位地腳螺栓，并完成地腳螺栓二次灌漿。⑤分別安裝永磁調速裝置和電機，分別做好循環泵/永磁主機聯軸器和永磁主機/電機聯軸套的對中安裝，螺栓組連接固定，確保安全、牢靠。⑥安裝執行器、控制箱及相關配件，接好電機電纜等。

4 結語

永磁調速裝置在保證穩定運行條件下，能極好地承擔循環泵節能降耗的作用。其相比變頻調速而言，具備一定的優勢，且永磁調速裝置施工較為簡單，具有廣泛的應用前景。