石灰石浆液供给系统效能提升与优化

摘要：石灰石烟气脱硫是一项工艺相对成熟的火电厂脱硫技术。现结合某电厂石灰石供浆系统运行多年来出现的一些问题，对石灰石浆液供给系统实施变频改造，并分析了改造后取得的节能效果及改造的应用推广价值。

关键词：石灰石浆液供给系统;变频改造;效能提升

1    问题背景

SO2是燃煤火力发电厂最主要的污染物之一，采用石灰石进行烟气脱硫并产生副产品石膏是我国大多數火电厂目前脱硫的运作方式。在火电厂中，石灰石浆液供给系统的作用是将石灰石浆液箱里的浆液输送到吸收塔，其稳定性直接影响了脱硫系统的运行，是火电厂脱硫系统的重要组成部分。某电厂每台1 000 MW机组脱硫配备有石灰石浆液供给泵两台，正常工况下一台运行一台备用，当系统输送浆液时石灰石浆液供给泵在工频50 Hz下运行，由运行人员根据后台DCS逻辑自动计算的补浆量数据调节供浆调门的开度，以此来控制输出至吸收塔的浆液量大小。石灰石浆液供给泵电动机始终工频运行，负载很大，对管道的磨损和压力很大，使得调门、泵和电动机的寿命大大缩短。同时，供浆调门在调节开度时因受到浆液的冲击较大而极易损坏，调门损坏后，浆液流量将处于不可控的状态，对检修的及时性有很高的要求。此外，石灰石浆液供给泵电动机长时间工频运行，耗电量大，提高了厂用电率，不符合安健环的要求。

2    改造过程

鉴于上述石灰石浆液供给泵工频运行出现的种种问题，借鉴其他电动机加装变频器后取得的良好效果，对石灰石浆液供给系统进行变频改造处理，对供浆调门只进行全开或全关操作，不使用时将调门全关，正常工作时将调门全开，而不再进行调门开度的调节，直接由变频器给定频率来调整石灰石浆液供给泵的输出，频率由运行人员在后台DCS根据所需补浆量进行给定，以满足实际需要。原供浆调门保留，作为供浆量调整备用方案，防止因为变频器损坏等原因造成调频控制失效而影响石灰石供浆系统的正常运行。

具体改造过程如下：在石灰石浆液供给泵电动机平台增设控制箱，控制箱中装设变频器，由变频器来控制电动机运行，考虑到运行中的变频器会产生大量热能，尤其是变频器还处于控制箱这种密闭空间中，在变频器输出频率较高时温升明显，可能使变频器过温跳闸，因此散热问题值得关注。在控制箱一侧的上下间隔一定距离各开一个槽，每个槽各安装一个风扇，下槽用于进风，上槽用于出风，配合变频器自身底部的风扇将控制箱内的热量带出。石灰石浆液供给泵由变频器控制电动机进行软启动，频率从0开始经设定的加速曲线增至提前设定的频率，缓慢上升的频率使转速缓慢增加，不仅减少了启动瞬间对泵体的冲击，也起到了保护电动机的作用。运行中通过改变变频器的频率来改变石灰石浆液供给泵电动机的转速，进而改变输出至吸收塔的浆液量。

控制回路方面，原石灰石浆液供给泵电动机控制回路只有启动和停止，保护配置仅有塑壳开关脱扣器。加装变频器后需对石灰石浆液供给泵电动机控制回路进行相应改造，增加频率给定控制线用于下发所需的频率指令，增加电流反馈和频率反馈控制线用于运行人员监控，增加故障信号控制线用于让监盘人员及时发现故障情况，这不仅实现了电动机电流和频率的同步上送，便于DCS对频率的给定和反馈进行对比，稳定控制频率，也便于运行人员监控其运行情况。在保护配置方面，在变频器中设置过载、堵转、接地等保护，与塑壳开关脱扣器只能单一地反应过流故障相比，配置更加完善，能够更好地反应各种不同的故障情况，记录故障数据，使得检修工作人员在现场处理时能够更直观地查明故障原因，减少缺陷处理时间，使故障设备尽快恢复正常运行。

3    节能效果分析

由于石灰石浆液供给泵改用变频控制，泵的输出仅依靠变频器给定频率来调整，与改造前相比，减少了调门调节浆液流量时由于调门没有全开而给石灰石浆液供给泵和其电动机带来的额外负载，因此大大降低了电能损耗。

如图1所示，通过调取后台DCS截取的石灰石浆液供给泵电动机电流曲线图进行分析，图1左侧区域为改造前石灰石浆液供给泵电动机电流曲线，右侧区域为改造后石灰石浆液供给泵电动机电流曲线，容易得出两点结论：第一，电流曲线的尖峰代表每次启动石灰石浆液供给泵时电动机电流的最大值，左侧电流曲线的尖峰明显高于右侧，说明改造前的启动电流均大于改造后的，对设备的冲击更大;第二，由波形可见，左侧区域电流稳定值明显高于右侧区域，可初步判断改造后石灰石浆液供给泵电动机运行电流相比于改造前有所减小。

由于石灰石浆液供给泵电动机运行电流大小与泵的输出直接相关，泵的输出大小可体现为浆液流量的不同，即可以由浆液流量的大小来判断泵的输出大小。为进一步分析经过变频改造后电能损耗的降低情况，通过后台DCS获得改造前工频运行工况和改造后变频运行工况下达到相同流量时石灰石浆液供给泵电动机的电流数据，按照浆液流量从低到高排列，选取8种供浆流量工况下的电动机电流，基本能涵盖该电厂石灰石浆液供给系统正常运行中出现的各种情况，如图2所示。

由图2中的数据可得，改造前8种运行工况下电动机平均电流为85.767 4 A，改造后8种运行工况下电动机平均电流为58.387 8 A，计算得改造后8种工况下电动机电流平均下降32%。实际上，由图2可明显看出，在浆液流量较小时，图中浅灰色柱体（即变频运行电流）比深灰色柱体（即工频运行电流）短更多，即表明在中低负荷下（即浆液流量较小时）变频运行比工频运行的电动机电流下降更明显，节能效果更加显著。

按变频运行时电动机电流平均下降32%计算，变频运行一天可节省电量：

式中：0.85为石灰石浆液供给泵电动机的功率因数。

根据该电厂石灰石浆液供给泵的实际运行情况，按一年大概运行10个月时间计算，可节省电量：

即一年约可节省电量11万kWh，结合每年的实际运行情况，石灰石浆液供给泵大多数情况下在中低负荷工况下运行，考虑到在中低负荷下变频运行的节能效果更加明显，故实施改造后运行一年可节省电量远超11万kWh，效能提升效果十分可观。

4    结语

某电厂根据石灰石浆液供给系统工频运行多年来出现过的一些问题，结合实际，对石灰石浆液供给泵电动机进行了变频改造处理，并对控制回路进行了相应改造和优化，最后分析计算了变频改造达到的效能提升效果。变频运行的石灰石浆液供给泵，更能适应生产实际的需要，切实提高了石灰石浆液供给系统的可靠性，同时大大降低了耗电量，效能提升效果显著。对石灰石浆液供给泵实施变频改造，不仅有利于对泵和供浆调门的保护，延长设备的使用寿命，而且在节能降耗方面能够取得卓越的成效，具有可观的收益，因而具有一定的实践价值和推广意义。

收稿日期：2020-05-13

作者简介：陈昱昕（1994—），男，广东汕头人，助理工程师，从事继电保护方面的工作。