浆液循环泵变频改造在燃煤电厂脱硫系统中的应用与效益分析

一、改造背景

某电厂 1 号机组脱硫吸收塔采用逆流喷雾 塔高烟气由侧面进气口进入吸收塔，并在上升区与雾状浆液逆流接触，处理后的烟气在吸收塔 经过湿式电除尘系统排然后至烟囱。在上层配有 4 组喷淋层，从上到下依次对应 A、D、B、 安装的四重离心空心锥形式的喷嘴，经过湍流器使气液效率接触，并达到高的SO2 吸收性能，脱硫后的烟气流向装在吸收塔顶部的管束式除尘除雾器。

4 台浆液循环泵正常情况下两运两备，视烟囱入口 SO2 排放浓度启停第三台、第四台浆液循环泵，存在的主要问题如下：

1．引风机失速风险：三台及以上浆液循环泵运行时，辅机电耗增加，烟道阻力增大，因引风机原始设计裕度不足，风机动叶闭锁工况（开度 85%）运行区间临近失速区，多次发生风机失速现象，给机组安全造成很大威胁。为防止风机失速，被迫限负荷，造成电量损失及两个细则考核。

2．设备可靠性下降：浆液循环泵启停频繁，导致浆液循环泵损坏加剧，对电机的长期安全运行不利。

3．难以精准控排：目前，电厂浆液循环泵优化节能主要是通过不同组合方式来实现，但该方法存在一定的缺陷，调节灵活性差，不能实现对烟囱入口 SO2 排放的精准控制，尤其是在重污染天气期间，要求控制日均值在 10mg/m³，会出现三台浆液循环泵运行时，SO2 排放过低，而只能通过调低浆液 PH 值的方法，使 SO2 排放略低于 10mg/m³ ；两台泵运行时只能通过调高浆液 PH 值的方法，使 PH 值长时间偏离最佳区间运行，会严重影响浆液品质。

4．能耗占比高：浆液循环泵作为脱硫系统的核心设备之一，其耗电率约占整个脱硫系统的65% ～76%, 因此，在达到超低排放的前提下，如何最大化降低浆液循环泵的能耗，是燃煤电厂节能降耗的一项重要研究课题。综上所述，为了降低浆液循环泵电耗、延长设备使用寿命、提高运行经济性，浆液循环泵变频改造及节能优化具有重大意义。

二、可行性分析

1. 变频调速节能原理

浆液循环泵变频是通过改变电机转速实现对循环泵流量进行调节，其实质就是改变泵的工作点。通过流体力学定律可知：泵、风机等生产设备均属于平方转矩负载，其流量与转速成正比关系，扬程、压力等参数又与转速的平方成正比关系，轴机械功率和转速的立方成正比关系, 具体如式(1) ～式(3) 所示。

（1）Q1/Q2=n1/n2（2）H1/H2=(n1/n2)2（3）P1/p2=(n1/n2)3

式中，Q 为流量，m3/h; n 为转速， r/min ; H 为杨程，m; P 为轴功率，kW。

由以上公式可知，对于离心泵负载，为了节流，如果泵转速能够按控制要求随变频器频率降低而减小，在压力基本不变的情况下，泵的能耗将能以三次方的速率下降，因此通过减小浆液循环泵电机的运行速度，可有效降低其耗电率。

2. 浆液循环泵变频改造技术路线

2.1 改造对象选择：

单塔系统可选 1～2 台循环泵进行变频改造，2 台变频节能效果更佳；结合该厂脱硫装置实际情况，因涉及主保护至少要启用运行两台，日常运行方式基本上是 B+A 或 B+D，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，C 泵扬程最低，故不对B、C 循环泵进行改造。A、D 两台循环泵扬程相同，但 A 泵对应最高喷淋层，相对来说 D 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，节能效果会更好。因此优先选择对次高层喷淋层对应的 D 泵进行改造，D 泵可作为常用泵进行组合运行期间，在适当范围内进行变频调整，在保证浆液循环泵可靠运行的前提下，实现浆液循环泵的节能运行模式；此外变频改造后可有效解决工况波动时，浆液循环泵无法频繁启停的困扰。

2.2 喷嘴特性及变频泵最低转速确定

脱硫超低排放改造时，浆液喷嘴 设计压力为 50～80kPa , 喷嘴出口浆液雾化粒径约 2200 能及脱硫效率，喷嘴的运行压力为 60 ～ 80kPa。 )～2800μm 。若该粒径满足脱硫系统的运行要求， 则节 在保证雾化效果前提下，循环泵扬程有约 4m 余量 根据流量、扬程、频率之间的关系 ( 见式 (4) 整值。结合冷态试验时浆液循环泵不同转速下的喷淋 行时浆液循环泵最低转速。

式中，Q 为流量， m3/h ; H 为杨程，m; f 调为频率，Hz

循环泵频率基本在 40 ～ 50Hz 之间调整，电机转速下降 10% 以内，对冷却效果、谐波电磁噪声与震动均影响不大。通过变频改造完全可以消除启动电流对设备的冲击，同时低速运转降低了泵中产生汽蚀的可能性。2.3 智能控制系统集成

建立安全数据接口，实时采集DCS 中关键参数：烟气流量、原/ 净烟气SO 浓度、浆液密度、pH 值等。开发智能控制软件，核心功能包括：自适应优化模型：基于实时数据与历史运行大数据（寻优），动态计算最优的浆液循环泵组合方式、目标pH 值及变频泵目标频率。

协同控制：输出指令至变频器（调节D 泵转速）和供浆调节阀（调节pH 值），实现SO 排放的闭环精确控制。安全监测：在 D 泵喷淋母管增设压力变送器，实时监测压力并设定低限报警联锁，确保母管压力始终高于设定安全值（如60kPa），保障雾化效果。

三、改造实施

1. 变频装置选型

浆液循环泵变频器选用成熟可靠的单元串联多电平型高压变频器，采用多单元串联脉宽调制叠波技术，通过功率单元串联，电源侧的输入电压经过移相变压器，变成3*N 路三相690V 的电压（N 为每相功率单元的个数），然后分别给每个功率单元供电。其主要由主电路、功率单元、控制系统组成。每个单元采用 H 桥的方式，由主控系统控制每个 H 桥的 PWM 输出。把同一相的单元输出串联起来，每相的第一个单元采用 ^*Y^′′ 方式连接，三相最后一个单元合成高压电压输出。

2.设备安装：完成D浆液循环泵变频器本体、移相变压器、冷却系统、高低压电缆的安装与敷设，并通过验收。

3. 变频边界条件调试：变频器空载、带电机空载调试正常后，进行带泵负载调试。重点调试环节：在吸收

塔正常液位下，阶梯式降低变频器输出频率（从50Hz 逐步降至40Hz），详细记录各频率点对应的：电机输入电流、电压，泵出口压力，喷淋层母管压力，通过吸收塔人孔门目视观察对应喷淋层喷嘴雾化形态。综合分析上述数据，特别是雾化观察结果，最终科学判定并确认保证正常喷浆效果的最低安全运行频率为 42Hz。

4. 自动控制投运：将D 浆液循环泵切换至变频运行模式，投入智能控制系统，将变频器频率调节回路及吸收塔供浆调节阀投入自动控制模式，进行设定值扰动试验，优化控制参数（PID），确保系统响应快速、稳定。5. 系统联调与优化：完成整个脱硫智能节能控制系统的联调，重点优化 SO 排放浓度控制逻辑，实现小时均值稳定控制在目标值附近，并根据实际效果微调模型参数。

四、改造效益分析：

1. 经济效益（与同类型未改造的2 号机组对比）：

两机组平均负荷接近，1 号机原烟气 SO 浓度总体高于 2 号机（意味着脱硫负担更重），变频泵（1D）平均运行电流降至54A，显著低于同容量工频泵（2D）的85A（电流下降约36.5%）。四个月累计节电量达到 46.77 万 kWh，根据四个月运行数据趋势及机组年运行小时数推算，全年节能量预期可达140 万kWh 以上，经济效益显著。

2. 项目安全效益

2.1 消除启动冲击：

变频软启动将启动电流限制在额定电流的1.2-1.5 倍以内，极大减轻了对电机、泵轴、断路器及电网的冲击。2.2 降低引风机失速风险：

通过变频精细调节 1D 泵流量，减少了三泵全速运行的时长和必要性，有效降低了系统阻力，使引风机运行点远离失速区，显著降低了失速风险，提高了机组运行安全性。

减少工频启停次数，降低机械应力和电气冲击，延长了泵、电机及相关阀门的使用寿命。

3. 项目环保效益

3.1 精准控排：

智能控制系统通过协同调节变频泵转速和供浆 pH 值，显著提升了对净烟气 SO2 浓度的控制精度和稳定性。统计分析显示，改造后 SO 排放浓 下降了 30% 以上。图 1 直观展示了 144 小时内改造机组（1 号）与未改造机组（2 号） SO 浓度控制曲线对比。改造机组浓度波动范围明显收窄，能更紧密地在设定值附近“贴线”运行，避免了大幅超低排放造成的能耗浪费。

净烟气SO2 控制品质比对（144h）

3.2 优化浆液环境：

变频调节比工频泵启停或 pH 调节响应更快，能更好适应负荷及入口 SO2 浓度的变化，减少了因控制排放而被迫偏离最佳pH 区间运行的时间，有利于维持良好的浆液反应活性与石膏结晶条件。

五、总结及建议

为适应电网深度调峰要求，后续机组将进行灵活性改造，最低稳燃负荷将由 40% 下探至 20%，随着负荷下降，烟气流量随之降低，为获得最佳的节能效果，后续计划再进行一台浆液循环泵的变频改造，两台变频泵运行，同时持续优化控制算法，探索融入预测控制、人工智能技术，提升系统对复杂工况（煤质突变、负荷快速升降）的自适应能力和预判能力，节能的同时实现对出口二氧化硫的宽负荷精准控制。

参考文献：

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