石灰石漿液供給系統(tǒng)效能提升與優(yōu)化

摘要：石灰石煙氣脫硫是一項(xiàng)工藝相對成熟的火電廠脫硫技術(shù)?，F(xiàn)結(jié)合某電廠石灰石供漿系統(tǒng)運(yùn)行多年來出現(xiàn)的一些問題，對石灰石漿液供給系統(tǒng)實(shí)施變頻改造，并分析了改造后取得的節(jié)能效果及改造的應(yīng)用推廣價值。

關(guān)鍵詞：石灰石漿液供給系統(tǒng);變頻改造;效能提升

1? ? 問題背景

SO2是燃煤火力發(fā)電廠最主要的污染物之一，采用石灰石進(jìn)行煙氣脫硫并產(chǎn)生副產(chǎn)品石膏是我國大多數(shù)火電廠目前脫硫的運(yùn)作方式。在火電廠中，石灰石漿液供給系統(tǒng)的作用是將石灰石漿液箱里的漿液輸送到吸收塔，其穩(wěn)定性直接影響了脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行，是火電廠脫硫系統(tǒng)的重要組成部分。某電廠每臺1 000 MW機(jī)組脫硫配備有石灰石漿液供給泵兩臺，正常工況下一臺運(yùn)行一臺備用，當(dāng)系統(tǒng)輸送漿液時石灰石漿液供給泵在工頻50 Hz下運(yùn)行，由運(yùn)行人員根據(jù)后臺DCS邏輯自動計(jì)算的補(bǔ)漿量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)供漿調(diào)門的開度，以此來控制輸出至吸收塔的漿液量大小。石灰石漿液供給泵電動機(jī)始終工頻運(yùn)行，負(fù)載很大，對管道的磨損和壓力很大，使得調(diào)門、泵和電動機(jī)的壽命大大縮短。同時，供漿調(diào)門在調(diào)節(jié)開度時因受到漿液的沖擊較大而極易損壞，調(diào)門損壞后，漿液流量將處于不可控的狀態(tài)，對檢修的及時性有很高的要求。此外，石灰石漿液供給泵電動機(jī)長時間工頻運(yùn)行，耗電量大，提高了廠用電率，不符合安健環(huán)的要求。

2? ? 改造過程

鑒于上述石灰石漿液供給泵工頻運(yùn)行出現(xiàn)的種種問題，借鑒其他電動機(jī)加裝變頻器后取得的良好效果，對石灰石漿液供給系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造處理，對供漿調(diào)門只進(jìn)行全開或全關(guān)操作，不使用時將調(diào)門全關(guān)，正常工作時將調(diào)門全開，而不再進(jìn)行調(diào)門開度的調(diào)節(jié)，直接由變頻器給定頻率來調(diào)整石灰石漿液供給泵的輸出，頻率由運(yùn)行人員在后臺DCS根據(jù)所需補(bǔ)漿量進(jìn)行給定，以滿足實(shí)際需要。原供漿調(diào)門保留，作為供漿量調(diào)整備用方案，防止因?yàn)樽冾l器損壞等原因造成調(diào)頻控制失效而影響石灰石供漿系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

具體改造過程如下：在石灰石漿液供給泵電動機(jī)平臺增設(shè)控制箱，控制箱中裝設(shè)變頻器，由變頻器來控制電動機(jī)運(yùn)行，考慮到運(yùn)行中的變頻器會產(chǎn)生大量熱能，尤其是變頻器還處于控制箱這種密閉空間中，在變頻器輸出頻率較高時溫升明顯，可能使變頻器過溫跳閘，因此散熱問題值得關(guān)注。在控制箱一側(cè)的上下間隔一定距離各開一個槽，每個槽各安裝一個風(fēng)扇，下槽用于進(jìn)風(fēng)，上槽用于出風(fēng)，配合變頻器自身底部的風(fēng)扇將控制箱內(nèi)的熱量帶出。石灰石漿液供給泵由變頻器控制電動機(jī)進(jìn)行軟啟動，頻率從0開始經(jīng)設(shè)定的加速曲線增至提前設(shè)定的頻率，緩慢上升的頻率使轉(zhuǎn)速緩慢增加，不僅減少了啟動瞬間對泵體的沖擊，也起到了保護(hù)電動機(jī)的作用。運(yùn)行中通過改變變頻器的頻率來改變石灰石漿液供給泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變輸出至吸收塔的漿液量。

控制回路方面，原石灰石漿液供給泵電動機(jī)控制回路只有啟動和停止，保護(hù)配置僅有塑殼開關(guān)脫扣器。加裝變頻器后需對石灰石漿液供給泵電動機(jī)控制回路進(jìn)行相應(yīng)改造，增加頻率給定控制線用于下發(fā)所需的頻率指令，增加電流反饋和頻率反饋控制線用于運(yùn)行人員監(jiān)控，增加故障信號控制線用于讓監(jiān)盤人員及時發(fā)現(xiàn)故障情況，這不僅實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)電流和頻率的同步上送，便于DCS對頻率的給定和反饋進(jìn)行對比，穩(wěn)定控制頻率，也便于運(yùn)行人員監(jiān)控其運(yùn)行情況。在保護(hù)配置方面，在變頻器中設(shè)置過載、堵轉(zhuǎn)、接地等保護(hù)，與塑殼開關(guān)脫扣器只能單一地反應(yīng)過流故障相比，配置更加完善，能夠更好地反應(yīng)各種不同的故障情況，記錄故障數(shù)據(jù)，使得檢修工作人員在現(xiàn)場處理時能夠更直觀地查明故障原因，減少缺陷處理時間，使故障設(shè)備盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。

3? ? 節(jié)能效果分析

由于石灰石漿液供給泵改用變頻控制，泵的輸出僅依靠變頻器給定頻率來調(diào)整，與改造前相比，減少了調(diào)門調(diào)節(jié)漿液流量時由于調(diào)門沒有全開而給石灰石漿液供給泵和其電動機(jī)帶來的額外負(fù)載，因此大大降低了電能損耗。

如圖1所示，通過調(diào)取后臺DCS截取的石灰石漿液供給泵電動機(jī)電流曲線圖進(jìn)行分析，圖1左側(cè)區(qū)域?yàn)楦脑烨笆沂瘽{液供給泵電動機(jī)電流曲線，右側(cè)區(qū)域?yàn)楦脑旌笫沂瘽{液供給泵電動機(jī)電流曲線，容易得出兩點(diǎn)結(jié)論：第一，電流曲線的尖峰代表每次啟動石灰石漿液供給泵時電動機(jī)電流的最大值，左側(cè)電流曲線的尖峰明顯高于右側(cè)，說明改造前的啟動電流均大于改造后的，對設(shè)備的沖擊更大;第二，由波形可見，左側(cè)區(qū)域電流穩(wěn)定值明顯高于右側(cè)區(qū)域，可初步判斷改造后石灰石漿液供給泵電動機(jī)運(yùn)行電流相比于改造前有所減小。

由于石灰石漿液供給泵電動機(jī)運(yùn)行電流大小與泵的輸出直接相關(guān)，泵的輸出大小可體現(xiàn)為漿液流量的不同，即可以由漿液流量的大小來判斷泵的輸出大小。為進(jìn)一步分析經(jīng)過變頻改造后電能損耗的降低情況，通過后臺DCS獲得改造前工頻運(yùn)行工況和改造后變頻運(yùn)行工況下達(dá)到相同流量時石灰石漿液供給泵電動機(jī)的電流數(shù)據(jù)，按照漿液流量從低到高排列，選取8種供漿流量工況下的電動機(jī)電流，基本能涵蓋該電廠石灰石漿液供給系統(tǒng)正常運(yùn)行中出現(xiàn)的各種情況，如圖2所示。

由圖2中的數(shù)據(jù)可得，改造前8種運(yùn)行工況下電動機(jī)平均電流為85.767 4 A，改造后8種運(yùn)行工況下電動機(jī)平均電流為58.387 8 A，計(jì)算得改造后8種工況下電動機(jī)電流平均下降32%。實(shí)際上，由圖2可明顯看出，在漿液流量較小時，圖中淺灰色柱體（即變頻運(yùn)行電流）比深灰色柱體（即工頻運(yùn)行電流）短更多，即表明在中低負(fù)荷下（即漿液流量較小時）變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行的電動機(jī)電流下降更明顯，節(jié)能效果更加顯著。

按變頻運(yùn)行時電動機(jī)電流平均下降32%計(jì)算，變頻運(yùn)行一天可節(jié)省電量：

式中：0.85為石灰石漿液供給泵電動機(jī)的功率因數(shù)。

根據(jù)該電廠石灰石漿液供給泵的實(shí)際運(yùn)行情況，按一年大概運(yùn)行10個月時間計(jì)算，可節(jié)省電量：

即一年約可節(jié)省電量11萬kWh，結(jié)合每年的實(shí)際運(yùn)行情況，石灰石漿液供給泵大多數(shù)情況下在中低負(fù)荷工況下運(yùn)行，考慮到在中低負(fù)荷下變頻運(yùn)行的節(jié)能效果更加明顯，故實(shí)施改造后運(yùn)行一年可節(jié)省電量遠(yuǎn)超11萬kWh，效能提升效果十分可觀。

4? ? 結(jié)語

某電廠根據(jù)石灰石漿液供給系統(tǒng)工頻運(yùn)行多年來出現(xiàn)過的一些問題，結(jié)合實(shí)際，對石灰石漿液供給泵電動機(jī)進(jìn)行了變頻改造處理，并對控制回路進(jìn)行了相應(yīng)改造和優(yōu)化，最后分析計(jì)算了變頻改造達(dá)到的效能提升效果。變頻運(yùn)行的石灰石漿液供給泵，更能適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際的需要，切實(shí)提高了石灰石漿液供給系統(tǒng)的可靠性，同時大大降低了耗電量，效能提升效果顯著。對石灰石漿液供給泵實(shí)施變頻改造，不僅有利于對泵和供漿調(diào)門的保護(hù)，延長設(shè)備的使用壽命，而且在節(jié)能降耗方面能夠取得卓越的成效，具有可觀的收益，因而具有一定的實(shí)踐價值和推廣意義。

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：陳昱昕（1994—），男，廣東汕頭人，助理工程師，從事繼電保護(hù)方面的工作。