脫硫氧化風(fēng)機(jī)的變頻改造和控制研究

摘要：脫硫氧化風(fēng)機(jī)的能耗較大，對(duì)于不同工作情況來說所需的運(yùn)行方式也存在一定區(qū)別，根據(jù)實(shí)際中不同工況下的脫硫量與氧化風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造具有十分重大的意義。文章以脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造需求為切入點(diǎn)，針對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造方案進(jìn)行了論述，最后就脫硫氧化風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果和控制進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：脫硫氧化風(fēng)機(jī)；變頻改造；變頻控制；脫硫量；節(jié)能效果 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X701 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.020

脫硫氧化風(fēng)機(jī)主要被運(yùn)用在火力發(fā)電廠中，其最主要的目的就是實(shí)現(xiàn)電廠煙氣脫硫降耗，對(duì)于電廠發(fā)電工作具有很重要的作用。對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造是實(shí)際工作不斷發(fā)展進(jìn)步的需求，其應(yīng)該根據(jù)電廠用煤含硫量、脫硫量及脫硫速率等實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行變頻方案設(shè)計(jì)，再結(jié)合現(xiàn)有氧化風(fēng)機(jī)的基本性能特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行變頻改造，實(shí)現(xiàn)脫硫過程的變頻控制。

1 脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造的問題

脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造的問題由來已久，其最主要的原因是傳統(tǒng)的脫硫氧化風(fēng)機(jī)能耗過高，給電廠帶來了較大的能耗負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對(duì)于脫硫裝置來說，其能耗較大的部分主要有循環(huán)泵、真空泵、增壓風(fēng)機(jī)以及濕磨機(jī)等。這些設(shè)備的能耗都很高，加之其存在能量損失，更是直接加大了總能耗。比如某電廠有兩臺(tái)兩千兆瓦的燃煤發(fā)電機(jī)組，配套建有兩臺(tái)濕法煙氣脫硫裝置，脫硫系數(shù)按照煤炭含硫率的2%設(shè)計(jì)。其氧化風(fēng)機(jī)一般設(shè)計(jì)為恒轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)，只要脫硫裝置開始運(yùn)行，風(fēng)機(jī)就一定會(huì)隨之運(yùn)行，加之其恒轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，就使得不論脫硫裝置處于何種工作狀態(tài)，風(fēng)機(jī)都會(huì)以恒定轉(zhuǎn)速和恒定耗能的狀態(tài)運(yùn)行。其恒速特點(diǎn)就決定了風(fēng)機(jī)能耗與脫硫量等因素?zé)o關(guān)，基本處于一個(gè)獨(dú)立設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)脫硫裝置處于低硫低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生大量能耗，與脫硫工作量不對(duì)應(yīng)。所以，為了消除這一不對(duì)應(yīng)的關(guān)系，需要對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，使其可以按照脫硫工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，使能耗和脫硫工作始終保持在合理同等水平。

2 脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造方案分析

2.1 根據(jù)電廠實(shí)際需求設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

脫硫氧化風(fēng)機(jī)的變頻改造需要根據(jù)電廠的實(shí)際需求來進(jìn)行，即根據(jù)電廠所用煤炭的含硫率、電廠發(fā)電機(jī)組的功率以及相關(guān)脫硫裝置的脫硫率等進(jìn)行設(shè)計(jì)。從煤炭含硫率來講，國(guó)內(nèi)電廠用于發(fā)電的煤炭其含硫率基本持平，因此這方面的考量不用太多。電廠發(fā)電機(jī)機(jī)組的功率對(duì)于不同的電廠來說就有較大的區(qū)別了，從幾百兆瓦到上千兆瓦，不同功率的發(fā)電機(jī)機(jī)組其所對(duì)應(yīng)的煙氣量也存在較大區(qū)別。對(duì)于脫硫裝置來講，不同類型的脫硫裝置以及不同型號(hào)的脫硫裝置，其脫硫率存在較大差別，在實(shí)際工作環(huán)節(jié)中所對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量也不同。所以，對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，就應(yīng)該從這些方面的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如，在正常運(yùn)行的情況下，脫硫氧化風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速處于可調(diào)節(jié)范圍。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，部分空氣會(huì)產(chǎn)生回流，在短時(shí)間內(nèi)引起風(fēng)機(jī)排風(fēng)不順以及溫度上升。當(dāng)溫度上升過快達(dá)到甚至超過臨界值時(shí)，就會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)形成損壞。所以，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)要在允許范圍內(nèi)，按照合理的變化速率實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。

2.2 解決搶風(fēng)問題

當(dāng)電廠脫硫裝置設(shè)有多臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)時(shí)，如果對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，就可能使與其相鄰的風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象。所以，對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，使其可以通過自動(dòng)化變頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以在轉(zhuǎn)速變化上進(jìn)行同步升高或降低，避免搶風(fēng)現(xiàn)象出現(xiàn)，減少對(duì)脫硫裝置正常工作的影響。

2.3 脫硫氧化風(fēng)機(jī)能耗與流量保持線性關(guān)系

對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，其目的就是保持氧化風(fēng)機(jī)的能耗與風(fēng)流量保持線性關(guān)系。即保持氧化風(fēng)機(jī)的能耗隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增加，隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低而減少，使兩者保持同步線性關(guān)系，就可以根據(jù)該線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫氧化風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)。

2.4 保持氧化風(fēng)機(jī)與脫硫裝置的電量消耗線性關(guān)系

一般來說，氧化風(fēng)機(jī)與脫硫裝置都是使用的獨(dú)立電源，可以對(duì)兩個(gè)回路加裝傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控兩個(gè)回路的能耗變化情況。詳細(xì)來說，脫硫裝置的能耗與其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)具有直接關(guān)聯(lián)，滿負(fù)荷工作狀態(tài)的能耗明顯高于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。所以，氧化風(fēng)機(jī)要在脫硫裝置的工作狀態(tài)之上進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，則需要根據(jù)脫硫裝置的能耗調(diào)節(jié)其自身能耗，即要與脫硫裝置的能耗保持線性關(guān)系。

3 脫硫氧化風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果分析

脫硫氧化風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果是與其揚(yáng)程及流量具有直接關(guān)系的，揚(yáng)程越高、流量越大，則能耗越高；揚(yáng)程越低、流量越小，則能耗越低。對(duì)于脫硫氧化風(fēng)機(jī)而言，其揚(yáng)程基本是由風(fēng)機(jī)自身屬性決定的，與運(yùn)行工況的聯(lián)系不大。但是流量則與運(yùn)行工況具有直接關(guān)聯(lián)。運(yùn)轉(zhuǎn)速度越高，流量越大；運(yùn)轉(zhuǎn)速度越低，流量越小。所以，脫硫氧化風(fēng)機(jī)的變頻改造主要在流量調(diào)節(jié)上得以體現(xiàn)。

脫硫氧化風(fēng)機(jī)主要是將系統(tǒng)中存在的亞硫酸鈣進(jìn)行氧化，而亞硫酸鈣的含量又是由二氧化硫的脫除量決定的，所以二氧化硫濃度以及煙氣負(fù)荷直接決定脫硫裝置所需的氧化風(fēng)量，也決定了氧化風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，在脫硫過程中，當(dāng)二氧化硫與煙氣負(fù)荷逐漸降低時(shí)，就應(yīng)該使氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)變頻降低轉(zhuǎn)速，在滿足脫硫工作的需求下實(shí)現(xiàn)最小能耗。假設(shè)電廠的運(yùn)行工況為：負(fù)荷是100% BMCR，含硫率為2%，二氧化硫脫除負(fù)荷比為1。這是假定的運(yùn)行工況，再根據(jù)實(shí)際來說，二氧化硫濃度與煙氣負(fù)荷一直處在波動(dòng)狀態(tài)，所以需要以系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均工況作為參照。一般來說，根據(jù)電廠的實(shí)際情況，運(yùn)行負(fù)荷按照鍋爐最大額定出力的30%～100%考慮，含硫量按照1%～2%設(shè)計(jì)，脫硫率按照95%設(shè)計(jì)。再考慮簡(jiǎn)化需求，假定負(fù)荷百分比和煙氣量成線性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)能分析。

4 脫硫氧化風(fēng)機(jī)控制分析

4.1 不同煙氣量下脫硫氧化風(fēng)機(jī)控制分析

從理論上來說，氧化風(fēng)機(jī)的空氣量與脫硫量是成線性關(guān)系的，二氧化硫的脫除量可以根據(jù)脫硫效率和二氧化硫濃度計(jì)算得出。脫硫氧化風(fēng)機(jī)主要是根據(jù)DCS分散控制系統(tǒng)得出的氧化風(fēng)機(jī)變頻器和二氧化硫脫出量的關(guān)系，進(jìn)行連續(xù)變頻調(diào)節(jié)，控制氧化空氣量，以起到節(jié)能的效果。舉例來說，當(dāng)二氧化硫的濃度保持在4000mg/m3時(shí)，不同煙氣流量多對(duì)應(yīng)的氧化風(fēng)機(jī)數(shù)量和轉(zhuǎn)速均不相同。在煙氣流量為30%～57%時(shí)，一般使用單臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速保持在630～960轉(zhuǎn)即可滿足脫硫工作；當(dāng)煙氣量保持在57%時(shí)，可以使用單臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)行或者兩臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)煙氣量達(dá)到57%～70%之間時(shí)，一般使用兩臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作，其轉(zhuǎn)速維持在630轉(zhuǎn)/分鐘；當(dāng)煙氣量超過70%，一般使用兩臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速保持在630～960轉(zhuǎn)/分鐘。

4.2 不同二氧化硫濃度下脫硫氧化風(fēng)機(jī)控制關(guān)系

二氧化硫濃度不同時(shí)，對(duì)于脫硫氧化風(fēng)機(jī)的控制也存在一定區(qū)別。當(dāng)二氧化硫的濃度小于1070mg/m3時(shí)，一般采用單臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在630t/h；當(dāng)二氧化硫的濃度在1070～2000mg/m3之間時(shí)，采用單臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)，使其運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持在630～960轉(zhuǎn)每分鐘，并且應(yīng)該按照二氧化硫濃度曲線進(jìn)行相應(yīng)變化；當(dāng)二氧化硫濃度在1070mg/m3時(shí)，可以采用單臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，或者采用兩臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)二氧化硫的濃度在2000～2369mg/m3之間時(shí)，通常可用兩臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)并行，其轉(zhuǎn)速控制在630t/h；當(dāng)二氧化硫的濃度在2370～3950mg/m3之間時(shí)，一般采用兩臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)并行，其轉(zhuǎn)速控制在630～960t/h范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，要使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化與入口二氧化硫濃度維持線性關(guān)系。

4.3 二氧化硫脫除量與脫硫氧化風(fēng)機(jī)控制關(guān)系

研究此部分的控制關(guān)系，可以假定脫硫效率為95%。當(dāng)二氧化硫的脫除量小于3.7t/h，一般采用單臺(tái)脫硫氧化風(fēng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速維持在630轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)行；當(dāng)二氧化硫脫脫除量在3.7～6t/h之間時(shí)，仍然采用單臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速維持在630～960轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行；當(dāng)二氧化硫脫除量為6t/h，可以采用兩臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)低負(fù)荷并行，或者使用單臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行；當(dāng)二氧化硫脫除量在6～7.3t/h之間時(shí)，可以使用兩臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)并行，使其轉(zhuǎn)速保持在630轉(zhuǎn)/分鐘；當(dāng)二氧化硫脫除量在7.3～12.1t/h之間時(shí)，可以使用兩臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行并行，轉(zhuǎn)速維持在630～960轉(zhuǎn)/分鐘。但是總的來說，由于煤源會(huì)產(chǎn)生變化，所以含硫率也會(huì)出現(xiàn)變化，僅僅通過限定一個(gè)條件來進(jìn)行氧化風(fēng)機(jī)控制是不完善的，因此需要結(jié)合多個(gè)方面的指標(biāo)進(jìn)行綜合控制。

5 結(jié)語(yǔ)

脫硫氧化風(fēng)機(jī)變頻改造是電廠在不斷發(fā)展進(jìn)步過程中的必然要求，對(duì)其進(jìn)行變頻改造需要結(jié)合電廠實(shí)際情況，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的變頻改造方案。對(duì)于氧化風(fēng)機(jī)的控制，需要從多個(gè)方面入手，在限定不同的條件下，對(duì)其進(jìn)行綜合控制。

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作者簡(jiǎn)介：黃鍇（1984-），男，江西高安人，湖北華電西塞山發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：電力生產(chǎn)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）