低压变频在脱硫系统中的应用

1、.低压变频在脱硫系统中的应用本文介绍了低压变频装置在脱硫石膏排出泵、石灰石供浆泵系统中的应用，解决了两个系统中磨损和腐蚀导致的泄漏、电机过载问题，减少了运行维护工作量，提高了系统的安全性、经济性，同时提出了变频器运行中应注意的问题及解决办法。一、 概述1、湿法脱硫工艺简述湿式石灰石-石膏法烟气脱硫技术其基本原理是用石灰石粉作为吸收剂，烟气在吸收塔内自下向上流动，浆液自上而下喷淋烟气，烟气中的SO2被浆液中的CaCO3吸收，生成亚硫酸钙，再在塔内被强制氧化为硫酸钙，形成二水石膏通过石膏排出泵送至脱水装置，从而维持吸收塔的浆液平衡。石灰石-石膏湿法脱硫具有技术成熟可靠，脱硫效率高达95%以上；对煤

2、种变化的适应性强，吸收剂石灰石资源丰富，成本低，脱硫副产物便于综合利用等优点，是我国主流烟气脱硫技术。影响湿法脱硫系统运行可靠性的主要因素腐蚀和磨损，腐蚀和磨损的主要部位是转机过流部件（叶轮、耐磨环、机封）、管道的弯头、三通、变径管、阀门后受冲刷的直管道。防腐和防磨是脱硫最重要的工作，主要表现在四个浆液系统（即石膏排出泵系统、石灰石供浆系统、滤液水系统、地坑泵排水系统等），其中石膏排出泵和石灰石供浆系统的腐蚀和磨损最为突出。2014年7月1日开始实施的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）提高了烟气SO2排放标准，对脱硫装置的运行可靠性提出了更高的要求。目前国内石膏排出泵和石灰石

3、供浆泵系统一般采用再循环门调节和出口管道的节流孔板调节两种方式共同调节旋流器入口压力和流量。存在下列问题：a) 转机工频运行，相对变频运行转速高，流量大，运行时间长，造成转机叶轮、泵壳、护板磨损和腐蚀严重；弯头、三通、变径管受冲刷，导致泄漏；b) 节流调节和再循环门调节的经济性差；c) 节流孔板长期受冲刷，孔径变大，流量上升，造成电机电流过载，经常跳闸或烧损定子线圈。石膏和石灰石等颗粒容易进入再循环门调节阀门的动静间隙，造成球体破坏，调节失效 2、变频器概述变频器是把50Hz工频电源变换成电压和频率均可调的交流电的装置，根据交流电动机的转速表达式：n=60f(1-s)/p，（n f s p分别

4、为异步电动机的转速，频率、转差率、电动机极对数），可见：频率与转速成正比，改变频率即可改变转速。石膏排出泵和石灰石供浆泵一般采用离心水泵，其流量、扬程、轴功率分别与转速的一次方、二次方、三次方成正比关系。即：Q n；H n2；P n3 （Q 、H、P分别为流量、扬程、轴功率）。因此改变转变即改变了流量、扬程、轴功率，其中流量、扬程、轴功率改变的幅度随转速的变化依次增大。变频器由主回路和控制回路两大部分组成，主回路主要由整流电路，逆变电路组成，其中：整流电路将交流电变换成直流电，逆变电路是将整流后的直流电变成电压和频率可调的交流电，整流和逆变之间有储能环节，主要包括滤波、储能吸能、上电缓冲、保护

5、等回路。控制系统完成对主电路的控制，实现频率和电压的调节。变频器控制方式有恒压频比（U/f）控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等方式。在变频调速时，为了保持电机良好的负载性能，一般要求维持主磁通F不变，根据电动机电动势、电压关系式UE=4.44fNsKw 得知 磁通Uf （U E f 分别为电动机的端电压、电动势、定子频率、每极气隙磁通，Ns、Kw分别为电机定子每相绕组串联匝数、定子基波绕组系数）,因此变频调节时，一般维持U/f基本不变，电压与频率同步成正比变化，恒压频比（U/f）控制是最基本方式。二、低压变频改造实例本厂已进行12台石膏排出泵和12台石灰石供浆泵的改造，石膏排出泵电机

6、功率分别为37KW、55KW、75KW三个等级，石灰石供浆泵电机功率分别为18.5kW 22kW 37kW ，24台转机的额定转速均为 1450r/min。采用ABB ACS550标准型的无传感器矢量控制全数字交流变频器， 每个控制柜（2200*1000*600）内安装两台变频器，柜门上安装有远方就地/切换按钮，能实现变频器的就地启停和频率调节，远操时，变频器接受DCS的控制信号，实现DCS自动或手动控制。石膏排出泵自动方式运行时，DCS根据旋流器的压力给定值和反馈信号的偏差，经过PID 运算后，将420mA的调节信号输出到变频器，通过变频器调节电机转速，从而维持旋流站压力的恒定，防止旋流子堵

7、塞造成系统压力升高，旋流子破裂喷浆；供浆泵主要是通过调节转机的转速来调节供浆量，维持吸收塔PH值恒定；手动方式运行时，由运行人员在DCS上或就地变频器控制柜上直接设定电机的频率，变频器维持电机在给定频率下运行。变频调节具有下列优点1、 简化了系统，取消了系统中的节流孔板、调节阀门、再循环门和再循环管道及部份三通、弯头，节约了投资和运行维护费用。改造前和改造后的系统图变化如下：2、 取消了泵的再循环流量，取消出口节流孔板和出口调节阀门，减少节流损失，降低了转机的转速，而转机功率与转速的三次方成正比，因此大大降低了电机的功率，节能效果明显。3、 将节流调节改成变频调节，降低了浆液流量和流速，大大减

8、少浆液对设备的磨性，系统安全、可靠性得到提高，文明生产水平得到改善。4、变频器设有完善的保护，如电机过热，过流、堵转、缺相、外部线路短路、直流过压、直流欠压、变频器过温、内部故障等保护，保护功能更全，更灵敏，能快速切除故障。5、能实现转机的软启动、软停车，减小了泵的启动电流，消除了启动转矩冲击，能有效防止启动时电机短路。6、降低了电机运行时的定子电流，防止电机运行中过载，降低电机温度。7、如将石灰石供浆再循环管改造成泵的出口管，实现泵与出口管道的一一对应，能减少大量弯头和三通，提高运行可靠性，运行方式更加灵活，检修方便。8、转机堵转保护能及时发现浆液排放不彻底时转机启动时的堵转故障，防止电机损

9、坏9、具有磁通制动功能，通过增加电机磁通量，将电机制动过程中产生的电能转化为热能，满足系统快速停车的需要10、变频器能自动进行磁通优化，提高效率1%10%，同时降低电机的噪音能实现DCS和变频器的通讯11、变频器设置了共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少三、变频改造的效益分析1、节能效果55KW、75KW三个等级，石灰石供浆泵电机功率分别为37kW 22kW 18.5kW电机功率变频器参数改造前改造后节能效果型号容量额定电流额定转速r/min额定电流A实际电流A实际功率Kw运行频率Hz实际转速r/min电流A功率Kw%75KW145041-

10、42Hz55KW145040.2119357.121.737KW1450改造前，我厂石膏排出泵因再循环调节和节流调节，电机接近额定电流运行，有时因再循环门调节线性差或节流孔板磨损，经常出现超过额定电流运行，电机过载跳闸。改造后，电机运行频率基本在41-42 Hz运行，转速1239r/min左右，功率降为原来功率的62%-68%，节能32%-38%。按一天石膏排出泵运行15小时计算，每度电0.50元计费，每年可节约电费12-16万元。两台石膏排出泵不到10万不元，当年即可收回成本。P(功率Q(流量)H(压力)，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的立方成正比，

11、如果水泵的效率一定，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。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，从而达到节电的目的。例如：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8%，当转速下降到原转速的l2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5%。节省材料费情况石膏排出泵变频改造后，可以取消调门，减少漏点，缩短管道，根据我厂统计，陶瓷调门一年更换一

12、次，每个调门费用约3万元，全年石膏排出泵漏点约50个，每个漏点按衬胶管材料约1万元，人工费用约1万元，每年可节省材料和人工费用约5万元。还可以节省皮带空转电费节省人工情况安全性的提高四、变频改造应注意的问题及防止办法1、转速低造成的浆液流速下降，石膏或石灰石浆液沉积。可以通过变频器的最低转速进行限制，防止浆液堵管。我厂石膏排出泵变频改造后，运行频率大约在41-42Hz，正常运行不会造成堵管。为了防止转速过低造成管道内介质流速下降导致堵管，可以设定石膏排出泵和石灰石供浆泵的最小频率，保证最小出力，从而避免堵管，通过试验可以设置石膏排出泵和石灰石供浆泵的频率上、下限，使管道内浆液流速大于最低流速，

13、作为保护跳闸信号。经过近一年的运行，没有发生堵管现象。2、普通电机改变频后，频率一般在40-45HZ，转速下降导致的通风量下降被电流下降引起的发热量减少所抵消，用普通电机代替变频电机运行，电机温度不仅不会升高，反而会下降。3、变频改造对出口密度测量的影响。脱硫原设计的石膏和石灰石浆液密度测量一般采用科氏力质量流量计，装在主管道或主管道的旁路管道上，对流速和流量要求高，过高容易磨损，过低容易堵塞，在转机变频改造时，有两种方式保证密度计的安全运行：一：如不更换密度计，通过限制变频器的最小频率使浆液的流量或流速大于最小流量和最小流速，保证测量的准确性和防止密度计堵塞。石灰石供浆密度在含硫量低，PH值

14、高，系统流量小于最小流量时，可通过间断供浆的方式来弥补。第二种方式就是将泵出口密度计改造成从箱体取样的间断测量的压差式密度计，我厂改造后的PH计和密度计测量准确、运行可靠，维护量小、排浆量小，既节能，又减轻了地坑泵的运行时间和系统的磨损。4、变频器对环境温度比较敏感，容易超温跳闸，要避免在40以上的环境温度下长时间运行，否则应加装空调。我厂变频器控制柜安装在380V配电室内，不需要增加通风装置。5、变频改造后，必须取消管道的节流孔板，避免因节流孔板过小，导致孔板前压力上升，孔板后的流量和压力达不到设计值，造成系统出力不足。6、变频器的干扰问题。变频器的干扰包括变频器自身干扰、外界设备产生的电磁

15、波对变频器干扰、变频器对其它弱电设备干扰3类情况。高次谐波是变频器产生干扰的主要原因，对电源侧和输出侧的设备会产生影响。ABB变频器内部设置了直流摆式电抗器（0.75KW-37KW）或交流进线电抗器(45KW-110KW)，从而有效地抑制了高次谐波对电网或其它设备的影响。变频器的控制回路采用弱电控制，易受外界干扰，造成电机在运行过程中突然停机或停不下来,运行时快时慢,速度不稳定等等。因此，变频器控制回路必须采取抗干扰措施，常用的方法是屏蔽和接地，即控制回路线使用屏蔽电缆，屏蔽电缆远端屏蔽层悬空，近端接地，接地线愈短愈好，而且必须接地良好；布线时要做到强电和弱电分离,保持一定距离,避免变频器动力

16、线与信号线平行布线;增加变频器输入和输出抗干扰滤波器或电抗器; ACS550内置的RFI滤波器作为标准配置，不需要额外的外部滤波器就可以满足EMC标准。7、一般不需要配置工频旁路装置，一方面是因为石膏排出泵和供浆泵实现了一用一备，可靠性得到提高，另一方面是当两台变频器均故障时可以将电机电缆从变频器出口上移至进口，实现工频运行。8、为了减少变频器成本，可以采用一台变频器带两台泵运行，同时增加变频器旁路，以提高可靠性，可以使改造费用节约45%左右。9、对于鼠笼式电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于或等于1.1倍电动机的最大正常工作电流为原则，不能以电动机额定功率或额定电流为依据，否则会

17、因为电动机的容量和电流的富裕量太大，造成变频器选型过大，造成经济上的浪费，而可靠性并没有因此得到提高。10、不能以电动机电流下降或视在功率的下降幅度来计算电动机的节能效果，因为电动机的电流包含有有功分量和无功分量，只是有功分量才对节能有贡献，在计算节能效果时，必须用有功功率，不能用视在功率。我厂电动机配有测控装置，能直接显示功率，因此节能效果通过变频前后的功率变化直接读出。11、变频调速不仅能在其额定转速以下降速运行，还能在额定转速以上提速运行，只要保证以电机电压不能超过额定电压10%，电机温度不超限为原则。12、在变频调速器的日常维护中要特别小心。当变频器停运或故障跳闸时，必须等待几分钟后，使变频器中的电感电容放电完毕，才能开始工作，否则有可能发生人身触电事故。绝不能在变频器跳闸后，就立即用摇