漿液循環泵變頻改造方案探討

位凱娜

（北京綠碳眾誠環境科技有限公司，北京101100）

0 引 言

隨著環境和節能減排政策的要求，火電廠脫硫系統的運行越來越受到重視。目前某企業2×300 MW 亞臨界循環流化床機組工程脫硫裝置，在脫硫運行過程中，石灰石-石膏漿液循環量需要根據機組運行負荷、煙氣參數的變化進行調整。

企業煙氣入口SO2濃度短時間內在1 000 ~3 500 mg/Nm3波動，且沒有規律性。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55%的，本項目要求出口SO2濃度<25 mg/Nm3，現場運行保證出口SO2濃度在20~25 mg/Nm3為最佳運行結果，占比卻只有3%，因實際運行入口SO2濃度的無規律波動，現場為保證出口SO2濃度達標排放，長期保持較高的漿液循環量，導致出口SO2濃度過低，造成能耗的增加。企業機組負荷200~250 MW 占比51%，負荷250~300 MW 負荷占比35%，負荷150~200 MW 負荷占比14%。

本項目存在入口SO2濃度值波動比較大的狀況，且SO2濃度值波動沒有規律，隨機性較強，為確保出口SO2濃度值達到環保要求，現場常開3臺漿液循環泵，導致漿液循環量余量過大，引起出口SO2濃度值過低甚至出現零值的現象?，F場通過起停漿液循環泵進行調節，此種調節方法導致漿液循環量不夠或余量大的問題，同時運行費用較高。

鑒于以上分析，通過增設變頻裝置改變電機轉速，調節漿液循環泵的轉速和流量，進而實現節能降耗的目的，同時提高設備及系統的穩定性和自動化程度。

1 改造方案

1.1 工藝方案

1.1.1 工藝計算

通過參考其他4 個分公司漿液循環泵變頻改造的運行參數，4 個分公司現場運行變頻范圍基本都在40~50 Hz，故本項目漿液循環泵變頻范圍取40~50 Hz 進行計算比較分析。本方案按設計漿液pH為5.2~5.5 進行討論計算，現場可以根據運行效果微調pH 以達到最佳運行工況。

漿液循環泵在45~50 Hz 變頻范圍內噴嘴背壓不小于0.05 MPa，滿足噴嘴壓力要求。具體變頻調頻范圍根據現場實際操作效果調整。本方案按40~50 Hz 進行分析討論。

1.1.2 變頻可行性分析

1.1.2.1 運行數據分析

以1#機組現場實際運行工況為參考，分析不同負荷，不同入口SO2濃度下的運行數據，并與設計值進行對比，以此分析4 臺循環泵ABCD 的運行狀況。

機組在負荷170 MW 以下，入口SO2濃度值1 000 ~ 2 350 mg/Nm3時，開啟一大一小2 臺漿液循環泵，可保證出口SO2濃度達到25 mg/Nm3以下。由設計計算值得知，在負荷＞170 MW，入口SO2濃度＞2 350 mg/Nm3時，開啟一大一小2 臺漿液循環泵將不能確保出口SO2濃度到25 mg/Nm3以下。所以在負荷＞170 MW，入口SO2濃度＞2 350 mg/Nm3時，現場常開3 臺泵運行。

由現場數據可知，運行過程開啟漿液循環泵ABD 可以保證負荷290 MW，入口SO2濃度3 000 mg/Nm3時，出口SO2濃度達到25 mg/Nm3以下，可知漿液循環泵ABD 組合適應負荷范圍及入口SO2濃度范圍較廣。相同負荷、相同入口SO2濃度時，運行漿液循環泵ABC 相對運行漿液循環泵ABD 泵最終出口SO2濃度要高，所以漿液循環泵ABD 搭配運行脫硫效率>漿液循環泵ABC 搭配運行脫硫效率。然而運行漿液循環泵ABD 時出口SO2濃度過低，造成了能耗的增加，因此有必要對漿液循環泵進行變頻改造。變頻改造不僅降低能耗同時滿足入口SO2濃度的隨機波動。保證出口SO2濃度既不過低也不出現超標，最終達到節能目的。

1.1.2.2 現場實際運行電流分析

選取在負荷為250 和230 MW 條件下，開啟不同循環泵時現場運行電流數值進行分析。當4 臺漿液循環泵同時運行時，漿液循環泵A 的運行電流，較運行3 臺或2 臺漿液循環泵時明顯降低，說明實際運行過程漿液循環泵A 被搶流現象較嚴重，因此漿液循環泵A 不宜作為變頻泵。同流量漿液循環泵中對應噴淋層高度相對較高的漿液循環泵，液氣接觸時間相對較長吸收效果更好，因此選擇漿液循環泵B 或D 中的1 臺泵進行改造。漿液循環泵D 對應噴淋層在最頂層，流量較低調頻范圍較小，節能效果不明顯，且在噴嘴背壓較低霧化得不到保證時，漿液循環泵D 對應噴淋層液流會破壞下層噴淋層霧化效果，導致煙氣逃逸。而漿液循環泵B為大流量，大功率泵，選擇B 泵作為調頻泵，節能效果優于D 泵，故建議選擇漿液循環泵B 進行變頻改造方案最優。

1.1.2.3 功率數據分析

當頻率為45 Hz 與50 Hz 時，1#機組運行軸功率數據見表1。

表1 1#機組運行軸功率數據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泵B功率較工頻條件下在4 臺泵中差值最大，說明對B泵進行變頻改造節能效果最明顯。

1.2 變頻數據分析

現場漿液循環泵ABD 為常開泵，工藝計算分析此條件下變頻數據。

（1） 在負荷250 MW，煙氣量950 000 Nm3/h（標態、干基、6%O2），并保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3條件下，針對此負荷下不同頻率對應不同入口SO2濃度，漿液循環泵B 從40 Hz 變頻到50 Hz 過程計算數據進行分析比較。

在負荷250 MW，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環泵B 變頻在40 Hz 時，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，可以保證入口SO2濃度為2 550 mg/Nm3，在頻率47 Hz 時可以保證入口SO2濃度為2 650 mg/Nm3的條件。漿液循環泵B 在工頻條件下運行時，可保證入口SO2濃度為2 700 mg/Nm3。相同入口SO2濃度時，變頻運行較工頻運行循環泵電流明顯降低，且可以隨時調節頻率滿足現場入口SO2濃度波動。頻率降低1 Hz，對應入口SO2濃度降低50 mg/Nm3，而電流降低4 A 左右。所以，變頻改造后運行能耗降低，同時可以提高設備及系統的穩定性和自動化程度。

（2） 負荷270 MW，煙氣量982 000 Nm3/h，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3，針對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 條件計算數據進行分析比較。

在負荷為270 MW，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環泵B 變頻至40 Hz 時，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。在頻率調整至44 Hz 時，可以保證入口SO2濃度2 500 mg/Nm3的條件，在頻率調整至49 Hz 時，可以保證入口SO2濃度2 600 mg/Nm3的條件。變頻運行較工頻運行循環泵功率、電流明顯降低，且可以隨時調節頻率以滿足現場入口SO2濃度的隨機波動，大大降低了能耗。因此，變頻改造后運行能耗明顯降低。

（3） 負荷290 MW，煙氣量1 030 000 Nm3/h（標態、干基、6%O2） AB（變頻） D 泵運行，保證出口SO2濃度<25 mg/Nm3的條件下，漿液循環泵B 變頻在40 Hz 時，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 時可以保證入口SO2濃度2 350 mg/Nm3的條件，循環泵B 在工頻條件下運行時，可達到入口SO2濃度2 400 mg/Nm3。變頻較工頻條件循環泵功率、電流明顯降低，且可以隨時調節頻率滿足現場入口SO2濃度波動。所以，變頻改造后運行能耗降低，同時提高設備及系統的穩定性和自動化程度。

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，在負荷300 MW 時， 2 100 mg/Nm3< 入口SO2濃度<3 000 mg/Nm3，開啟4 臺漿液循環泵AB（45 Hz） CD 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求；在負荷250 MW 時，2 800 mg/Nm3<入口SO2濃度<3 000 mg/Nm3，開啟4 臺漿液循環泵AB（45 Hz）CD 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求，2 100 mg/Nm3<入口SO2濃度< 2 700 mg/Nm3，開啟3 臺漿液循環泵AB（45 Hz） C/B（45 Hz） CD 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求；1 000 mg/Nm3< 入口SO2濃度<1 500 mg/Nm3，開啟2 臺漿液循環泵B（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求；在負荷150 MW 時，2 800 mg/Nm3< 入口SO2濃度< 3 000 mg/Nm3，開啟B（45 Hz） CD / AB（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求，2 200 mg/Nm3<入口SO2濃度<2 700 mg/Nm3，開啟AB（45 Hz） 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求，1 000 mg/Nm3<入口SO2濃度<2 100 mg/Nm3，開啟B（45 Hz） C 即可滿足出口SO2濃度環保排放要求。由于設計pH 為5.2，而現場實際運行pH 為5.6 左右，因此在較高pH 條件下對泵的組合現場可以根據運行情況進行調整。

250 MW 負荷ABD、ABC 和BCD 頻率對應入口SO2如圖1 所示。

圖1 250 MW 負荷ABD、ABC 和BCD 頻率對應入口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荷條件下漿液循環泵AB（變頻） D 組合效率明顯優于漿液循環泵B（變頻）CD 組合，漿液循環泵B（變頻） CD 組合明顯優于漿液循環泵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，適應范圍更廣。模擬工況運行要優于理論設計計算條件，因此現場實際運行時可調范圍更廣。

3 結 語

針對企業運行中入口SO2濃度不穩定且變化隨機性較強的情況，經過對運行數據及變頻計算數據的分析比較，可以得出結論，對漿液循環泵B 進行變頻改造可以達到節能降耗的目的。計算漿液循環泵變頻范圍為45~50 Hz，具體變頻值可以根據現場實際運行效果實時調整。