漿液循環(huán)泵變頻改造方案探討

位凱娜

（北京綠碳眾誠(chéng)環(huán)境科技有限公司，北京101100）

0 引 言

隨著環(huán)境和節(jié)能減排政策的要求，火電廠脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行越來(lái)越受到重視。目前某企業(yè)2×300 MW 亞臨界循環(huán)流化床機(jī)組工程脫硫裝置，在脫硫運(yùn)行過(guò)程中，石灰石-石膏漿液循環(huán)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。

企業(yè)煙氣入口SO2濃度短時(shí)間內(nèi)在1 000 ~3 500 mg/Nm3波動(dòng)，且沒(méi)有規(guī)律性。入口SO2濃度主要集中在1 000 ~ 1 500 mg/Nm3和1 500 ~2 000 mg/Nm3。出口SO2濃度<5 mg/Nm3的占比高達(dá)55%的，本項(xiàng)目要求出口SO2濃度<25 mg/Nm3，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行保證出口SO2濃度在20~25 mg/Nm3為最佳運(yùn)行結(jié)果，占比卻只有3%，因?qū)嶋H運(yùn)行入口SO2濃度的無(wú)規(guī)律波動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)為保證出口SO2濃度達(dá)標(biāo)排放，長(zhǎng)期保持較高的漿液循環(huán)量，導(dǎo)致出口SO2濃度過(guò)低，造成能耗的增加。企業(yè)機(jī)組負(fù)荷200~250 MW 占比51%，負(fù)荷250~300 MW 負(fù)荷占比35%，負(fù)荷150~200 MW 負(fù)荷占比14%。

本項(xiàng)目存在入口SO2濃度值波動(dòng)比較大的狀況，且SO2濃度值波動(dòng)沒(méi)有規(guī)律，隨機(jī)性較強(qiáng)，為確保出口SO2濃度值達(dá)到環(huán)保要求，現(xiàn)場(chǎng)常開(kāi)3臺(tái)漿液循環(huán)泵，導(dǎo)致漿液循環(huán)量余量過(guò)大，引起出口SO2濃度值過(guò)低甚至出現(xiàn)零值的現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)起停漿液循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，此種調(diào)節(jié)方法導(dǎo)致漿液循環(huán)量不夠或余量大的問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用較高。

鑒于以上分析，通過(guò)增設(shè)變頻裝置改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)漿液循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速和流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，同時(shí)提高設(shè)備及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度。

1 改造方案

1.1 工藝方案

1.1.1 工藝計(jì)算

通過(guò)參考其他4 個(gè)分公司漿液循環(huán)泵變頻改造的運(yùn)行參數(shù)，4 個(gè)分公司現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行變頻范圍基本都在40~50 Hz，故本項(xiàng)目漿液循環(huán)泵變頻范圍取40~50 Hz 進(jìn)行計(jì)算比較分析。本方案按設(shè)計(jì)漿液pH為5.2~5.5 進(jìn)行討論計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)運(yùn)行效果微調(diào)pH 以達(dá)到最佳運(yùn)行工況。

漿液循環(huán)泵在45~50 Hz 變頻范圍內(nèi)噴嘴背壓不小于0.05 MPa，滿足噴嘴壓力要求。具體變頻調(diào)頻范圍根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作效果調(diào)整。本方案按40~50 Hz 進(jìn)行分析討論。

1.1.2 變頻可行性分析

1.1.2.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

以1#機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況為參考，分析不同負(fù)荷，不同入口SO2濃度下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，以此分析4 臺(tái)循環(huán)泵ABCD 的運(yùn)行狀況。

機(jī)組在負(fù)荷170 MW 以下，入口SO2濃度值1 000 ~ 2 350 mg/Nm3時(shí)，開(kāi)啟一大一小2 臺(tái)漿液循環(huán)泵，可保證出口SO2濃度達(dá)到25 mg/Nm3以下。由設(shè)計(jì)計(jì)算值得知，在負(fù)荷＞170 MW，入口SO2濃度＞2 350 mg/Nm3時(shí)，開(kāi)啟一大一小2 臺(tái)漿液循環(huán)泵將不能確保出口SO2濃度到25 mg/Nm3以下。所以在負(fù)荷＞170 MW，入口SO2濃度＞2 350 mg/Nm3時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)常開(kāi)3 臺(tái)泵運(yùn)行。

由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行過(guò)程開(kāi)啟漿液循環(huán)泵ABD 可以保證負(fù)荷290 MW，入口SO2濃度3 000 mg/Nm3時(shí)，出口SO2濃度達(dá)到25 mg/Nm3以下，可知漿液循環(huán)泵ABD 組合適應(yīng)負(fù)荷范圍及入口SO2濃度范圍較廣。相同負(fù)荷、相同入口SO2濃度時(shí)，運(yùn)行漿液循環(huán)泵ABC 相對(duì)運(yùn)行漿液循環(huán)泵ABD 泵最終出口SO2濃度要高，所以漿液循環(huán)泵ABD 搭配運(yùn)行脫硫效率>漿液循環(huán)泵ABC 搭配運(yùn)行脫硫效率。然而運(yùn)行漿液循環(huán)泵ABD 時(shí)出口SO2濃度過(guò)低，造成了能耗的增加，因此有必要對(duì)漿液循環(huán)泵進(jìn)行變頻改造。變頻改造不僅降低能耗同時(shí)滿足入口SO2濃度的隨機(jī)波動(dòng)。保證出口SO2濃度既不過(guò)低也不出現(xiàn)超標(biāo)，最終達(dá)到節(jié)能目的。

1.1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行電流分析

選取在負(fù)荷為250 和230 MW 條件下，開(kāi)啟不同循環(huán)泵時(shí)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電流數(shù)值進(jìn)行分析。當(dāng)4 臺(tái)漿液循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，漿液循環(huán)泵A 的運(yùn)行電流，較運(yùn)行3 臺(tái)或2 臺(tái)漿液循環(huán)泵時(shí)明顯降低，說(shuō)明實(shí)際運(yùn)行過(guò)程漿液循環(huán)泵A 被搶流現(xiàn)象較嚴(yán)重，因此漿液循環(huán)泵A 不宜作為變頻泵。同流量漿液循環(huán)泵中對(duì)應(yīng)噴淋層高度相對(duì)較高的漿液循環(huán)泵，液氣接觸時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)吸收效果更好，因此選擇漿液循環(huán)泵B 或D 中的1 臺(tái)泵進(jìn)行改造。漿液循環(huán)泵D 對(duì)應(yīng)噴淋層在最頂層，流量較低調(diào)頻范圍較小，節(jié)能效果不明顯，且在噴嘴背壓較低霧化得不到保證時(shí)，漿液循環(huán)泵D 對(duì)應(yīng)噴淋層液流會(huì)破壞下層噴淋層霧化效果，導(dǎo)致煙氣逃逸。而漿液循環(huán)泵B為大流量，大功率泵，選擇B 泵作為調(diào)頻泵，節(jié)能效果優(yōu)于D 泵，故建議選擇漿液循環(huán)泵B 進(jìn)行變頻改造方案最優(yōu)。

1.1.2.3 功率數(shù)據(jù)分析

當(dāng)頻率為45 Hz 與50 Hz 時(shí)，1#機(jī)組運(yùn)行軸功率數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 1#機(jī)組運(yùn)行軸功率數(shù)據(jù)Table 1 1#Power data of unit operating shaft

由表1 可以看出，變頻條件下漿液循環(huán)泵B功率較工頻條件下在4 臺(tái)泵中差值最大，說(shuō)明對(duì)B泵進(jìn)行變頻改造節(jié)能效果最明顯。

1.2 變頻數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)漿液循環(huán)泵ABD 為常開(kāi)泵，工藝計(jì)算分析此條件下變頻數(shù)據(jù)。

（1） 在負(fù)荷250 MW，煙氣量950 000 Nm3/h（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），并保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3條件下，針對(duì)此負(fù)荷下不同頻率對(duì)應(yīng)不同入口SO2濃度，漿液循環(huán)泵B 從40 Hz 變頻到50 Hz 過(guò)程計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

在負(fù)荷250 MW，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環(huán)泵B 變頻在40 Hz 時(shí)，只能保證入口SO2濃度為2 400 mg/Nm3。隨著頻率的增加保證入口SO2濃度值逐漸增加。在45 Hz時(shí)，可以保證入口SO2濃度為2 550 mg/Nm3，在頻率47 Hz 時(shí)可以保證入口SO2濃度為2 650 mg/Nm3的條件。漿液循環(huán)泵B 在工頻條件下運(yùn)行時(shí)，可保證入口SO2濃度為2 700 mg/Nm3。相同入口SO2濃度時(shí)，變頻運(yùn)行較工頻運(yùn)行循環(huán)泵電流明顯降低，且可以隨時(shí)調(diào)節(jié)頻率滿足現(xiàn)場(chǎng)入口SO2濃度波動(dòng)。頻率降低1 Hz，對(duì)應(yīng)入口SO2濃度降低50 mg/Nm3，而電流降低4 A 左右。所以，變頻改造后運(yùn)行能耗降低，同時(shí)可以提高設(shè)備及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度。

（2） 負(fù)荷270 MW，煙氣量982 000 Nm3/h，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3，針對(duì)此工況下不同頻率不同入口SO2濃度，B 泵從40 Hz 變頻到49 Hz 條件計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

在負(fù)荷為270 MW，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環(huán)泵B 變頻至40 Hz 時(shí)，只能保證入口SO2濃度2 400 mg/Nm3的條件。隨著頻率的增加，入口SO2濃度值可以逐漸增加。在頻率調(diào)整至44 Hz 時(shí)，可以保證入口SO2濃度2 500 mg/Nm3的條件，在頻率調(diào)整至49 Hz 時(shí)，可以保證入口SO2濃度2 600 mg/Nm3的條件。變頻運(yùn)行較工頻運(yùn)行循環(huán)泵功率、電流明顯降低，且可以隨時(shí)調(diào)節(jié)頻率以滿足現(xiàn)場(chǎng)入口SO2濃度的隨機(jī)波動(dòng)，大大降低了能耗。因此，變頻改造后運(yùn)行能耗明顯降低。

（3） 負(fù)荷290 MW，煙氣量1 030 000 Nm3/h（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2） AB（變頻） D 泵運(yùn)行，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環(huán)泵B 變頻在40 Hz 時(shí)，只能保證入口SO2濃度<2 250 mg/Nm3的條件，隨著頻率的增加可保證入口SO2濃度值逐漸增加，在44 Hz 條件下可以保證入口SO2濃度2 300 mg/Nm3的條件，在頻率48 Hz 時(shí)可以保證入口SO2濃度2 350 mg/Nm3的條件，循環(huán)泵B 在工頻條件下運(yùn)行時(shí)，可達(dá)到入口SO2濃度2 400 mg/Nm3。變頻較工頻條件循環(huán)泵功率、電流明顯降低，且可以隨時(shí)調(diào)節(jié)頻率滿足現(xiàn)場(chǎng)入口SO2濃度波動(dòng)。所以，變頻改造后運(yùn)行能耗降低，同時(shí)提高設(shè)備及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度。

2 不同泵的組合比較分析

建議泵的搭配分析探討，B 泵頻率在45 Hz 條件下，在負(fù)荷300 MW 時(shí)， 2 100 mg/Nm3< 入口SO2濃度<3 000 mg/Nm3，開(kāi)啟4 臺(tái)漿液循環(huán)泵AB（45 Hz） CD 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求；在負(fù)荷250 MW 時(shí)，2 800 mg/Nm3<入口SO2濃度<3 000 mg/Nm3，開(kāi)啟4 臺(tái)漿液循環(huán)泵AB（45 Hz）CD 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求，2 100 mg/Nm3<入口SO2濃度< 2 700 mg/Nm3，開(kāi)啟3 臺(tái)漿液循環(huán)泵AB（45 Hz） C/B（45 Hz） CD 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求；1 000 mg/Nm3< 入口SO2濃度<1 500 mg/Nm3，開(kāi)啟2 臺(tái)漿液循環(huán)泵B（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求；在負(fù)荷150 MW 時(shí)，2 800 mg/Nm3< 入口SO2濃度< 3 000 mg/Nm3，開(kāi)啟B（45 Hz） CD / AB（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求，2 200 mg/Nm3<入口SO2濃度<2 700 mg/Nm3，開(kāi)啟AB（45 Hz） 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求，1 000 mg/Nm3<入口SO2濃度<2 100 mg/Nm3，開(kāi)啟B（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環(huán)保排放要求。由于設(shè)計(jì)pH 為5.2，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行pH 為5.6 左右，因此在較高pH 條件下對(duì)泵的組合現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。

250 MW 負(fù)荷ABD、ABC 和BCD 頻率對(duì)應(yīng)入口SO2如圖1 所示。

圖1 250 MW 負(fù)荷ABD、ABC 和BCD 頻率對(duì)應(yīng)入口SO2Fig.1 250 MW load ABD,ABC,BCD frequencies correspond to inlet SO2

由圖1 可以看出，模擬工況pH 為5.6 左右，模擬工況曲線在相同負(fù)荷條件下漿液循環(huán)泵AB（變頻） D 組合效率明顯優(yōu)于漿液循環(huán)泵B（變頻）CD 組合，漿液循環(huán)泵B（變頻） CD 組合明顯優(yōu)于漿液循環(huán)泵AB（變頻） C 組合，同一頻率AB（變頻） D 可以保證更高的入口SO2濃度，適應(yīng)范圍更廣。模擬工況運(yùn)行要優(yōu)于理論設(shè)計(jì)計(jì)算條件，因此現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)可調(diào)范圍更廣。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)企業(yè)運(yùn)行中入口SO2濃度不穩(wěn)定且變化隨機(jī)性較強(qiáng)的情況，經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)及變頻計(jì)算數(shù)據(jù)的分析比較，可以得出結(jié)論，對(duì)漿液循環(huán)泵B 進(jìn)行變頻改造可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。計(jì)算漿液循環(huán)泵變頻范圍為45~50 Hz，具體變頻值可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行效果實(shí)時(shí)調(diào)整。