吸收塔分区喷淋与浆液循环泵在火电厂的应用

秦存涛（华润电力（菏泽）有限公司 山东菏泽 274000）

引言

本文论述了节能浆液循环泵+分区喷淋工艺在湿法烟气脱硫工程的应用。

1 改造背景

响应国家节能减排政策，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）、《山东省火电厂大气污染物排放标准》（DB 37/2372-2013）、山东省【2014】1147号文件《关于尽快制定现役燃煤发电机组节能减排综合升级改造计划的通知》、发改能源[2014]2093号《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，要求全面落实“节约、清洁、安全”的能源战略方针。

浆液循环泵是FGD装置的大功率设备，在FGD入口烟气量、烟气SO2浓度、浆液PH值等参数变化时，通常启动浆液泵来应对，致使循环泵“大马拉小车”，此法控制手段粗放，造成电能浪费。

2 工艺选择

原工艺为工频浆液循环泵+常规喷淋层，现采用变频泵+喷淋层分区工艺，利用高效节能调速设备根据实际对电机调速，进而调节喷淋层各区浆液量大小，既满足了脱硫排放也达到了节能降耗，还能使石灰石粉充分吸收。

3 方案论述

3.1 喷淋系统应满足的基本要求

3.1.1 吸收塔喷淋层管口径较大，浆液流速较低，因而调速后泵提供的扬程不得小于喷淋层需要的扬程。

3.1.2 喷嘴是喷淋层的关键设备，喷嘴入口压力和流量需满足

设计要求，才能产生符合需求的雾化效果，因而在调节泵出口流量时，喷嘴的入口压力和流量需保持在设计范围内。

图1

3.2 降低流量的传统方法

3.2.1 直接调整泵出口阀降低泵流量的方式

脱硫装置和泵的设计工作点确定后，若采用传统的调节电动门控制开度的方法来进行调整，即通过变化装置特性曲线和循环泵Q-H特性曲线的交点（如图1），虽然能够达到变化泵流量的目的，但增加了系统的能量损失并不节能，同时也不能满足雾化喷嘴的喷淋效果，且易堵塞喷淋支管及磨损浆液阀门。

图2

3.2.2 直接通过高压变频装置降低电机转速

泵一般采用单级离心泵，流量Q、扬程H、功率P与转速n之间的关系为：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2P1/P2=(n1/n2)3,其Q-H性能特性曲线如图2，图示向下滑移，泵的工作点沿着装置特性曲线由A点变化为B点,当降至特定转速时，Q-H性能特性曲线与装置特性曲线无交点，泵出口流量降到0，喷淋层则无浆液。

因此，仅用变频调整电机转速的手段来调节泵流量的办法，不能满足吸收塔喷淋工艺要求。

3.3 节能浆液循环泵+喷淋分区改造方案

3.3.1 对驱动装置的改造

采用泵与电机直连的方式，取消减速机，利用高效节能调速设备根据实际需要对电机调速，进而调节泵流量。

3.3.2 对变频浆液循环泵对应的喷淋层分区改造

采用泵调速及各区阀门共同调节的方案。将变频泵对应喷淋层改造成分区控制的喷淋区（即同一层多根支管进塔，且分别设阀控制），通过调节泵转速，同时关闭或开启对应的喷淋分组的管路，同时改变了吸收塔喷淋层的装置特性曲线，使泵工作点的压力和调整前一致，进而使剩余工作喷嘴入口压力和流量调节前后一致，保证喷淋雾化效果。图3为采用分区后的装置特性曲线与Q-H关系。

3.3.3 喷淋层分区冲洗水配置

关闭后的喷淋支管或许有少量的浆液沉积在管底部，在每根管进塔前设置冲洗水，冲洗水可与喷淋层支管阀做成联锁。3.3.4优化浆液循环泵叶轮制造尺寸

优化后的泵性能曲线更具陡降特性，节能效果更显著；泵流量大，介质工况磨蚀性强，传统的水力模型其性能曲线平缓，为保证泵出口压力不变，允许转速调节范围很小。图4即为泵传统水力模型调速示意图，其中黑色曲线即为额定转速下泵的H-Q性能曲线，蓝色曲线即为调节后的性能曲线，此时泵的工作流量由原流量调整为目标流量，黑色曲线和蓝色曲线极为接近，说明转速下降很少；当转速继续下降至红色曲线，该性能曲线和目标压力线无交点，转速继续向下调节无法满足泵恒压力、变流量的调节要求，说明该水力模型的调速范围很小，节能空间非常有限。

图3

通过调节叶轮水力模型的关键尺寸，使其Q-H性能特性曲线的下降趋势变陡，调速范围和节能空间都得到改善。图5即为泵改进后水力模型调速示意图，改进后泵的调速范围可增加 10～20r/min。

图4

图5

3.3.5 喷淋层分区逻辑控制

FGD烟道入口烟气量和烟气中的SO2浓度及浆液PH值作为控制系统的前馈信号，将前馈与反馈控制结合起来，触发调速与分区阀门的控制程序。

3.3.6 分区喷淋对应的节能浆液循环泵调节范围

3.3.6.1 以我厂吸收塔C层泵为例，泵对应喷淋层按九组支管分区，互相独立；喷嘴形式：塔外层为90°内层为110°覆盖率为432%，每只喷嘴流量：23.53m3/h，通过变频泵曲线结合喷嘴布置方案可得知，泵(流量为67.2～100%）在满足喷嘴入口压力前提下，可在665rpm～743rpm转速范围内调节，对应电机功率可调节区间为68～100%。

3.3.6.2 匹配说明

不能关闭塔边的喷淋管M1、M9，且相邻的两根喷淋管不能同时关闭，匹配情况见下表。

序号 操作策略 覆盖率 喷嘴总数外层喷嘴数内层喷嘴数运行频率 负荷率1 支管全开 432% 204 46 158 50Hz 100%2 M5关闭 373% 176 42 134 56Hz 86.3%3 M2、M8关闭 347% 164 38 126 44Hz 80.4%4 M3、M7关闭 326% 154 38 116 43Hz 75.5%5 M4、M6关闭 318% 150 38 112 42Hz 73.5%6 M2、M5、M8关闭 288% 136 34 102 40Hz 66.7%

4 效果与收益

c泵为例，参数：流量4800m2/h、扬程22.2m；电视：500kW;

项目 电流（A） 功率（kW） 频率（Hz） 功率差（kW） 电流差（A）工频运行 55.1 420 50 176 12变频运行 40.4 244 41.6年节电 5500×176kW=968000 kWh年收益 2×96.8万 kWh×0.382 元／kWh=73.96万元

结语

喷淋层分区+节能变频浆液循环泵在节能、降噪等角度得到了很好的验证，系统运行稳定，节电效果显著；消除了启动时大电流对电机、传动系统的冲击力，延长了设备寿命，并在我司成功应用。