危险废物焚烧炉余热锅炉给水泵的变频改造探讨

王　峦，赵　杰，孟繁增，王连超

（1.天津滨海合佳威立雅环境服务有限公司，天津　300280；2.国环危险废物处置工程技术（天津）有限公司，天津　300280）

危险废物焚烧炉余热锅炉给水泵的变频改造探讨

王峦1，赵杰2，孟繁增2，王连超2

（1.天津滨海合佳威立雅环境服务有限公司，天津300280；2.国环危险废物处置工程技术（天津）有限公司，天津300280）

从理论上分析了危险废物焚烧炉中余热锅炉给水泵的选型应考虑的因素，并给出了相应的建议，同时也对水泵理论选型和实际运行中存在的偏差进行了分析，提出了如何通过变频控制的方案对水泵性能进行调节，以满足水泵在变化的工况下的应用。

汽包液位；余热锅炉给水泵；变频控制；节能

1　危险废物焚烧炉余热锅炉给水泵的选型

余热回收的工艺设计要根据使用的要求，通过余热锅炉进行余热回收是常用设计方案。余热锅炉可以根据使用要求设计为饱和蒸汽锅炉和过热蒸汽锅炉，而余热锅炉供水系统的设计是余热锅炉设计的一个重要部分，是锅炉能否安全稳定运行的关键。图1是一种比较典型的余热锅炉供水系统的设计流程，设备包括软化水箱、除氧水泵、除氧器、锅炉给水泵、换热器。

图1　典型的余热锅炉供水系统的设计流程

其中设备工艺参数的设计是以余热锅炉的基本设计参数为依据，同时结合GB 50041—2008锅炉房设计规范进行设计。根据GB 50041—2008锅炉给水泵的选型应当满足以下的条件。

1）给水泵的扬程，不应小于下列各项的代数和：①锅炉锅筒在实际的使用压力下安全阀的开启压力；②省煤器和给水系统的压力损失；③给水系统的水位差；④①～③项和的10%富裕量。

2）给水泵的流量，应能满足所有运行锅炉在额定蒸发量时所需给水量的110%，当设有减温装置或蓄热器时，给水泵的总流量应计入其用水量。

根据上述原则，例如对1台余热锅炉的汽包安全阀的开启压力为2.55 MPa，给水系统和省煤器的压力损失为0.4 MPa，给水系统的水位差为0.2 MPa，上述压力之和再考虑1.1倍的富裕量，则锅炉给水泵的扬程选择为3.5 MPa即可；余热锅炉的蒸发量为21 t/h时，在没有减温装置和蓄热器的系统中，同时考虑到安全系数则水泵的流量要大于23.1 t/h即可，折合成流量则为26.04 m3/h（锅炉给水温度与汽包压力有关，当汽包压力运行在2.5 MPa时，锅炉给水温度应当为180℃（180℃下水的密度为887.06 kg/m3）。但对于危险废物焚烧炉而言，在锅炉给水泵选型的过程中还要考虑以下因素：①考虑危险废物本身具有热值不稳定的特点，危险废物焚烧炉的负荷波动较大，余热锅炉的蒸汽产量也是在一定范围内进行波动的，特别是有时会造成瞬间蒸发量的上升，对锅炉给水泵就要求满足瞬间蒸发量上升的要求，否则就会造成锅炉汽包水温的下降，造成危险。②考虑在对锅炉汽包液位进行调节时，锅炉给水泵具有一定冗余能力，可以在汽包水位调节方面响应更及时，使系统的抗干扰性更强。③考虑锅炉排污的水量，锅炉的定排和连排会造成汽包液位的下降，定排连排的排污量在设计时可以按照蒸发量的5%考虑，在实际运行中再根据锅炉的水质情况进行调整。

结合以上所有因素，对于安全阀的开启压力为2.55 MPa，蒸发量为21 t/h的余热锅炉，余热锅炉给水泵的理论选型参数为流量28.6m3/h，扬程350m。

2　余热锅炉给水泵变频改造

根据理论选型参数选择并订购2台国内知名厂家的余热锅炉给水泵，用来进行余热锅炉的供水。因此在实际订购中所选实际水泵的铭牌参数数据为泵头流量46 m3/h，扬程400 m，轴功率76 kW，效率66%，所配电机的参数为功率90 kW，额定电流165 A，额定电压380 V，功率因数COSØ=0.91，效率93.9%。水泵曲线见图2～3。

图2　水泵扬程与流量的关系

图3　水泵效率与流量的关系

在经过焚烧系统运行的1 a中，发现了锅炉给水系统存在如下问题。

1） 锅炉给水泵流量调节范围较窄。由于扬程400 m和流量46 m3/h，是水泵最大的工作点，而在实际运行过程中，需要的理论工作点为28.4 m3/h，扬程为350 m，因此需要通过给水回流阀门进行水泵运行状态的调整。根据水泵曲线，水泵工作的高效段在40～50m3/h，因此在调试阶段通过调整给水回流阀门HV02，满足给水泵出口压力为350 m，调整方法为在汽包额定工作压力、给水流量28.4 m3/h的情况下，调整回流阀门使水泵出口压力为350 m，此时根据水泵的曲线可以看出回流流量为24 m3/h，当锅炉蒸发量为21 t/h（23.68 m3/h），根据水泵曲线给水泵出口压力应为390 m，当蒸发量为15 t/h（16.91 m3/h），给水泵出口扬程为425 m，满足使用条件。但根据H-Q曲线看出，如果满足给水压力在 3.5～4.2 MPa时，锅炉的给水流量实际为41.5～52.5 m3/h，如果46.68 m3/h满足最大蒸发量下的给水流量，则40.91 m3/h为在水泵出口压力不超过4.2 MPa的情况下可满足最小负荷下的给水流量，因此当余热锅炉运行在最大和最小负荷下余热锅炉给水泵出口压力不超过4.2 MPa的前提下，水泵的流量调节范围只有6.77 m3，如果锅炉负荷再降低，则需要人为地调整给水回流阀门的开度。

2） 给水回流阀门HV02出现故障频率高。给水回流阀门HV02出现了2次阀盖漏水故障，将故障阀门更换后，进行了拆解，发现2个故障阀门均是阀芯磨损严重，经分析得出的结论为由于给水泵的选型考虑了系统运行的最不利情况，所选水泵的压力和流量有较大的裕量，但在正常使用的情况下，为使给水管路及管路上的设备不超压运行，需要通过调节给水回流阀门HV02的开度来保证给水压力稳定在3.5～4.25 MPa，由于回流管线引入到除氧器内，除氧器内的压力设计为0.22 MPa，因此造成给水回流阀门HV02的进出口压差较大，水流冲击阀芯，造成了阀芯的过快磨损。

3）锅炉给水系统能耗高。采用给水回流阀门调整给水压力的方法，存在着耗能高的问题。如果蒸发量在15～21 t/h（流量16.91～23.68 m3/h） 时，实际水泵运行的工况为压力 3.5～4.2 MPa，流量41.5～52.5 m3/h，根据水泵轴功率的计算公式（1）和有效功率的计算公式（2） 水泵的轴功率为64.749～68.259 kW，然而实际有效的轴功率为26.383～30.788kW，轴功率和有效轴功率之间的能量损失均为系统回流的损失，如果以平均功率损失为基数按照年运行300d计算，则多耗电273600kWh。

式中：N为轴功率，W；Ne为有效功率，W；H为泵在输送条件下的压头，m；Q为泵在输送条件下的流量，L/s；ρ为输送液体的密度，kg/m3；η为水泵效率，%；g为重力加速度，m/s2；P为功率，W；U为电压，V；I为电流，A；COSØ为功率因数，无量纲；μ为电机效率，%。

在理论计算的基础上，为了校验理论数据计算是否正确，统计了1 a运行过程中的水泵实际运行数据，其中锅炉给水泵出口平均工作压力为350 m，平均给水流量为10.1 m3/h，电机运行平均电流为115A。根据公式（1）和公式（2）及水泵出口的压力和流量计算出水泵的实际有效轴功率为9.623kW，根据公式（3）计算水泵实际消耗功率为64.674 kW，其中每小时有近55 kW的电能被白白的消耗掉，还大于理论的数据。

造成上述情况的原因主要是在给水泵的选型设计中水泵的扬程、流量的选择均是按照110%～120%满负荷、最不利工况而选择的，但实际上设备在运行过程中很少出现上述情况，因此水泵并不能够在其设计的工作点上工作，但设计时又不得不考虑设备运行在110%～120%满负荷、最不利的工况下，如何能够正常运行，经过理论验证，将锅炉给水泵改为变频控制是解决上述问题的一条途径。

3　改造效果

锅炉给水泵改为变频控制后，回流阀HV02可以常闭，减少了阀门的磨损，同时锅炉给水泵出口压力可以通过改变锅炉给水泵的频率进行调节，当负荷增大时给水泵频率增加满足大负荷的要求，当负荷减小时给水泵频率降低满足小负荷的要求。给水泵出口压力不通过回流进行调节可以有效节约能源。在锅炉给水泵改造后运行的1月中节约电能39 600 kWh，节约电费约3.8万元。

4　结束语

通过余热锅炉给水泵的变频改造节约了能源，降低了运营成本，同时还增加了水泵的使用寿命，在实际的运行中还有多处由于设计的原因可以进行类似的节能改造，这需要相关的运营人员能够及时发现问题，并提出解决方案。

Transformation Discussion on Water Pump Frequency Conversion of Hazardous Waste Incinerators’Heat Recovery Boiler

Wang Luan1，Zhao Jie2，Meng Fanzeng2，Wang Lianchao2
（1.Tianjin BinhaiHejia Veolia Environmental Services Co.Ltd.，Tianjin300280；2.Guohuan Hazardous Waste Disposal Engineering Technology（Tianjin）Co.Ltd.，Tianjin300280）

We theoretically analyzed the type selection’s considerations of feed water pump of heat recovery boiler in hazardous waste incinerators and proposed corresponding suggestions.We also analyzed the deviation between selective theory type and practical operation.Through frequency conversion control plan，the method to adjust water pump performance was proposed in order to satisfied the pump application in a changing working conditions.

water level in steam drum；feed water pump of heat recovery boiler；frequency conversion control；energy conservation

X705；TK223.5

B

1005-8206（2016）04-0064-03

2016-07-11

王峦（1976—），工程师，主要从事项目管理、项目运营和生产。