文_李伟1林晓斌2

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摘要：开展浆液循环泵节能改造可行性分析和技术改造路线调研，确定节能优化改造路线。改造后脱硫系统在不同负荷不同煤种下的调节适应能力显著增强，实现出口SO₂浓度的压线运行和稳定控制，达到了良好的节能降耗效果。

关键词：燃煤电厂；脱硫；浆液循环泵；变频调速；永磁调速；节能效果分析

脱硫装置作为燃煤电厂最重要的辅机系统，不仅影响电站主机的安全运行，其能耗物耗也直接影响全厂发电经济性。在脱硫系统中，浆液循环泵是控制污染物排放的主要设备，也是系统中功耗最大的设备，它是深挖节能降耗的关键对象。

目前，国内外通过控制循环泵转速达到节能目标的电厂不在少数，方法各有优劣。通过分析脱硫浆液循环泵运行现状和节能改造可行性，并开展变频调速和永磁调速两种技术路线调研，对不同改造技术在初期投资费用、设备运行稳定性、运行维护成本等方面进行分析对比，并结合现场实际情况，确定最佳节能改造方案，达到稳定控制出口SO2浓度的目的，实现脱硫系统安全环保和节能降耗双提升。

1 研究方法

1.1 研究现状及可行性分析

1.1.1 脱硫运行现状

福建某电厂二期2×670MW机组脱硫系统采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，单塔双循环设计，设计硫份1.5%，脱硫效率99%，脱硫系统设计入口SO₂浓度3350mg/Nm³，出口SO₂浓度不高于35mg/Nm³。吸收塔3台浆液循环和AFT塔2台浆液循环泵均为电动机直接驱动。污染物排放浓度通过调整吸收塔浆液pH值和启停循环泵台数来调节控制。由于脱硫主保护需要，正常运行期间吸收塔浆液循环泵至少需要运行两台，时长造成过脱硫现象。

1.1.2 可行性分析

该厂4号机组脱硫装置有5台浆液循环泵，其中吸收塔3台，AFT塔2台。根据设计条件，浆液循环泵喷淋层喷嘴处要保证0.07MPa以上的雾化压力，才能保证浆液雾化效果。通过对#4脱硫系统所有循环泵运行时出口压力、压力变送器标高、喷淋层标高、浆液密度等数据进行采集，根据差压法计算出所有循环泵喷淋层喷嘴处压力，具体数据见表1。

表1

从表1看出，喷嘴处压力均在0.07MPa以上，说明这些循环泵出口压头有足够裕量，有节能空间和潜力，具备节能改造可行性。

1.2 技术路线比选

1.2.1 变频调速调研

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。通常的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。通过交—直—交的方式，从而达到一直省电环保的效果，还可以起到更好地保护电机的作用。

山西某热电2×330MW燃煤热电联产机组，脱硫系统循环泵3+2布置。2017年12月，1号脱硫装置5号浆液循环泵完成变频调速改造。调取改造后近一年运行数据分析，在同等工况下，1号机5号循环泵改造前工频运行电流为64.3A，改造后最低24.4A，平均电流49A。按设备一年运行6000h，平均运行频率47Hz，根据相似定律，变频节电率为1-（47/50）³=16.94%，变频调速每年节电量为W＝800×［1-（47/50）³］×6000＝81.32万kWh，按结算电价0.452元/kWh计算，年节约电费36.76万元。

1.2.2 永磁调速调研

永磁调速工作原理是利用磁场之间的相互作用力驱动和对负载调速。永磁盘与导体盘之间的相对运动在导体中产生涡电流而产生感应磁场，通过调速机构改变水磁盘与导体之间的气隙，调整气隙的宽度就可以改变扭矩，产生一个可控的、可变化的输出转速。

内蒙古某电厂2×660MW燃煤机组，2020年2月完成1C循环泵永磁调速器改造。该泵电机电压10kV，功率800kW，泵转速1490rpm。改造前工频运行电流为40.0A，改造后该泵持续运行，在开度60%，即转速1110r/min时，喷淋雾化效果差，开度65%以上雾化效果优良，因此日常调节开度在65%～100%，对应电流在32～40A之间，平均电流33.5A，平均转速1405r/min。

2020年该厂脱硫装置运行7170h，其中1C循环泵运行约6000小时，平均运行电流减少4.5A，节电率11.25%，年节电量约52万kWh，按结算电价0.452元/kWh计算，年节电费用23.5万元。

1.2.3 调研结果分析

（1）投资与运维成本

永磁调速器初期投资比变频调速高，相对于高压变频器，永磁调速器占地面积小，不需要建造单独的设备室，运维费用也较低。变频器与永磁调速器投资与运维费用见表2。

表2

     （2）节能效果及设备可靠性

针对脱硫浆液循环泵此类离心式负载，二者均是利用离心式负载相似定律对负载进行调速节能，节电率基本一致。不同的区别在于永磁调速装置通过改变永磁体盘与导体盘气隙的机械方式来实现节能目的，不改变电机转数，其电机电流直接反应出设备所耗的电量。高压变频器通过整流、逆变调节电压进行调节频率其电机所耗的电量反应在高压开关柜的输出电流测。两种技术不论采用何种方式调节负载设备，在输出端节能量应该是相当的。

在设备可靠性方面，高压变频器可以实现软启动，不会对电网造和所传动泵类的机械设备带来冲击，现场允许配置工频旁路，保证生产连续性，而永磁调速器故障只能停机，也有部分机型通过拴锁为联轴器，保持运行。高压变频器故障率高，功率单元模块易发生电气故障，运行维护成本及维护量相对较大，故障处理时间较永磁调速器短。

1.3 改造方案选择

结合该厂脱硫装置实际情况，AFT塔循环泵运行时间少，不考虑。A、B、C三台循环泵因涉及主保护，至少要启用运行两台，且A、C循环泵在同一6kV工作段，日常运行方式基本上是B+A或B+C，对B循环泵可靠性要求较高，若对B循环泵进行改造，增加相应附属设备，同时也增加了安全和故障风险，故不对B循环泵进行改造。A、C两台循环泵节能潜力相比，C泵喷嘴处的压力较其他泵高，压头裕量大，改造后调整空间也最大，且C泵扬程高，电流大，日常运行时间长，节能效果会更好。因此,选择对C循环泵进行节能优化改造。

综合考虑运行方式、安全可靠性、调速精度与控制特性、投资维护成本和场地限制等因素，该项目最终选择变频调速改造路线。选用强迫风冷型变频器来驱动循环泵电机，高压开关柜和高压电机动力电缆利旧，变频器低压电源取自脱硫保安段和UPS系统。新建变频室，配10匹空调两台，频器室配置就地配电箱，为室内LED灯具、轴流风机、空调等用电设施供电。

2 结果分析

2.1 运行效果试验

改造完成后，开展喷淋试验，观察不同频率下喷嘴处浆液雾化效果，当开度下降到85%，此时的电机频率为42.5Hz时，喷嘴浆液雾化效果明显下降。确定C浆液循环泵正常运行变频开度区间为86%～100%，对应的频率为43～50Hz，试验期间的循环泵电流和出口压力等数据见表3。

表3

由表3可以看出，C浆液循在工频运行与变频运行两种运行方式下，电流最大相差35A，说明循环泵调控的空间和节能降耗效果非常明显。

2.2 净烟气SO₂控制效果

2020年3月C浆液循环泵变频改造完成，循环泵频率根据出口SO₂浓度进行自动调节，跟踪值设定为25mg/m³。通过浆液pH值和频率的耦合控制和转换，始终保持高pH值低频率的运行方式。

改造前两年净烟气SO₂均值为16mg/Nm³，改造后均值能够稳定控制在23～26mg/Nm³，出口排放浓度提高了57.5%，仍在35mg/Nm³超低排放限值内，实现了贴线运行，节能降耗。

2.3 节能经济效益分析

4号脱硫C浆液循环泵变频改造前工频运行电流102A，电机实际功率为922kW。统计2021年1至12月变频方式下运行电流见图1，全年平均电流75.1A，节电率约26.4%。

图1 循环泵运行电流

该循环泵2021年运行时间约6370h，按平均电流72.4A计算，每年可节省耗电约为149.6万kWh，按照结算电价0.35元/kWh，每年可节约电费约52.36万元，扣除运维成本6万元/a，年可节约46.36万元。该项目高压电缆和控制电缆利旧，变频器采购单价为47万元，建安费用共37.8万元（含两台10P空调费用），投资成本共84.8万元，约1年10个月可收回成本。

高压变频器通过整流及逆变的过程调整电压实现频率的调整达到节能目的；永磁调速装置其电机转数恒定，通过调整负载扭矩来降低负载转数达到节能目的。两种节能产品的区别在于高压变频器通过多电平电力电子技术实现，永磁调速装置通过改变永磁体盘与导体盘气隙的机械方式来实现节能目的，对于相同负载条件下二者输出端节能效果相当。

福建某燃煤厂C浆液循环泵变频改造后，调速设备及控制系统运行稳定，脱硫系统适应机组不同负荷、不同煤种的调节能力显著增强，实现了出口SO₂浓度的精准控制，避免低硫煤时脱硫出口净烟气SO₂浓度为零的情况，同时也减少了循环泵的频繁启停对电机和叶轮的冲击损害，提高了设备可靠性和利用率。变频调速后，在保证出口达标排放的前提下，实现了稳定压线运行，达到了良好的节能效益，大幅降低了脱硫厂用电，年节约电费约46.36万元，短时间便可收回投资成本。

参考文献

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[2] 石振寰.永磁调速系统在齐鲁热电厂锅炉引风机中的节能应用[J].齐鲁石油化，2021,49(03):216-218.

[3] 陈全明，李振.大型凝结水泵永磁调速与高压变频改造的经济性对比[J].安装，2019,(04):35-37.

[4] 陈宇.变频调速技术在污水处理工程中的应用[J].山西大同大学学报(自然科学版)，2012,28(06):23-25.

作者简介

李伟（1988-），男，工程师，本科，主要从事燃煤电厂烟气治理技术研究工作。

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