石灰石漿液供給系統效能提升與優化

摘要：石灰石煙氣脫硫是一項工藝相對成熟的火電廠脫硫技術。現結合某電廠石灰石供漿系統運行多年來出現的一些問題，對石灰石漿液供給系統實施變頻改造，并分析了改造后取得的節能效果及改造的應用推廣價值。

關鍵詞：石灰石漿液供給系統;變頻改造;效能提升

1? ? 問題背景

SO2是燃煤火力發電廠最主要的污染物之一，采用石灰石進行煙氣脫硫并產生副產品石膏是我國大多數火電廠目前脫硫的運作方式。在火電廠中，石灰石漿液供給系統的作用是將石灰石漿液箱里的漿液輸送到吸收塔，其穩定性直接影響了脫硫系統的運行，是火電廠脫硫系統的重要組成部分。某電廠每臺1 000 MW機組脫硫配備有石灰石漿液供給泵兩臺，正常工況下一臺運行一臺備用，當系統輸送漿液時石灰石漿液供給泵在工頻50 Hz下運行，由運行人員根據后臺DCS邏輯自動計算的補漿量數據調節供漿調門的開度，以此來控制輸出至吸收塔的漿液量大小。石灰石漿液供給泵電動機始終工頻運行，負載很大，對管道的磨損和壓力很大，使得調門、泵和電動機的壽命大大縮短。同時，供漿調門在調節開度時因受到漿液的沖擊較大而極易損壞，調門損壞后，漿液流量將處于不可控的狀態，對檢修的及時性有很高的要求。此外，石灰石漿液供給泵電動機長時間工頻運行，耗電量大，提高了廠用電率，不符合安健環的要求。

2? ? 改造過程

鑒于上述石灰石漿液供給泵工頻運行出現的種種問題，借鑒其他電動機加裝變頻器后取得的良好效果，對石灰石漿液供給系統進行變頻改造處理，對供漿調門只進行全開或全關操作，不使用時將調門全關，正常工作時將調門全開，而不再進行調門開度的調節，直接由變頻器給定頻率來調整石灰石漿液供給泵的輸出，頻率由運行人員在后臺DCS根據所需補漿量進行給定，以滿足實際需要。原供漿調門保留，作為供漿量調整備用方案，防止因為變頻器損壞等原因造成調頻控制失效而影響石灰石供漿系統的正常運行。

具體改造過程如下：在石灰石漿液供給泵電動機平臺增設控制箱，控制箱中裝設變頻器，由變頻器來控制電動機運行，考慮到運行中的變頻器會產生大量熱能，尤其是變頻器還處于控制箱這種密閉空間中，在變頻器輸出頻率較高時溫升明顯，可能使變頻器過溫跳閘，因此散熱問題值得關注。在控制箱一側的上下間隔一定距離各開一個槽，每個槽各安裝一個風扇，下槽用于進風，上槽用于出風，配合變頻器自身底部的風扇將控制箱內的熱量帶出。石灰石漿液供給泵由變頻器控制電動機進行軟啟動，頻率從0開始經設定的加速曲線增至提前設定的頻率，緩慢上升的頻率使轉速緩慢增加，不僅減少了啟動瞬間對泵體的沖擊，也起到了保護電動機的作用。運行中通過改變變頻器的頻率來改變石灰石漿液供給泵電動機的轉速，進而改變輸出至吸收塔的漿液量。

控制回路方面，原石灰石漿液供給泵電動機控制回路只有啟動和停止，保護配置僅有塑殼開關脫扣器。加裝變頻器后需對石灰石漿液供給泵電動機控制回路進行相應改造，增加頻率給定控制線用于下發所需的頻率指令，增加電流反饋和頻率反饋控制線用于運行人員監控，增加故障信號控制線用于讓監盤人員及時發現故障情況，這不僅實現了電動機電流和頻率的同步上送，便于DCS對頻率的給定和反饋進行對比，穩定控制頻率，也便于運行人員監控其運行情況。在保護配置方面，在變頻器中設置過載、堵轉、接地等保護，與塑殼開關脫扣器只能單一地反應過流故障相比，配置更加完善，能夠更好地反應各種不同的故障情況，記錄故障數據，使得檢修工作人員在現場處理時能夠更直觀地查明故障原因，減少缺陷處理時間，使故障設備盡快恢復正常運行。

3? ? 節能效果分析

由于石灰石漿液供給泵改用變頻控制，泵的輸出僅依靠變頻器給定頻率來調整，與改造前相比，減少了調門調節漿液流量時由于調門沒有全開而給石灰石漿液供給泵和其電動機帶來的額外負載，因此大大降低了電能損耗。

如圖1所示，通過調取后臺DCS截取的石灰石漿液供給泵電動機電流曲線圖進行分析，圖1左側區域為改造前石灰石漿液供給泵電動機電流曲線，右側區域為改造后石灰石漿液供給泵電動機電流曲線，容易得出兩點結論：第一，電流曲線的尖峰代表每次啟動石灰石漿液供給泵時電動機電流的最大值，左側電流曲線的尖峰明顯高于右側，說明改造前的啟動電流均大于改造后的，對設備的沖擊更大;第二，由波形可見，左側區域電流穩定值明顯高于右側區域，可初步判斷改造后石灰石漿液供給泵電動機運行電流相比于改造前有所減小。

由于石灰石漿液供給泵電動機運行電流大小與泵的輸出直接相關，泵的輸出大小可體現為漿液流量的不同，即可以由漿液流量的大小來判斷泵的輸出大小。為進一步分析經過變頻改造后電能損耗的降低情況，通過后臺DCS獲得改造前工頻運行工況和改造后變頻運行工況下達到相同流量時石灰石漿液供給泵電動機的電流數據，按照漿液流量從低到高排列，選取8種供漿流量工況下的電動機電流，基本能涵蓋該電廠石灰石漿液供給系統正常運行中出現的各種情況，如圖2所示。

由圖2中的數據可得，改造前8種運行工況下電動機平均電流為85.767 4 A，改造后8種運行工況下電動機平均電流為58.387 8 A，計算得改造后8種工況下電動機電流平均下降32%。實際上，由圖2可明顯看出，在漿液流量較小時，圖中淺灰色柱體（即變頻運行電流）比深灰色柱體（即工頻運行電流）短更多，即表明在中低負荷下（即漿液流量較小時）變頻運行比工頻運行的電動機電流下降更明顯，節能效果更加顯著。

按變頻運行時電動機電流平均下降32%計算，變頻運行一天可節省電量：

式中：0.85為石灰石漿液供給泵電動機的功率因數。

根據該電廠石灰石漿液供給泵的實際運行情況，按一年大概運行10個月時間計算，可節省電量：

即一年約可節省電量11萬kWh，結合每年的實際運行情況，石灰石漿液供給泵大多數情況下在中低負荷工況下運行，考慮到在中低負荷下變頻運行的節能效果更加明顯，故實施改造后運行一年可節省電量遠超11萬kWh，效能提升效果十分可觀。

4? ? 結語

某電廠根據石灰石漿液供給系統工頻運行多年來出現過的一些問題，結合實際，對石灰石漿液供給泵電動機進行了變頻改造處理，并對控制回路進行了相應改造和優化，最后分析計算了變頻改造達到的效能提升效果。變頻運行的石灰石漿液供給泵，更能適應生產實際的需要，切實提高了石灰石漿液供給系統的可靠性，同時大大降低了耗電量，效能提升效果顯著。對石灰石漿液供給泵實施變頻改造，不僅有利于對泵和供漿調門的保護，延長設備的使用壽命，而且在節能降耗方面能夠取得卓越的成效，具有可觀的收益，因而具有一定的實踐價值和推廣意義。

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：陳昱昕（1994—），男，廣東汕頭人，助理工程師，從事繼電保護方面的工作。