脱硫氧化风机的变频改造和控制研究

摘要：脱硫氧化风机的能耗较大，对于不同工作情况来说所需的运行方式也存在一定区别，根据实际中不同工况下的脱硫量与氧化风机对应的运转工况，对脱硫氧化风机进行变频改造具有十分重大的意义。文章以脱硫氧化风机变频改造需求为切入点，针对脱硫氧化风机变频改造方案进行了论述，最后就脱硫氧化风机的节能效果和控制进行了分析。

关键词：脱硫氧化风机；变频改造；变频控制；脱硫量；节能效果 文献标识码：A

中图分类号：X701 文章编号：1009-2374（2015）29-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.020

脱硫氧化风机主要被运用在火力发电厂中，其最主要的目的就是实现电厂烟气脱硫降耗，对于电厂发电工作具有很重要的作用。对脱硫氧化风机进行变频改造是实际工作不断发展进步的需求，其应该根据电厂用煤含硫量、脱硫量及脱硫速率等实际数据进行变频方案设计，再结合现有氧化风机的基本性能特点对其进行变频改造，实现脱硫过程的变频控制。

1 脱硫氧化风机变频改造的问题

脱硫氧化风机变频改造的问题由来已久，其最主要的原因是传统的脱硫氧化风机能耗过高，给电厂带来了较大的能耗负担和经济负担。对于脱硫装置来说，其能耗较大的部分主要有循环泵、真空泵、增压风机以及湿磨机等。这些设备的能耗都很高，加之其存在能量损失，更是直接加大了总能耗。比如某电厂有两台两千兆瓦的燃煤发电机组，配套建有两台湿法烟气脱硫装置，脱硫系数按照煤炭含硫率的2%设计。其氧化风机一般设计为恒转速风机，只要脱硫装置开始运行，风机就一定会随之运行，加之其恒转速的特点，就使得不论脱硫装置处于何种工作状态，风机都会以恒定转速和恒定耗能的状态运行。其恒速特点就决定了风机能耗与脱硫量等因素无关，基本处于一个独立设备的状态。当脱硫装置处于低硫低负荷的运行状态时，风机就会产生大量能耗，与脱硫工作量不对应。所以，为了消除这一不对应的关系，需要对脱硫氧化风机进行变频改造，使其可以按照脱硫工作状态自动调节运行状态，使能耗和脱硫工作始终保持在合理同等水平。

2 脱硫氧化风机变频改造方案分析

2.1 根据电厂实际需求设计风机性能参数

脱硫氧化风机的变频改造需要根据电厂的实际需求来进行，即根据电厂所用煤炭的含硫率、电厂发电机组的功率以及相关脱硫装置的脱硫率等进行设计。从煤炭含硫率来讲，国内电厂用于发电的煤炭其含硫率基本持平，因此这方面的考量不用太多。电厂发电机机组的功率对于不同的电厂来说就有较大的区别了，从几百兆瓦到上千兆瓦，不同功率的发电机机组其所对应的烟气量也存在较大区别。对于脱硫装置来讲，不同类型的脱硫装置以及不同型号的脱硫装置，其脱硫率存在较大差别，在实际工作环节中所对应风机风量也不同。所以，对脱硫氧化风机进行变频改造，就应该从这些方面的具体情况进行设计。比如，在正常运行的情况下，脱硫氧化风机的转速处于可调节范围。当风机转速降低，部分空气会产生回流，在短时间内引起风机排风不顺以及温度上升。当温度上升过快达到甚至超过临界值时，就会对风机形成损坏。所以，风机转速设计要在允许范围内，按照合理的变化速率实现变频调节。

2.2 解决抢风问题

当电厂脱硫装置设有多台氧化风机时，如果对其中一个进行速度调节，就可能使与其相邻的风机发生抢风现象。所以，对脱硫氧化风机进行变频改造，使其可以通过自动化变频系统实现转速自动调节，可以在转速变化上进行同步升高或降低，避免抢风现象出现，减少对脱硫装置正常工作的影响。

2.3 脱硫氧化风机能耗与流量保持线性关系

对脱硫氧化风机进行变频改造，其目的就是保持氧化风机的能耗与风流量保持线性关系。即保持氧化风机的能耗随风机转速升高而增加，随风机转速降低而减少，使两者保持同步线性关系，就可以根据该线性关系实现对脱硫氧化风机的变频调节。

2.4 保持氧化风机与脱硫装置的电量消耗线性关系

一般来说，氧化风机与脱硫装置都是使用的独立电源，可以对两个回路加装传感器，实时测量监控两个回路的能耗变化情况。详细来说，脱硫装置的能耗与其运转状态具有直接关联，满负荷工作状态的能耗明显高于低负荷运转状态。所以，氧化风机要在脱硫装置的工作状态之上进行变频调节，则需要根据脱硫装置的能耗调节其自身能耗，即要与脱硫装置的能耗保持线性关系。

3 脱硫氧化风机的节能效果分析

脱硫氧化风机的节能效果是与其扬程及流量具有直接关系的，扬程越高、流量越大，则能耗越高；扬程越低、流量越小，则能耗越低。对于脱硫氧化风机而言，其扬程基本是由风机自身属性决定的，与运行工况的联系不大。但是流量则与运行工况具有直接关联。运转速度越高，流量越大；运转速度越低，流量越小。所以，脱硫氧化风机的变频改造主要在流量调节上得以体现。

脱硫氧化风机主要是将系统中存在的亚硫酸钙进行氧化，而亚硫酸钙的含量又是由二氧化硫的脱除量决定的，所以二氧化硫浓度以及烟气负荷直接决定脱硫装置所需的氧化风量，也决定了氧化风机的转速。因此，在脱硫过程中，当二氧化硫与烟气负荷逐渐降低时，就应该使氧化风机进行自动变频降低转速，在满足脱硫工作的需求下实现最小能耗。假设电厂的运行工况为：负荷是100% BMCR，含硫率为2%，二氧化硫脱除负荷比为1。这是假定的运行工况，再根据实际来说，二氧化硫浓度与烟气负荷一直处在波动状态，所以需要以系统较长时间内的平均工况作为参照。一般来说，根据电厂的实际情况，运行负荷按照锅炉最大额定出力的30%～100%考虑，含硫量按照1%～2%设计，脱硫率按照95%设计。再考虑简化需求，假定负荷百分比和烟气量成线性关系，在此基础上进行节能分析。

4 脱硫氧化风机控制分析

4.1 不同烟气量下脱硫氧化风机控制分析

从理论上来说，氧化风机的空气量与脱硫量是成线性关系的，二氧化硫的脱除量可以根据脱硫效率和二氧化硫浓度计算得出。脱硫氧化风机主要是根据DCS分散控制系统得出的氧化风机变频器和二氧化硫脱出量的关系，进行连续变频调节，控制氧化空气量，以起到节能的效果。举例来说，当二氧化硫的浓度保持在4000mg/m3时，不同烟气流量多对应的氧化风机数量和转速均不相同。在烟气流量为30%～57%时，一般使用单台脱硫氧化风机，转速保持在630～960转即可满足脱硫工作；当烟气量保持在57%时，可以使用单台风机进行满负荷运行或者两台风机进行低负荷运行；当烟气量达到57%～70%之间时，一般使用两台脱硫氧化风机进行工作，其转速维持在630转/分钟；当烟气量超过70%，一般使用两台脱硫氧化风机，转速保持在630～960转/分钟。

4.2 不同二氧化硫浓度下脱硫氧化风机控制关系

二氧化硫浓度不同时，对于脱硫氧化风机的控制也存在一定区别。当二氧化硫的浓度小于1070mg/m3时，一般采用单台脱硫氧化风机，风机转速控制在630t/h；当二氧化硫的浓度在1070～2000mg/m3之间时，采用单台脱硫氧化风机，使其运转速度保持在630～960转每分钟，并且应该按照二氧化硫浓度曲线进行相应变化；当二氧化硫浓度在1070mg/m3时，可以采用单台脱硫氧化风机满负荷运行，或者采用两台脱硫氧化风机进行低负荷运行；当二氧化硫的浓度在2000～2369mg/m3之间时，通常可用两台脱硫氧化风机并行，其转速控制在630t/h；当二氧化硫的浓度在2370～3950mg/m3之间时，一般采用两台脱硫氧化风机并行，其转速控制在630～960t/h范围内。在此基础上，要使风机转速变化与入口二氧化硫浓度维持线性关系。

4.3 二氧化硫脱除量与脱硫氧化风机控制关系

研究此部分的控制关系，可以假定脱硫效率为95%。当二氧化硫的脱除量小于3.7t/h，一般采用单台脱硫氧化风机，使其转速维持在630转每分钟运行；当二氧化硫脱脱除量在3.7～6t/h之间时，仍然采用单台氧化风机，使其转速维持在630～960转/分钟运行；当二氧化硫脱除量为6t/h，可以采用两台氧化风机低负荷并行，或者使用单台氧化风机满负荷运行；当二氧化硫脱除量在6～7.3t/h之间时，可以使用两台氧化风机并行，使其转速保持在630转/分钟；当二氧化硫脱除量在7.3～12.1t/h之间时，可以使用两台氧化风机进行并行，转速维持在630～960转/分钟。但是总的来说，由于煤源会产生变化，所以含硫率也会出现变化，仅仅通过限定一个条件来进行氧化风机控制是不完善的，因此需要结合多个方面的指标进行综合控制。

5 结语

脱硫氧化风机变频改造是电厂在不断发展进步过程中的必然要求，对其进行变频改造需要结合电厂实际情况，设计科学合理的变频改造方案。对于氧化风机的控制，需要从多个方面入手，在限定不同的条件下，对其进行综合控制。

参考文献

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[2]李继忠.600MW机组脱硫增压风机变频改造可行性研究与实施[J].山东电力高等专科学校学报，2012，（1）.

[3] 李国勇，黄志丹，柳进云，等.调峰电厂脱硫装置氧化系统设计与配置[J].能源环境保护，2014，（4）.

作者简介：黄锴（1984-），男，江西高安人，湖北华电西塞山发电有限公司助理工程师，研究方向：电力生产。

（责任编辑：陈 倩）