吸收塔循環(huán)泵調(diào)速裝置節(jié)能改造探討

文_吳偉良

浙江德創(chuàng)環(huán)保科技股份有限公司

1 項(xiàng)目概述

1.1 項(xiàng)目背景

燃煤機(jī)組中的各類風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)等用電量約占廠用電的70%～75%。部分風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的負(fù)載隨機(jī)組負(fù)荷和季節(jié)變動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行所需功率遠(yuǎn)小于電機(jī)輸出功率，運(yùn)行時(shí)常采用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)和閥門(mén)節(jié)流，造成了很大的管網(wǎng)損耗和能源浪費(fèi)。

1.2 現(xiàn)有情況

A自備電廠煙氣脫硫工藝現(xiàn)采用石灰石－石膏濕法脫硫，吸收塔設(shè)四層漿液噴淋層，分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)漿液循環(huán)泵，現(xiàn)漿液循環(huán)泵采用的是通過(guò)在不同工況條件的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中尋求最佳漿液循環(huán)泵組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但存在著以下問(wèn)題：①脫硫塔由多臺(tái)循環(huán)泵組成，均采用工頻電機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程中，存在能耗較大的現(xiàn)狀。②循環(huán)泵系統(tǒng)對(duì)吸收塔L/G 比的調(diào)節(jié)不連續(xù)且與最佳L/G 比偏差較大。③啟停循環(huán)泵對(duì)吸收塔漿液的pH 值會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，不利于吸收塔內(nèi)SO2的吸收反應(yīng)速率。④在機(jī)組負(fù)荷快速波動(dòng)的工況條件下，切換漿液循環(huán)泵組合方式的調(diào)整時(shí)間偏長(zhǎng)，對(duì)穩(wěn)定控制SO2排放的難度較大。

目前需對(duì)吸收塔循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能裝置改造，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1、表2 所示。

表1 電機(jī)參數(shù)表

表2 循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)表

1.3 總體目標(biāo)

針對(duì)上述問(wèn)題，計(jì)劃對(duì)吸收塔循環(huán)泵進(jìn)行調(diào)速裝置改造，完成改造后，在滿足工況應(yīng)用要求前提下，循環(huán)泵實(shí)際轉(zhuǎn)速不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的80%工況下，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)循環(huán)泵節(jié)電率均值不低于21%。

1.4 預(yù)期成效

1.4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前功率因數(shù)0.8，實(shí)際有功功率1.732×U×I×cosφ≈391.6kW,根據(jù)具體應(yīng)用工況，年運(yùn)行時(shí)間8000h，電價(jià)0.38 元/kW，通過(guò)改造可實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)約25 萬(wàn)元/a。

1.4.2 社會(huì)效益分析

在節(jié)能基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了惡劣工況（易燃、易爆、粉塵、腐蝕和潮濕等）高電壓機(jī)組可靠穩(wěn)定無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)漿液循環(huán)泵運(yùn)行負(fù)荷和大幅降低能耗。無(wú)諧波產(chǎn)生、無(wú)漏液和無(wú)磁場(chǎng)泄漏輻射等，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)、環(huán)保生產(chǎn)。帶緩沖的軟啟動(dòng)，減少電機(jī)的沖擊電流,延長(zhǎng)電機(jī)、泵及電網(wǎng)等設(shè)備使用壽命。柔性非接觸式傳遞扭矩，隔離設(shè)備振動(dòng)和降低運(yùn)行噪音。機(jī)械特性可靠性高，運(yùn)行和維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低。

1.5 項(xiàng)目總投資預(yù)算和投資回報(bào)周期

現(xiàn)對(duì)吸收塔循環(huán)泵進(jìn)行永磁調(diào)速裝置改造，年運(yùn)行時(shí)間8000h，循環(huán)泵改造后節(jié)約電費(fèi)25 萬(wàn)元/a，該項(xiàng)目總投資72 萬(wàn)元，投資回報(bào)周期低于3a。

2 技術(shù)分析

2.1 永磁調(diào)速裝置技術(shù)簡(jiǎn)介

永磁調(diào)速裝置通過(guò)改變磁場(chǎng)嚙合面積大小，導(dǎo)致傳遞扭矩的改變，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速節(jié)能。它是專門(mén)針對(duì)泵、風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)、破碎機(jī)、磨煤機(jī)等負(fù)載的適用技術(shù)。除了節(jié)能之外，還能解決設(shè)備的對(duì)中問(wèn)題、振動(dòng)問(wèn)題、軟啟動(dòng)問(wèn)題，具有過(guò)載保護(hù)及調(diào)速功能。

2.2 永磁調(diào)速裝置構(gòu)成

永磁調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)（圖1）主要有3 部分組成：①導(dǎo)體轉(zhuǎn)子（材質(zhì)為銅），與電機(jī)軸連接。②磁體轉(zhuǎn)子（材質(zhì)為稀土永磁），與負(fù)載軸連接。③調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)整永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間嚙合面積的機(jī)構(gòu)。

圖1 永磁調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3 永磁調(diào)速裝置與變頻調(diào)速裝置比較

2.3.1 隔振和柔性傳動(dòng)

變頻調(diào)速時(shí)，電機(jī)軸和水泵軸需要通過(guò)聯(lián)軸器硬件聯(lián)接，需要較高的對(duì)中度和較高強(qiáng)度減震材料，如果對(duì)中不好必然引起設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)加大，影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命；永磁調(diào)速裝置電機(jī)軸和泵軸分別安裝導(dǎo)體和永磁轉(zhuǎn)子，二者無(wú)硬件聯(lián)接，完全靠磁場(chǎng)傳遞扭矩，為柔性傳動(dòng)，解決了對(duì)中誤差和大幅度降低振動(dòng)和磨損。

2.3.2 無(wú)諧波和電子干擾

變頻調(diào)速時(shí)，通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)工作頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，但需要可控硅改變工作電壓，必然產(chǎn)生諧波污染，會(huì)干擾周邊的電子元器件的穩(wěn)定工作，容易造成相關(guān)或其它電子設(shè)備出現(xiàn)故障。

2.3.3 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

變頻器由多組IGBT 模塊組合，發(fā)熱較大，自身容易老化，也容易受環(huán)境粉塵、潮濕、高溫等因素干擾產(chǎn)生故障停機(jī)或跳泵；同時(shí)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載發(fā)生非故障過(guò)載時(shí)，也極易跳泵、停機(jī)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。永磁調(diào)速裝置為機(jī)械調(diào)速結(jié)構(gòu)，無(wú)需無(wú)塵、恒溫恒濕的工作環(huán)境，能適應(yīng)各種惡劣工況下工作，發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)可以自動(dòng)完全脫開(kāi)，大幅提高運(yùn)行可靠性、降低設(shè)備故障率。

2.3.4 退磁和消磁的保障

一般情況下，永磁調(diào)速裝置正常運(yùn)行的前提下，永磁鐵時(shí)不會(huì)發(fā)生消磁現(xiàn)象的。在正常使用條件下，永磁調(diào)速裝置本體使用壽命大于30a。

通過(guò)外接水冷卻系統(tǒng)，可有效減少導(dǎo)體轉(zhuǎn)子因磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生渦流造成的溫度上升，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子表面溫度一般控制在60℃以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁體的消磁居里點(diǎn)，可靠性更高。額定轉(zhuǎn)速65%～70%的情況下，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)熱量達(dá)到極限值，此時(shí)永磁體系統(tǒng)表面溫度60℃以下，永磁轉(zhuǎn)子基本都處于安全穩(wěn)定的工作溫度范圍內(nèi)。

如果冷卻水系統(tǒng)發(fā)生異常故障，導(dǎo)致永磁導(dǎo)體轉(zhuǎn)子冷卻水量不足或丟失，可通過(guò)主機(jī)進(jìn)水口流量傳感器流量報(bào)警值或壓差傳感器或回水口溫度傳感器等及時(shí)發(fā)現(xiàn)。如果進(jìn)水流量過(guò)低或壓差較大或回水溫度超過(guò)85℃，系統(tǒng)均可以及時(shí)將導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子完全脫開(kāi)，使導(dǎo)體轉(zhuǎn)子脫開(kāi)空載運(yùn)行，保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，避免較長(zhǎng)時(shí)間的空氣對(duì)流造成的磁場(chǎng)消磁。

2.3.5 導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的碰擦保障措施

導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙寬度為4 ～5mm，兩轉(zhuǎn)子的定位依靠雙方支點(diǎn)的軸承座固定和限位的，兩轉(zhuǎn)子的環(huán)縫氣隙可允許的安裝誤差為±0.5mm。兩轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中主要承受徑向力和微弱的軸向力，通過(guò)外接的電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)子的軸向距離，本身在調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部也設(shè)有機(jī)械限位結(jié)構(gòu)，保證了兩個(gè)轉(zhuǎn)子的徑向和軸向的可靠性，杜絕了碰擦現(xiàn)象的發(fā)生。

3 永磁調(diào)速裝置改造方案

本改造項(xiàng)目具體改造方案及要求如下：①循環(huán)電機(jī)后移，重新制作混凝土基礎(chǔ)及二次灌漿地腳螺栓。②調(diào)整底座高度，保證電機(jī)、永磁調(diào)速裝置基礎(chǔ)與循環(huán)泵中心高度尺寸一致，以滿足最終安裝要求。

施工步驟如下：①拆除聯(lián)軸器連接螺栓，拆除電機(jī)/減速機(jī)聯(lián)軸器、拆除電機(jī)電纜。②按電機(jī)說(shuō)明書(shū)吊裝電機(jī)至安全區(qū)域，吊裝永磁設(shè)備至安全區(qū)域。③刨除電機(jī)尾部基礎(chǔ)，按基礎(chǔ)圖施工，重新折筋制作新基礎(chǔ)。在原電機(jī)安裝部位的鋼梁切割開(kāi)來(lái)，并切除表層部分混凝土基礎(chǔ)，適配永磁底座和設(shè)備中心高度。④分別將永磁主機(jī)和電機(jī)對(duì)位，開(kāi)地腳孔，分別根據(jù)電機(jī)底座和永磁底座的底腳安裝孔位定位地腳螺栓，并完成地腳螺栓二次灌漿。⑤分別安裝永磁調(diào)速裝置和電機(jī)，分別做好循環(huán)泵/永磁主機(jī)聯(lián)軸器和永磁主機(jī)/電機(jī)聯(lián)軸套的對(duì)中安裝，螺栓組連接固定，確保安全、牢靠。⑥安裝執(zhí)行器、控制箱及相關(guān)配件，接好電機(jī)電纜等。

4 結(jié)語(yǔ)

永磁調(diào)速裝置在保證穩(wěn)定運(yùn)行條件下，能極好地承擔(dān)循環(huán)泵節(jié)能降耗的作用。其相比變頻調(diào)速而言，具備一定的優(yōu)勢(shì)，且永磁調(diào)速裝置施工較為簡(jiǎn)單，具有廣泛的應(yīng)用前景。