4E 吸收塔再循环泵变频器节能效果评估分析

吴少飚 胡燕辉 刘 刚

（1.光大城乡再生能源（萧县）有限公司，宿州 235200；2.浙江省能源集团有限公司，杭州 310000；3.浙江浙能嘉华发电有限公司，平湖 314200）

4E 吸收塔再循环泵变频器是一种将固定转速的电机改变为可调转速的设备。通过改变电机输入电源的频率，可以控制电机的转速，从而达到控制再循环泵流量、压力等工艺参数的目的。在4E 吸收塔中，再循环泵的作用是将塔内的液体循环利用，提高吸收效率[1]。使用变频器，可以精确地控制泵的流量，使其与系统的需求相匹配，避免能源浪费。光大城乡再生能源（萧县）有限公司升级改造的4E 吸收塔再循环泵变频于2022 年10 月25 日正式投入试运和自动调频，在此过程中对其进行了试运参数收集，对自动调频经济性进行了分析评估。

1 变频器性能介绍

1.1 变频器性能参数

变频器性能参数如表1 所示。

表1 变频器性能参数

1.2 变频器自动调频功能

第一，调节被控量。设定净烟气SO2浓度范围为20～30 mg·m-3。设定在某个值时，如果变频器在运行，将自动跟踪调节吸收塔再循环泵E 转速，使净烟气SO2浓度尽量接近设定值。但变频器自动调节可设为38～52 Hz，超过该范围引起净烟气SO2浓度过低时应调低pH 值或停止其他泵，过高时则应提高pH 值或增投其他泵。

第二，调节前馈。机组负荷为200～660 MW 时，变频器频率对应增加0～2 Hz；脱硫进口SO2浓度为800～1 600 mg·m-3时，变频器频率对应增加0～2 Hz。

第三，变频器速度指令4～20 mA 对应0～60 Hz。变频器启动时，初始发16.7 mA（变频器初始频率50 Hz）维持5 min（程控自动计时）后，方可手动调节或投自动。手动调节或自动调节的频率调节范围均为38～52 Hz。主要考虑过低转速时压力和流量低、喷嘴物化效果差，脱硫效率会受较大影响且浆液流动慢、浓度过高易堵等因素[2]。

第四，投入自动调频后，如遇净烟气SO2反吹时，将会撤出变频、自动提高频率至50 Hz 并计时5 min。反吹结束延时5 min 后，判断无反吹信号则将自动恢复自动调频。利用每24 h 烟气排放连续监测系统（Continuous Emission Monitoring System，CEMS）反吹一次的信号，自动提高频率至50 Hz 进行高流量运行冲洗浆液喷淋管。

第五，投入自动调频后，如遇净烟气SO2浓度信号失常、故障信号或标定时，则会自动撤出调频，此时需待信号恢复、可以投自动后，再次人工投入自动调频。

2 实验评估

2.1 变频器转速对净烟气SO2 浓度的影响分析

为了评估4E 吸收塔再循环泵变频器的节能效果，进行变频器试运行，并收集和整理其运行参数，重点针对同工况下变频器在不同转速下对净烟气SO2浓度的影响，根据评估数据可以得出如下结果。

第一，各频率下，随着转速上升，线圈温度、轴承温度均上升，但处于正常温度范围。60 Hz 运行1 h稳定后，线圈温度、电机轴承温度、泵轴承温度、电机轴承振动、泵轴承振动均在正常范围[3]。其中，电机轴承振动、泵轴承振动在各种转速下基本维持无变化，故高转速对电机的安全性影响不大，但对泵的磨损肯定存在，且叶轮离心力提高后应力增加，需要厂家确认是否可行。

第二，泵额定转速为592 r·min-1，电机额定转速为595 r·min-1。运行频率为38～52 Hz 时，从实际值分析，泵出口压力满足喷淋管防堵需要；泵喷淋层压强也满足喷嘴雾化所需压强（＞0.1 MPa），且不低于其他泵的喷淋层雾化压强，喷嘴喷淋效果未受较大影响。

第三，频率大于52 Hz 运行后，泵出口压力表已不再上升，保持在0.29 MPa，电机电流也不再上升，保持在78 A 左右，同工况下净烟气SO2浓度未见下降。根据喷嘴厂家意见以及天地设计提供资料，喷嘴流量设计达到额定的110%时，喷嘴雾化粒径分布和雾化效果不会受影响，更高流量下不承诺。二期机组喷嘴采用D32 的单向单头空心喷嘴，根据泵相似理论，在转速为660 r·min-1时即为110%流量，此时对应频率在55 Hz。因吸收塔再循环泵为混流泵，在扬程较高区间内，其扬程随流量变化不明显，体现在其静压未再上升[4]。根据实验室试验结果，喷嘴压力越高，喷嘴喷出的液体体积与液滴总表面积之比将越小（可以理解为液滴颗粒越细，总表面积越大）。液滴颗粒过细时液滴之间凝聚距离离喷嘴更远，但喷嘴之间伞状重叠覆盖量也增加，对脱硫提效逐渐不明显，即对净烟气SO2浓度已无影响，故频率至53 Hz 后脱硫效能未能提高。

第四，频率为38 Hz 运行时，其他参数不变的前提下，可以保持净烟气SO2基本稳定（＜1.5 mg·m-3），无大幅突升情况，说明喷嘴雾化效果仍保持，但因流量下降会使净烟气SO2稍有上升。

第五，在频率低于38 Hz 运行时，泵出口压强未见明显变小，泵喷淋层静压仍有0.1 MPa。根据文献资料，一般大于38 Hz时喷嘴目测开始有雾化和覆盖效果，在小于38 Hz 时喷嘴雾化能力将消失。根据喷嘴厂家意见，喷头压强在0.07 MPa 也基本不影响伞状覆盖和雾化能力。但从净烟气SO2浓度看，影响程度已大于38 Hz 且呈现上升趋势，增加幅度为2～3 mg·m-3，后续可保持机组负荷、原烟气SO2浓度稳定前提下继续观察试验。另外，喷嘴具体雾化效果，有待检修机会时打开人孔门进行检查，或采用雾滴激光检测仪进行分析更明了。

2.2 变频器自动调频响应速度和跟踪调节能力分析

自动调频响应速度是衡量变频器性能的重要指标之一，通过评估变频器的自动调频响应速度和跟踪调节能力，可以全面了解其性能特点[5]。变频器自动调频响应速度和跟踪调节能力评估结果如图1 和图2 所示。由此可以看出，E 泵电机转速和电流，跟随净烟气设定值自动调节，响应速度达到预期。

图1 转速跟随净烟气设定值自动调节

图2 电流跟随净烟气设定值自动调节

3 结论

针对4E 吸收塔再循环泵变频器节能效果评估分析，得出的主要结论如下。

第一，根据厂家和试验平台试验结果，一般空心单向喷嘴最佳雾化静压为0.08 MPa，最小可正常雾化静压为0.07 MPa。

第二，从实际值分析，频率为38～52 Hz 时，泵出口压力满足喷淋管防堵需要；喷淋层压力也满足最佳压强（0.08 MPa），且不低于其他泵层喷淋层雾化压强，喷嘴喷淋效果未受较大影响。频率低于38 Hz 甚至35 Hz 也仍能满足喷嘴最小可正常雾化压强需要（0.07 MPa），但还需稳定工况后继续试验比较和确认。

第三，频率在53 Hz 以上时，雾化效果提升但比较有限，且喷嘴喷淋伞重叠度提高，脱硫效能比并未能继续提高，且考虑叶轮应力和磨损影响，暂不考虑该区间运行。

第四，频率为38 Hz 时，E 泵节电量接近340 kW·h；频率为40 Hz 时，E 泵节电量估算接近300 kW·h。频率为53～60 Hz 时，E 泵耗电量估算略有增加。

鉴于以上试验结果，目前暂时将调频可用范围设置在38～52 Hz，即远方的手动/自动调频可设范围、可调范围均暂时为38～52 Hz。转速反馈量程、频率输入和反馈量程范围均设置在0～60 Hz。