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。
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。
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。
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。
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）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。
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。
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。
