吳少飚 胡燕輝 劉 剛

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

4E 吸收塔再循環(huán)泵變頻器是一種將固定轉(zhuǎn)速的電機(jī)改變?yōu)榭烧{(diào)轉(zhuǎn)速的設(shè)備。通過(guò)改變電機(jī)輸入電源的頻率，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制再循環(huán)泵流量、壓力等工藝參數(shù)的目的。在4E 吸收塔中，再循環(huán)泵的作用是將塔內(nèi)的液體循環(huán)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(tǒng)的需求相匹配，避免能源浪費(fèi)。光大城鄉(xiāng)再生能源（蕭縣）有限公司升級(jí)改造的4E 吸收塔再循環(huán)泵變頻于2022 年10 月25 日正式投入試運(yùn)和自動(dòng)調(diào)頻，在此過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行了試運(yùn)參數(shù)收集，對(duì)自動(dòng)調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析評(píng)估。

1 變頻器性能介紹

1.1 變頻器性能參數(shù)

變頻器性能參數(shù)如表1 所示。

表1 變頻器性能參數(shù)

1.2 變頻器自動(dòng)調(diào)頻功能

第一，調(diào)節(jié)被控量。設(shè)定凈煙氣SO2濃度范圍為20～30 mg·m-3。設(shè)定在某個(gè)值時(shí)，如果變頻器在運(yùn)行，將自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)吸收塔再循環(huán)泵E 轉(zhuǎn)速，使凈煙氣SO2濃度盡量接近設(shè)定值。但變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)可設(shè)為38～52 Hz，超過(guò)該范圍引起凈煙氣SO2濃度過(guò)低時(shí)應(yīng)調(diào)低pH 值或停止其他泵，過(guò)高時(shí)則應(yīng)提高pH 值或增投其他泵。

第二，調(diào)節(jié)前饋。機(jī)組負(fù)荷為200～660 MW 時(shí)，變頻器頻率對(duì)應(yīng)增加0～2 Hz；脫硫進(jìn)口SO2濃度為800～1 600 mg·m-3時(shí)，變頻器頻率對(duì)應(yīng)增加0～2 Hz。

第三，變頻器速度指令4～20 mA 對(duì)應(yīng)0～60 Hz。變頻器啟動(dòng)時(shí)，初始發(fā)16.7 mA（變頻器初始頻率50 Hz）維持5 min（程控自動(dòng)計(jì)時(shí)）后，方可手動(dòng)調(diào)節(jié)或投自動(dòng)。手動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)調(diào)節(jié)的頻率調(diào)節(jié)范圍均為38～52 Hz。主要考慮過(guò)低轉(zhuǎn)速時(shí)壓力和流量低、噴嘴物化效果差，脫硫效率會(huì)受較大影響且漿液流動(dòng)慢、濃度過(guò)高易堵等因素[2]。

第四，投入自動(dòng)調(diào)頻后，如遇凈煙氣SO2反吹時(shí)，將會(huì)撤出變頻、自動(dòng)提高頻率至50 Hz 并計(jì)時(shí)5 min。反吹結(jié)束延時(shí)5 min 后，判斷無(wú)反吹信號(hào)則將自動(dòng)恢復(fù)自動(dòng)調(diào)頻。利用每24 h 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Continuous Emission Monitoring System，CEMS）反吹一次的信號(hào)，自動(dòng)提高頻率至50 Hz 進(jìn)行高流量運(yùn)行沖洗漿液噴淋管。

第五，投入自動(dòng)調(diào)頻后，如遇凈煙氣SO2濃度信號(hào)失常、故障信號(hào)或標(biāo)定時(shí)，則會(huì)自動(dòng)撤出調(diào)頻，此時(shí)需待信號(hào)恢復(fù)、可以投自動(dòng)后，再次人工投入自動(dòng)調(diào)頻。

2 實(shí)驗(yàn)評(píng)估

2.1 變頻器轉(zhuǎn)速對(duì)凈煙氣SO2 濃度的影響分析

為了評(píng)估4E 吸收塔再循環(huán)泵變頻器的節(jié)能效果，進(jìn)行變頻器試運(yùn)行，并收集和整理其運(yùn)行參數(shù)，重點(diǎn)針對(duì)同工況下變頻器在不同轉(zhuǎn)速下對(duì)凈煙氣SO2濃度的影響，根據(jù)評(píng)估數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)果。

第一，各頻率下，隨著轉(zhuǎn)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(yùn)行1 h穩(wěn)定后，線圈溫度、電機(jī)軸承溫度、泵軸承溫度、電機(jī)軸承振動(dòng)、泵軸承振動(dòng)均在正常范圍[3]。其中，電機(jī)軸承振動(dòng)、泵軸承振動(dòng)在各種轉(zhuǎn)速下基本維持無(wú)變化，故高轉(zhuǎn)速對(duì)電機(jī)的安全性影響不大，但對(duì)泵的磨損肯定存在，且葉輪離心力提高后應(yīng)力增加，需要廠家確認(rèn)是否可行。

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

第三，頻率大于52 Hz 運(yùn)行后，泵出口壓力表已不再上升，保持在0.29 MPa，電機(jī)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(jiàn)下降。根據(jù)噴嘴廠家意見(jiàn)以及天地設(shè)計(jì)提供資料，噴嘴流量設(shè)計(jì)達(dá)到額定的110%時(shí)，噴嘴霧化粒徑分布和霧化效果不會(huì)受影響，更高流量下不承諾。二期機(jī)組噴嘴采用D32 的單向單頭空心噴嘴，根據(jù)泵相似理論，在轉(zhuǎn)速為660 r·min-1時(shí)即為110%流量，此時(shí)對(duì)應(yīng)頻率在55 Hz。因吸收塔再循環(huán)泵為混流泵，在揚(yáng)程較高區(qū)間內(nèi)，其揚(yáng)程隨流量變化不明顯，體現(xiàn)在其靜壓未再上升[4]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)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?。梢岳斫鉃橐旱晤w粒越細(xì)，總表面積越大）。液滴顆粒過(guò)細(xì)時(shí)液滴之間凝聚距離離噴嘴更遠(yuǎn)，但噴嘴之間傘狀重疊覆蓋量也增加，對(duì)脫硫提效逐漸不明顯，即對(duì)凈煙氣SO2濃度已無(wú)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(yùn)行時(shí)，其他參數(shù)不變的前提下，可以保持凈煙氣SO2基本穩(wěn)定（＜1.5 mg·m-3），無(wú)大幅突升情況，說(shuō)明噴嘴霧化效果仍保持，但因流量下降會(huì)使凈煙氣SO2稍有上升。

第五，在頻率低于38 Hz 運(yùn)行時(shí)，泵出口壓強(qiáng)未見(jiàn)明顯變小，泵噴淋層靜壓仍有0.1 MPa。根據(jù)文獻(xiàn)資料，一般大于38 Hz時(shí)噴嘴目測(cè)開(kāi)始有霧化和覆蓋效果，在小于38 Hz 時(shí)噴嘴霧化能力將消失。根據(jù)噴嘴廠家意見(jiàn)，噴頭壓強(qiáng)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(xiàn)上升趨勢(shì)，增加幅度為2～3 mg·m-3，后續(xù)可保持機(jī)組負(fù)荷、原煙氣SO2濃度穩(wěn)定前提下繼續(xù)觀察試驗(yàn)。另外，噴嘴具體霧化效果，有待檢修機(jī)會(huì)時(shí)打開(kāi)人孔門(mén)進(jìn)行檢查，或采用霧滴激光檢測(cè)儀進(jìn)行分析更明了。

2.2 變頻器自動(dòng)調(diào)頻響應(yīng)速度和跟蹤調(diào)節(jié)能力分析

自動(dòng)調(diào)頻響應(yīng)速度是衡量變頻器性能的重要指標(biāo)之一，通過(guò)評(píng)估變頻器的自動(dòng)調(diào)頻響應(yīng)速度和跟蹤調(diào)節(jié)能力，可以全面了解其性能特點(diǎn)[5]。變頻器自動(dòng)調(diào)頻響應(yīng)速度和跟蹤調(diào)節(jié)能力評(píng)估結(jié)果如圖1 和圖2 所示。由此可以看出，E 泵電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流，跟隨凈煙氣設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度達(dá)到預(yù)期。

圖1 轉(zhuǎn)速跟隨凈煙氣設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)

圖2 電流跟隨凈煙氣設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)

3 結(jié)論

針對(duì)4E 吸收塔再循環(huán)泵變頻器節(jié)能效果評(píng)估分析，得出的主要結(jié)論如下。

第一，根據(jù)廠家和試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)結(jié)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(shí)際值分析，頻率為38～52 Hz 時(shí)，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(qiáng)（0.08 MPa），且不低于其他泵層噴淋層霧化壓強(qiáng)，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(qiáng)需要（0.07 MPa），但還需穩(wěn)定工況后繼續(xù)試驗(yàn)比較和確認(rèn)。

第三，頻率在53 Hz 以上時(shí)，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(xù)提高，且考慮葉輪應(yīng)力和磨損影響，暫不考慮該區(qū)間運(yùn)行。

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

鑒于以上試驗(yàn)結(jié)果，目前暫時(shí)將調(diào)頻可用范圍設(shè)置在38～52 Hz，即遠(yuǎn)方的手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)頻可設(shè)范圍、可調(diào)范圍均暫時(shí)為38～52 Hz。轉(zhuǎn)速反饋量程、頻率輸入和反饋量程范圍均設(shè)置在0～60 Hz。