4E 吸收塔再循環泵變頻器節能效果評估分析

吳少飚 胡燕輝 劉 剛

（1.光大城鄉再生能源（蕭縣）有限公司，宿州 235200；2.浙江省能源集團有限公司，杭州 310000；3.浙江浙能嘉華發電有限公司，平湖 314200）

4E 吸收塔再循環泵變頻器是一種將固定轉速的電機改變為可調轉速的設備。通過改變電機輸入電源的頻率，可以控制電機的轉速，從而達到控制再循環泵流量、壓力等工藝參數的目的。在4E 吸收塔中，再循環泵的作用是將塔內的液體循環利用，提高吸收效率[1]。使用變頻器，可以精確地控制泵的流量，使其與系統的需求相匹配，避免能源浪費。光大城鄉再生能源（蕭縣）有限公司升級改造的4E 吸收塔再循環泵變頻于2022 年10 月25 日正式投入試運和自動調頻，在此過程中對其進行了試運參數收集，對自動調頻經濟性進行了分析評估。

1 變頻器性能介紹

1.1 變頻器性能參數

變頻器性能參數如表1 所示。

表1 變頻器性能參數

1.2 變頻器自動調頻功能

第一，調節被控量。設定凈煙氣SO2濃度范圍為20～30 mg·m-3。設定在某個值時，如果變頻器在運行，將自動跟蹤調節吸收塔再循環泵E 轉速，使凈煙氣SO2濃度盡量接近設定值。但變頻器自動調節可設為38～52 Hz，超過該范圍引起凈煙氣SO2濃度過低時應調低pH 值或停止其他泵，過高時則應提高pH 值或增投其他泵。

第二，調節前饋。機組負荷為200～660 MW 時，變頻器頻率對應增加0～2 Hz；脫硫進口SO2濃度為800～1 600 mg·m-3時，變頻器頻率對應增加0～2 Hz。

第三，變頻器速度指令4～20 mA 對應0～60 Hz。變頻器啟動時，初始發16.7 mA（變頻器初始頻率50 Hz）維持5 min（程控自動計時）后，方可手動調節或投自動。手動調節或自動調節的頻率調節范圍均為38～52 Hz。主要考慮過低轉速時壓力和流量低、噴嘴物化效果差，脫硫效率會受較大影響且漿液流動慢、濃度過高易堵等因素[2]。

第四，投入自動調頻后，如遇凈煙氣SO2反吹時，將會撤出變頻、自動提高頻率至50 Hz 并計時5 min。反吹結束延時5 min 后，判斷無反吹信號則將自動恢復自動調頻。利用每24 h 煙氣排放連續監測系統（Continuous Emission Monitoring System，CEMS）反吹一次的信號，自動提高頻率至50 Hz 進行高流量運行沖洗漿液噴淋管。

第五，投入自動調頻后，如遇凈煙氣SO2濃度信號失常、故障信號或標定時，則會自動撤出調頻，此時需待信號恢復、可以投自動后，再次人工投入自動調頻。

2 實驗評估

2.1 變頻器轉速對凈煙氣SO2 濃度的影響分析

為了評估4E 吸收塔再循環泵變頻器的節能效果，進行變頻器試運行，并收集和整理其運行參數，重點針對同工況下變頻器在不同轉速下對凈煙氣SO2濃度的影響，根據評估數據可以得出如下結果。

第一，各頻率下，隨著轉速上升，線圈溫度、軸承溫度均上升，但處于正常溫度范圍。60 Hz 運行1 h穩定后，線圈溫度、電機軸承溫度、泵軸承溫度、電機軸承振動、泵軸承振動均在正常范圍[3]。其中，電機軸承振動、泵軸承振動在各種轉速下基本維持無變化，故高轉速對電機的安全性影響不大，但對泵的磨損肯定存在，且葉輪離心力提高后應力增加，需要廠家確認是否可行。

第二，泵額定轉速為592 r·min-1，電機額定轉速為595 r·min-1。運行頻率為38～52 Hz 時，從實際值分析，泵出口壓力滿足噴淋管防堵需要；泵噴淋層壓強也滿足噴嘴霧化所需壓強（＞0.1 MPa），且不低于其他泵的噴淋層霧化壓強，噴嘴噴淋效果未受較大影響。

第三，頻率大于52 Hz 運行后，泵出口壓力表已不再上升，保持在0.29 MPa，電機電流也不再上升，保持在78 A 左右，同工況下凈煙氣SO2濃度未見下降。根據噴嘴廠家意見以及天地設計提供資料，噴嘴流量設計達到額定的110%時，噴嘴霧化粒徑分布和霧化效果不會受影響，更高流量下不承諾。二期機組噴嘴采用D32 的單向單頭空心噴嘴，根據泵相似理論，在轉速為660 r·min-1時即為110%流量，此時對應頻率在55 Hz。因吸收塔再循環泵為混流泵，在揚程較高區間內，其揚程隨流量變化不明顯，體現在其靜壓未再上升[4]。根據實驗室試驗結果，噴嘴壓力越高，噴嘴噴出的液體體積與液滴總表面積之比將越小（可以理解為液滴顆粒越細，總表面積越大）。液滴顆粒過細時液滴之間凝聚距離離噴嘴更遠，但噴嘴之間傘狀重疊覆蓋量也增加，對脫硫提效逐漸不明顯，即對凈煙氣SO2濃度已無影響，故頻率至53 Hz 后脫硫效能未能提高。

第四，頻率為38 Hz 運行時，其他參數不變的前提下，可以保持凈煙氣SO2基本穩定（＜1.5 mg·m-3），無大幅突升情況，說明噴嘴霧化效果仍保持，但因流量下降會使凈煙氣SO2稍有上升。

第五，在頻率低于38 Hz 運行時，泵出口壓強未見明顯變小，泵噴淋層靜壓仍有0.1 MPa。根據文獻資料，一般大于38 Hz時噴嘴目測開始有霧化和覆蓋效果，在小于38 Hz 時噴嘴霧化能力將消失。根據噴嘴廠家意見，噴頭壓強在0.07 MPa 也基本不影響傘狀覆蓋和霧化能力。但從凈煙氣SO2濃度看，影響程度已大于38 Hz 且呈現上升趨勢，增加幅度為2～3 mg·m-3，后續可保持機組負荷、原煙氣SO2濃度穩定前提下繼續觀察試驗。另外，噴嘴具體霧化效果，有待檢修機會時打開人孔門進行檢查，或采用霧滴激光檢測儀進行分析更明了。

2.2 變頻器自動調頻響應速度和跟蹤調節能力分析

自動調頻響應速度是衡量變頻器性能的重要指標之一，通過評估變頻器的自動調頻響應速度和跟蹤調節能力，可以全面了解其性能特點[5]。變頻器自動調頻響應速度和跟蹤調節能力評估結果如圖1 和圖2 所示。由此可以看出，E 泵電機轉速和電流，跟隨凈煙氣設定值自動調節，響應速度達到預期。

圖1 轉速跟隨凈煙氣設定值自動調節

圖2 電流跟隨凈煙氣設定值自動調節

3 結論

針對4E 吸收塔再循環泵變頻器節能效果評估分析，得出的主要結論如下。

第一，根據廠家和試驗平臺試驗結果，一般空心單向噴嘴最佳霧化靜壓為0.08 MPa，最小可正常霧化靜壓為0.07 MPa。

第二，從實際值分析，頻率為38～52 Hz 時，泵出口壓力滿足噴淋管防堵需要；噴淋層壓力也滿足最佳壓強（0.08 MPa），且不低于其他泵層噴淋層霧化壓強，噴嘴噴淋效果未受較大影響。頻率低于38 Hz 甚至35 Hz 也仍能滿足噴嘴最小可正常霧化壓強需要（0.07 MPa），但還需穩定工況后繼續試驗比較和確認。

第三，頻率在53 Hz 以上時，霧化效果提升但比較有限，且噴嘴噴淋傘重疊度提高，脫硫效能比并未能繼續提高，且考慮葉輪應力和磨損影響，暫不考慮該區間運行。

第四，頻率為38 Hz 時，E 泵節電量接近340 kW·h；頻率為40 Hz 時，E 泵節電量估算接近300 kW·h。頻率為53～60 Hz 時，E 泵耗電量估算略有增加。

鑒于以上試驗結果，目前暫時將調頻可用范圍設置在38～52 Hz，即遠方的手動/自動調頻可設范圍、可調范圍均暫時為38～52 Hz。轉速反饋量程、頻率輸入和反饋量程范圍均設置在0～60 Hz。