浅谈电站燃煤锅炉烟气脱硫装置的节能运行

郭新犁

摘  要： 文中阐述了电站锅炉脱硫岛的泵与风机的效率低下是导致整个脱硫装置电耗偏高的主要因素。通过对泵与风机的不同调节方式的分析对比，提出泵与风机在使用当中采用变速调节是实现节能降耗的最佳手段。

关键词： 脱硫；泵与风机；电耗；变速调节；节能

引言

近几年由于发电机组装机容量的迅速增长，我国电力供应紧张的局面基本得到缓解，部分地区的电力供应甚至出现盈余，火电机组经常低负荷运行。同时，由于电网负荷结构发生较大变化，电网负荷的峰谷差加大，而电网的尖峰负荷和低谷负荷一般都要求火电机组来承担，火电机组不得不作调峰变负荷运行。作为锅炉的重要附属设备，烟气脱硫装置也不可避免地要随着机组负荷的变化而不断调整运行工况。而机组在变负荷或低负荷运行状态下，整个脱硫装置的厂用电率往往超过1％，耗电量巨大，其中脱硫岛的各种泵与风机的电耗占据电耗。

在电站锅炉脱硫装置中，作为各种介质的载具，泵与风机发挥着非常重要的作用。这些设备数量众多，而且在设计选型时，风机及泵类负载通常根据满负荷工作需用量来选型，而实际运行中大部分时间里这些设备并非工作于满负荷状态，因此设备运行效率普遍低下。加之这些设备都是长期连续运行和经常处于低负荷及变负荷运行状态，因此电耗偏大显得尤为突出。从我国提出节能降耗的政策角度出发，优化脱硫系统设备的运行状态，提高脱硫系统泵与风机的运行效率，降低脱硫设备的厂用电率已成为各个火力发电厂生产工作的一个重要目标。

1泵类常用调节方式的比较

作为清水及浆液等介质的输送载具，离心泵被广泛应用于脱硫装置。离心泵的输出特性取决于泵的种类和管网系统的阻力特性，离心式叶轮泵的特性曲线及泵的管网阻力特性曲线如图1和图2所示。

离心泵的工作原理是把电机高速旋转的机械能转化为被提升液体的动能和势能，是一个能量传递和转化的过程。通常离心泵的流量、压头可能会与管路系统不一致，或由于工

图1 离心泵的特性曲线                        图2 泵的管网阻力特性曲线

艺要求发生变化，需要对泵的流量进行调节，也就是需要改变离心泵的运行工况点。而工况点的改变由两方面引起：一．管网阻力特性改变，如阀门节流；二．泵本身的特性改变，如变速调节等。只要改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。

目前大多数电厂脱硫岛的各类泵还是通过传统的节流控制方式，既调节出口阀门来调节供水量及供浆量。其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。如图3所示，

图3  离心泵变速调节特性曲线

泵的特性曲线N与管道性能曲线DE的交点A0即为泵正常使用时的工作点。当减小阀门的开度时，阀门对介质的摩擦阻力变大，阻力曲线从DE移到DE'，扬程从H0变为H1，流量由Q0减小到Q1，运行工况点从A0点移动到A1点。在这种调节方式下，电机的大部分输入功率都被消耗在了克服阀门的阻力上，而且流量减小量越大，阀门消耗的功率就越大。

从改变泵自身特性的角度来分析，所谓变速调节是在管网阻力特性不变的情况下，通过改变泵的工作转速，使其性能曲线发生变化，从而改变运行工况点来实现调节。泵的特性曲线取决于电机的转速，如图3所示。如果把速度从n变为n'，工况点将从A0点移到A2点，扬程将从H0降到H2，流量将从Q0减小到Ql，与节流调节时输出的流量相同。在两种不同的运行工况下，A1点和A2点的轴功率分别为：

P1=Q1H1ρg/1000，P2=Q1H2ρg/1000(1)

ΔP=P1-P2=(H1-H2)Q1ρg/1000                 (2)

从公式（1）、（2）可得出，节流调节流量比用调速控制时多浪费了△P的功率，而且消耗随着阀门的开度减小而增加。根据泵的叶轮相似理论中的比例定律，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的三次方成正比。如果泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。如采用改变转速方式调整流量，轴功率将大幅度降低。当转速从n0变为n2时，Q、H、P变化关系如下：

Q=Q0(n2/n0)；H2=H0(n2/n0)2；P2=P0(n2/n0)3     (3)

因此，当水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，也就是说，当流量减小越大时，变速调节的节能效率也越大。所以，最有效的节能措施就是采用调节转速来调节流量。目前最为常用的调节转速的方式为电机变频调速和液力耦合调速。华能江西某火电厂300MW机组脱硫系统技术改造结果表明：使用变频调速的泵，其节电率可达到20%～50%，效益显著。如：一台石膏浆液排除泵的电机额定功率为50kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为26.42kW，省电47.12％；当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为7.163kW，省电85.67％；本例子说明：(1)使用调节阀节流调节流量时，阀门将消耗其所在管路的大部分流体动力。管网阻力特性已经改变，泵的运行工况点偏移，在多数情况下将导致效率下降；(2) 泵的能耗近似与流量变化的三次方成正比。使用变速方式调节流量时，系统阻力特性不变，泵的工况点不变，因此效率不变，泵系统均可稳定地工作；(3)调整泵的转速来调整流量是流量调节的最佳手段。

2   增压风机的常用调节方式的比较

轴流风机因其高效率、宽工况运行范围的优点而被广泛应用于电站燃煤锅炉。目前国内大型火力发电机组锅炉脱硫装置基本都采用动（静）叶可调式轴流风机作为增压风机。轴流风机的特性曲线如图4所示。同泵的调节方式相似，增压风机的运行工况的常用调节方式也可分为节流调节和调速调节。静叶可调轴流风机是在运行中风机依靠调节机构调节进口导叶开度，达到改变风压、风量的目的。其实质就是截流调节，通过改变风机系统的管网阻力特性来调节流量。其特性曲线如图5所示。当风机入口导叶关小时，风机入口气

图4  轴流风机的特性曲线                       图5  静叶可调轴流风机调节特性曲线

体的压力也降低，相应的气体密度变小，风机性能曲线也发生相应的改变，于是节流后的工作点由原D1移至D2 点上。

动叶可调轴流风机是在运行中依靠液压调节机构调节叶轮叶片的角度，达到改变风压、风量的目的。由于叶片的角度改变，风机的特性也将改变，其实质就是改变风机自身特性曲线来调节流量。如图6所示，叶片角度减小时，流量由Q1移至Q2，由于风机特性曲线发生变化，运行工况点由1点移至2点。

轴流风机同样遵守相似理论中的比例定律，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的三次方成正比，如公式（3）所示。因此，无论是动叶可调还是静叶可调轴流风机，通过调节风机转速都能使电耗大幅度下降。如图7中分析所示，当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用节流调节的方式，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率

图6  动叶可调轴流风机特性曲线                      图7  风机调速特性曲线

P2与面积H2×Q2成正比；如果采用变速调节方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积H3×Q2成正比。从图中可看出风机轴功率大幅度降低,并且转速越小，风机轴功率也就越小。考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践统计，风机类通过转速调节可节能40％～70％左右。如：华能湖北某电厂300MW机组，增压风机电机额定功率为2200kW，采用电机变频调速后，电耗由改造前的1662.1kW降为改造后的805.6kW，节电率达到51.5％，效益显著。

3  结语

对于泵和风机类设备来说，变速调节是一项有效的节能降耗技术，其节电率很高，几乎能将因设计冗余和用量变化而浪费的电能全部节省下来。在机组变负荷运行方式下，如果脱硫岛的主要辅机采用高效可调速驱动系统取代常规的定速驱动系统，无疑可节约大量的节流损耗，节电效果显著，潜力巨大。除此之外，由于可调速驱动系统都具有软起动功能，可使脱硫岛辅机实现软起动，极大降低了电机在运转时的机械噪音，避免了由于电动机直接起动引起的电网冲击和机械冲击，从而可以防止与此有关的事故的发生。

参考文献：

[1]  何川 郭立君，泵与风机（第四版），中国电力出版社，2008

[2]  阎维平 纪立国等，电站燃煤锅炉石灰石湿法烟气脱硫装置运行与控制，中国电力出版社，2005

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