位凱娜

（北京綠碳眾誠環(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)的運行越來越受到重視。目前某企業(yè)2×300 MW 亞臨界循環(huán)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(huán)量需要根據(jù)機組運行負荷、煙氣參數(shù)的變化進行調整。

企業(yè)煙氣入口SO2濃度短時間內(nèi)在1 000 ~3 500 mg/Nm3波動，且沒有規(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55%的，本項目要求出口SO2濃度<25 mg/Nm3，現(xiàn)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(guī)律波動，現(xiàn)場為保證出口SO2濃度達標排放，長期保持較高的漿液循環(huán)量，導致出口SO2濃度過低，造成能耗的增加。企業(yè)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(guī)律，隨機性較強，為確保出口SO2濃度值達到環(huán)保要求，現(xiàn)場常開3臺漿液循環(huán)泵，導致漿液循環(huán)量余量過大，引起出口SO2濃度值過低甚至出現(xiàn)零值的現(xiàn)象?，F(xiàn)場通過起停漿液循環(huán)泵進行調節(jié)，此種調節(jié)方法導致漿液循環(huán)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(jié)漿液循環(huán)泵的轉速和流量，進而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，同時提高設備及系統(tǒng)的穩(wěn)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(huán)泵變頻改造的運行參數(shù)，4 個分公司現(xiàn)場運行變頻范圍基本都在40~50 Hz，故本項目漿液循環(huán)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(xiàn)場可以根據(jù)運行效果微調pH 以達到最佳運行工況。

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。具體變頻調頻范圍根據(jù)現(xiàn)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(shù)據(jù)分析

以1#機組現(xiàn)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(shù)據(jù)，并與設計值進行對比，以此分析4 臺循環(huán)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(huán)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(huán)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(xiàn)場常開3 臺泵運行。

由現(xiàn)場數(shù)據(jù)可知，運行過程開啟漿液循環(huán)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(huán)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(huán)泵ABC 相對運行漿液循環(huán)泵ABD 泵最終出口SO2濃度要高，所以漿液循環(huán)泵ABD 搭配運行脫硫效率>漿液循環(huán)泵ABC 搭配運行脫硫效率。然而運行漿液循環(huán)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(huán)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(xiàn)超標，最終達到節(jié)能目的。

1.1.2.2 現(xiàn)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(huán)泵時現(xiàn)場運行電流數(shù)值進行分析。當4 臺漿液循環(huán)泵同時運行時，漿液循環(huán)泵A 的運行電流，較運行3 臺或2 臺漿液循環(huán)泵時明顯降低，說明實際運行過程漿液循環(huán)泵A 被搶流現(xiàn)象較嚴重，因此漿液循環(huán)泵A 不宜作為變頻泵。同流量漿液循環(huán)泵中對應噴淋層高度相對較高的漿液循環(huán)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(huán)泵B 或D 中的1 臺泵進行改造。漿液循環(huán)泵D 對應噴淋層在最頂層，流量較低調頻范圍較小，節(jié)能效果不明顯，且在噴嘴背壓較低霧化得不到保證時，漿液循環(huán)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(huán)泵B為大流量，大功率泵，選擇B 泵作為調頻泵，節(jié)能效果優(yōu)于D 泵，故建議選擇漿液循環(huán)泵B 進行變頻改造方案最優(yōu)。

1.1.2.3 功率數(shù)據(jù)分析

當頻率為45 Hz 與50 Hz 時，1#機組運行軸功率數(shù)據(jù)見表1。

表1 1#機組運行軸功率數(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 臺泵中差值最大，說明對B泵進行變頻改造節(jié)能效果最明顯。

1.2 變頻數(shù)據(jù)分析

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

（1） 在負荷250 MW，煙氣量950 000 Nm3/h（標態(tài)、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(huán)泵B 從40 Hz 變頻到50 Hz 過程計算數(shù)據(jù)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(huán)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(huán)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(huán)泵電流明顯降低，且可以隨時調節(jié)頻率滿足現(xiàn)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(tǒng)的穩(wěn)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(shù)據(jù)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(huán)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(huán)泵功率、電流明顯降低，且可以隨時調節(jié)頻率以滿足現(xiàn)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(tài)、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(huán)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(huán)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(huán)泵功率、電流明顯降低，且可以隨時調節(jié)頻率滿足現(xiàn)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(tǒng)的穩(wěn)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(huán)泵AB（45 Hz） CD 即可滿足出口SO2濃度環(huán)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(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，開啟3 臺漿液循環(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，開啟2 臺漿液循環(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(huán)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(huán)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(huán)保排放要求。由于設計pH 為5.2，而現(xiàn)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(xiàn)場可以根據(jù)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(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，適應范圍更廣。模擬工況運行要優(yōu)于理論設計計算條件，因此現(xiàn)場實際運行時可調范圍更廣。

3 結 語

針對企業(yè)運行中入口SO2濃度不穩(wěn)定且變化隨機性較強的情況，經(jīng)過對運行數(shù)據(jù)及變頻計算數(shù)據(jù)的分析比較，可以得出結論，對漿液循環(huán)泵B 進行變頻改造可以達到節(jié)能降耗的目的。計算漿液循環(huán)泵變頻范圍為45~50 Hz，具體變頻值可以根據(jù)現(xiàn)場實際運行效果實時調整。