CN110314526A - 一种浆液循环***调节空间计算方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种浆液循环***调节空间计算方法及其装置，该计算方法包括：根据浆液循环管路中各部件的设备尺寸及阻力因数，计算管路压头损失；根据确保喷嘴雾化效果的最小入口压力值，计算管路最小流量值；根据管路进出口处浆液的状态参数、管路压头损失和管路最小流量值，计算泵的最小扬程值；根据泵在其它转速下性能曲线、管路最小流量值和泵的最小扬程值，得出泵的最小转速值；泵最小转速值至额定转速值即为单个管路调节空间；每个管路调节空间之和即为浆液循环***调节空间。该调节装置包括：在该管路的泵上加装变频器或调速型液力耦合器。本发明能够指导脱硫浆液循环***改造，提高湿法脱硫***运行的安全稳定性、调节灵活性，同时起节能作用。

Description

一种浆液循环***调节空间计算方法及其装置

技术领域

本发明属于湿法脱硫技术领域，具体涉及一种浆液循环***调节空间计算方法及其装置。

背景技术

近两年来国内大量燃煤发电机组开始进行灵活性技术改造，并逐渐参与深度调峰，而采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺的烟气脱硫(FGD)***仍靠传统的浆液循环泵组合运行优化、吸收塔浆液pH值调控等方式进行调节，缺乏迅速调节性能及深度调节性能，故而为了确保脱硫***稳定运行并避免SO₂浓度超标排放，通常会采用较为保守的运行方式，由此导致了能耗偏高的问题。

脱硫***能耗一般随燃煤含硫量占机组发电量的0.5～1.5％左右，极高的可达到2.0％以上，而浆液循环泵作为主要耗电设备，其能耗又占整个脱硫***能耗的65～76％左右。而通过在浆液循环泵上加装变频器或调速型液力耦合器，对浆液循环管路进行流量调节，从而实现脱硫***的工艺流程优化和节能降耗。

综上所述，现有湿法脱硫***的浆液循环***存在以下问题：

(1)脱硫***安全稳定性不足：频繁的大功率泵启停会影响泵的电机寿命、吸收塔液位的稳定以及造成厂内电网的电压波动。

(2)脱硫***灵活性不足：对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫***较难跟随主机作节能的泵组合优化运行，因为这种调整方式对脱硫效果而言是非线性的，即脱硫***缺乏随原烟气SO₂浓度和机组负荷波动的线性调节性能及迅速调节性能；当机组负荷较低或燃煤含硫量远低于设计煤质含硫量时，即使采用最节能的运行方式，仍有可能把SO₂排放浓度压得很低甚至为零，无法充分利用SO₂排放浓度压线空间，即脱硫***缺乏深度调节性能。

(3)脱硫***运行能耗偏高：浆液喷淋量的提高有利于传质性能的强化，从而提高脱硫效率，但脱硫效率随浆液喷淋量的增加而增加的趋势逐渐变缓，即浆液喷淋量大到一定程度后对提高脱硫效率的影响变小，而***能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫***运行于高脱硫效率区间以满足35mg/Nm³的排放标准，且为了避免工况波动引起的排放超标情况，一般会把净烟气SO₂浓度压得比较低，即脱硫***无法充分利用净烟气SO₂浓度压线运行空间，能耗偏高。

发明内容

基于以上需求和缺点，本发明的目的是提供一种浆液循环***调节空间计算方法及其装置，以提高湿法脱硫***运行的安全稳定性、调节灵活性，同时起节能作用。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种浆液循环***调节装置，包括若干浆液循环管路，每个浆液循环管路按浆液流动方向依次由滤网、蝶阀、泵入口管路、浆液循环泵、泵出口管路和喷嘴连接构成，且滤网设置在泵入口管路与吸收塔的连接处，喷嘴设置在吸收塔内，每个浆液循环管路上的浆液循环泵上加装有变频器或调速型液力耦合器，以实现对浆液循环管路的流量调节。

本发明进一步的改进在于，原烟气在吸收塔里面与浆液进行脱硫反应后成为净烟气。

一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，该方法基于上述一种浆液循环***调节装置，包括以下步骤：

获取浆液循环管路中各部件的设备尺寸及阻力因数；

根据所述浆液循环管路中各部件的设备尺寸及阻力因数，计算浆液循环管路压头损失；

获取确保喷嘴雾化效果的最小入口压力值；

根据所述确保喷嘴雾化效果的最小入口压力值，计算喷嘴最小流量值，进一步地，计算浆液循环管路最小流量值；

获取浆液循环管路进出口处浆液的状态参数；

根据所述浆液循环管路进出口处浆液的状态参数、所述浆液循环管路压头损失和所述浆液循环管路最小流量值，计算浆液循环泵的最小扬程值；

获取浆液循环泵在其它转速下性能曲线；

根据所述浆液循环泵在其它转速下性能曲线、所述浆液循环管路最小流量值和所述浆液循环泵的最小扬程值，得出浆液循环泵的最小转速值；

所述浆液循环泵最小转速值至额定转速值即为单个浆液循环管路调节空间；

所述每个浆液循环管路调节空间之和即为浆液循环***调节空间。

本发明进一步的改进在于，根据所述浆液循环管路中各部件的设备尺寸和阻力因数，计算各部件的压头损失，进一步地，计算浆液循环管路压头损失，其计算公式为：

H_l＝H_net+H_valve+H_nozzle+H_in+H_out

式中，H_net、H_valve、H_nozzle分别为滤网、蝶阀、喷嘴的局部压头损失，H_in、H_out分别为泵入口管路、泵出口管路的沿程压头损失，ξ_net、ξ_valve、ξ_nozzle分别为滤网、蝶阀、喷嘴的局部阻力因数，λ_in、λ_out分别为泵入口管路、泵出口管路的沿程阻力因数，v_net、v_valve、v_nozzle、v_in、v_out分别为浆液在滤网、蝶阀、喷嘴及泵入口管路、泵出口管路中的浆液流速，d_net、d_valve、d_nozzle、d_in、d_out分别为浆液在滤网、蝶阀、喷嘴及泵入口管路、泵出口管路的截面直径，l_in、l_out分别为泵入口管路、泵出口管路的长度，Q为浆液循环管路流量，H_l为浆液循环管路压头损失。

本发明进一步的改进在于，根据所述确保喷嘴雾化效果的最小入口压力值和喷嘴的压力流量关系公式计算可得浆液循环管路最小流量值Q_min。

本发明进一步的改进在于，根据所述浆液循环管路进出口处浆液的状态参数及伯努利方程，计算浆液循环泵扬程，其计算公式为：

即得：

式中，H₁、H₂分别为管路进出口的位置高度，v₁、v₂分别为管路进出口处的浆液流速，d₁、d₂分别为管路进出口处的截面直径，p₀为大气压力，ρ为浆液密度，g为重力加速度常数，H_p为浆液循环泵扬程。

本发明进一步的改进在于，根据所述浆液循环管路最小流量值Q_min，代入所述浆液循环管路压头损失公式及所述浆液循环泵扬程公式，可得浆液循环泵最小扬程值H_min。

本发明进一步的改进在于，根据所述浆液循环泵在其它转速下性能曲线、所述浆液循环管路最小流量值Q_min和所述浆液循环泵最小扬程值H_min，当性能曲线穿过点M(Q_min,H_min)时，其对应的转速即为最小转速值n_min。

本发明进一步的改进在于，所述浆液循环泵最小转速值n_min至额定转速值n即为单个浆液循环管路调节空间，所述每个浆液循环管路调节空间之和即为浆液循环***调节空间。

本发明具有以下有益的技术效果：

(1)本发明提供了一种浆液循环***调节空间计算方法，以指导脱硫浆液循环***改造，提高改造的效果。

(2)对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫***较难跟随主机作节能的泵组合优化运行，因为这种调整方式对脱硫效果而言是非线性的，且频繁的大功率泵启停会影响泵的电机寿命、吸收塔液位的稳定以及造成厂内电网的电压波动，本发明的应用提高了脱硫***的安全稳定性，同时使得脱硫***具备一定的随原烟气SO₂浓度和机组负荷波动的线性调节性能及迅速调节性能。

(3)当机组负荷较低或燃煤含硫量远低于设计煤质含硫量时，即使采用最节能的运行方式，仍有可能把SO₂排放浓度压得很低甚至为零，无法充分利用SO₂排放浓度压线空间，而本发明的应用可使脱硫***具备一定的深度调节性能，能有效降低运行能耗。

(4)浆液喷淋量的提高有利于传质性能的强化，从而提高脱硫效率，但脱硫效率随浆液喷淋量的增加而增加的趋势逐渐变缓，即浆液喷淋量大到一定程度后对提高脱硫效率的影响变小，而***能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫***运行于高脱硫效率区间以满足35mg/Nm³的排放标准，且为了避免工况波动引起的排放超标情况，一般会把净烟气SO₂浓度压得比较低，本发明的应用使得脱硫***能够充分利用净烟气SO₂浓度压线运行空间，节能效果明显。

(5)浆液循环泵的调速降低了泵体内的浆液流速，由此降低对泵的磨损，延长泵体的修复或更换周期，减少维护工作量及维修费用。

附图说明

图1为本发明实施例的浆液循环泵及其管路性能曲线图；

图2为本发明实施例的工艺流程图。

附图标记说明：

1为滤网，2为蝶阀，3为泵入口管路，4为浆液循环泵，5为泵出口管路，6为喷嘴，7为原烟气，8为吸收塔，9为净烟气。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

泵的转速发生变化，其变速后的性能参数可根据相似定律求出：

式中，Q、Q_m分别为泵变速前后的流量，H、H_m分别为泵变速前后的扬程，P、P_m分别为泵变速前后的功率，n、n_m分别为泵变速前后的转速。

但相似定律只适用于相似工况点，而浆液循环管路特性曲线并不经过原点，不与任何过运行工况点的比例曲线重合，故而调节时不同转速下的运行工况点都不相似，以下将对浆液循环泵4工作点及其管路特性进行分析，以核算其调节空间。

浆液循环管路***主要由依次连接的滤网1、蝶阀2、泵入口管路3、浆液循环泵4、泵出口管路5和喷嘴6组成，如图2所示。

根据伯努利方程，可得：

即得：

式中，H₁、H₂分别为管路进出口的位置高度，v₁、v₂分别为管路进出口处的浆液流速，d₁、d₂分别为管路进出口处的截面直径，p₀为大气压力，ρ为浆液密度，g为重力加速度常数，H_p为浆液循环泵4扬程，H_l为管路压头损失。

根据浆液循环管路***可知：

H_l＝H_net+H_valve+H_nozzle+H_in+H_out

式中，H_net、H_valve、H_nozzle分别为滤网1、蝶阀2、喷嘴6的局部压头损失，H_in、H_out分别为泵入口管路3、泵出口管路5的沿程压头损失，ξ_net、ξ_valve、ξ_nozzle分别为滤网1、蝶阀2、喷嘴6的局部阻力因数，λ_in、λ_out分别为泵入口管路3、泵出口管路5的沿程阻力因数，v_net、v_valve、v_nozzle、v_in、v_out分别为浆液在滤网1、蝶阀2、喷嘴6及泵入口管路3、泵出口管路5中的浆液流速，d_net、d_valve、d_nozzle、d_in、d_out分别为浆液在滤网1、蝶阀2、喷嘴6及泵入口管路3、泵出口管路5的截面直径，l_in、l_out分别为泵入口管路3、泵出口管路5的长度。

将浆液循环管路压头损失公式代入浆液循环泵4扬程公式，可得：

设：H_Δ＝H₂-H₁

即可得：H_p＝H_Δ+S₁Q²

泵最小转速值的核算步骤如下：

步骤1，H_Δ为管路进出口的高度差，在实际运行过程中，需要保持吸收塔8浆液池液位的稳定，故而可把H_Δ视为一个常数，而ξ_net、d_net、ξ_valve、d_valve、ξ_nozzle、d_nozzle、λ_in、l_in、d_in、λ_out、l_out、d_out、d₂、d₁均为常数，那么S₁也是一个常数，由此可见管路性能曲线H_p是一个二次递增函数且H_p≥H_Δ；

步骤2，浆液循环泵4大多属于高比转速泵，因而其工频工况下性能曲线n₁是一条开口向下的递减抛物线；

步骤3，在泵的性能曲线图上绘制管路性能曲线，两条曲线相交于一点，即泵的工频工况点A(Q_A,H_A)；

步骤4，为确保喷嘴6的雾化效果，喷嘴6入口压力存在最小值，根据喷嘴6的压力流量关系公式计算可得管路的最小流量值Q_min，代入式浆液循环泵4扬程公式即可得泵的最小扬程值H_min，在管路性能曲线上寻得该点M(Q_min,H_min)；

步骤5，利用相似定律可得在其他转速下泵的性能曲线，当该曲线穿过点M(Q_min,H_min)时，其对应的转速即为最小转速值n_min；

浆液循环泵4及其管路性能曲线图如图1所示。

通过以上计算方法对每个浆液循环管路进行计算，选取调节空间较大的一个或多个浆液循环管路进行调节改造，在该管路的浆液循环泵4上加装变频器或调速型液力耦合器，以实现对浆液循环管路的流量调节。

本发明具有如下的优点：

(1)提供了一种浆液循环***调节空间计算方法，以指导脱硫浆液循环***改造，提高改造的效果。

(2)对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫***较难跟随主机作节能的泵组合优化运行，因为这种调整方式对脱硫效果而言是非线性的，且频繁的大功率泵启停会影响泵的电机寿命、吸收塔液位的稳定以及造成厂内电网的电压波动，本发明的应用提高了脱硫***的安全稳定性，同时使得脱硫***具备一定的随原烟气SO₂浓度和机组负荷波动的线性调节性能及迅速调节性能。

(3)当机组负荷较低或燃煤含硫量远低于设计煤质含硫量时，即使采用最节能的运行方式，仍有可能把SO₂排放浓度压得很低甚至为零，无法充分利用SO₂排放浓度压线空间，而本发明的应用可使脱硫***具备一定的深度调节性能，能有效降低运行能耗。

(4)浆液喷淋量的提高有利于传质性能的强化，从而提高脱硫效率，但脱硫效率随浆液喷淋量的增加而增加的趋势逐渐变缓，即浆液喷淋量大到一定程度后对提高脱硫效率的影响变小，而***能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫***运行于高脱硫效率区间以满足35mg/Nm³的排放标准，且为了避免工况波动引起的排放超标情况，一般会把净烟气SO₂浓度压得比较低，本发明的应用使得脱硫***能够充分利用净烟气SO₂浓度压线运行空间，节能效果明显。

(5)浆液循环泵的调速降低了泵体内的浆液流速，由此降低对泵的磨损，延长泵体的修复或更换周期，减少维护工作量及维修费用。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定。

Claims (9)

1.一种浆液循环***调节装置，其特征在于，包括若干浆液循环管路，每个浆液循环管路按浆液流动方向依次由滤网(1)、蝶阀(2)、泵入口管路(3)、浆液循环泵(4)、泵出口管路(5)和喷嘴(6)连接构成，且滤网(1)设置在泵入口管路(3)与吸收塔(8)的连接处，喷嘴(6)设置在吸收塔(8)内，每个浆液循环管路上的浆液循环泵(4)上加装有变频器或调速型液力耦合器，以实现对浆液循环管路的流量调节。

2.根据权利要求1所述的一种浆液循环***调节装置，其特征在于，原烟气(7)在吸收塔(8)里面与浆液进行脱硫反应后成为净烟气(9)。

3.一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的一种浆液循环***调节装置，包括以下步骤：

获取浆液循环管路中各部件的设备尺寸及阻力因数；

根据所述浆液循环管路中各部件的设备尺寸及阻力因数，计算浆液循环管路压头损失；

获取确保喷嘴(6)雾化效果的最小入口压力值；

根据所述确保喷嘴(6)雾化效果的最小入口压力值，计算喷嘴(6)最小流量值，进一步地，计算浆液循环管路最小流量值；

获取浆液循环管路进出口处浆液的状态参数；

根据所述浆液循环管路进出口处浆液的状态参数、所述浆液循环管路压头损失和所述浆液循环管路最小流量值，计算浆液循环泵(4)的最小扬程值；

获取浆液循环泵(4)在其它转速下性能曲线；

根据所述浆液循环泵(4)在其它转速下性能曲线、所述浆液循环管路最小流量值和所述浆液循环泵(4)的最小扬程值，得出浆液循环泵(4)的最小转速值；

所述浆液循环泵(4)最小转速值至额定转速值即为单个浆液循环管路调节空间；

所述每个浆液循环管路调节空间之和即为浆液循环***调节空间。

4.根据权利要求3所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，根据所述浆液循环管路中各部件的设备尺寸和阻力因数，计算各部件的压头损失，进一步地，计算浆液循环管路压头损失，其计算公式为：

H_l＝H_net+H_valve+H_nozzle+H_in+H_out

式中，H_net、H_valve、H_nozzle分别为滤网(1)、蝶阀(2)、喷嘴(6)的局部压头损失，H_in、H_out分别为泵入口管路(3)、泵出口管路(5)的沿程压头损失，ξ_net、ξ_valve、ξ_nozzle分别为滤网(1)、蝶阀(2)、喷嘴(6)的局部阻力因数，λ_in、λ_out分别为泵入口管路(3)、泵出口管路(5)的沿程阻力因数，v_net、v_valve、v_nozzle、v_in、v_out分别为浆液在滤网(1)、蝶阀(2)、喷嘴(6)及泵入口管路(3)、泵出口管路(5)中的浆液流速，d_net、d_valve、d_nozzle、d_in、d_out分别为浆液在滤网(1)、蝶阀(2)、喷嘴(6)及泵入口管路(3)、泵出口管路(5)的截面直径，l_in、l_out分别为泵入口管路(3)、泵出口管路(5)的长度，Q为浆液循环管路流量，H_l为浆液循环管路压头损失。

5.根据权利要求4所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，根据所述确保喷嘴(6)雾化效果的最小入口压力值和喷嘴(6)的压力流量关系公式计算可得浆液循环管路最小流量值Q_min。

6.根据权利要求4所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，根据所述浆液循环管路进出口处浆液的状态参数及伯努利方程，计算浆液循环泵(4)扬程，其计算公式为：

即得：

式中，H₁、H₂分别为管路进出口的位置高度，v₁、v₂分别为管路进出口处的浆液流速，d₁、d₂分别为管路进出口处的截面直径，p₀为大气压力，ρ为浆液密度，g为重力加速度常数，H_p为浆液循环泵(4)扬程。

7.根据权利要求6所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，根据所述浆液循环管路最小流量值Q_min，代入所述浆液循环管路压头损失公式及所述浆液循环泵(4)扬程公式，可得浆液循环泵(4)最小扬程值H_min。

8.根据权利要求7所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，根据所述浆液循环泵(4)在其它转速下性能曲线、所述浆液循环管路最小流量值Q_min和所述浆液循环泵(4)最小扬程值H_min，当性能曲线穿过点M(Q_min,H_min)时，其对应的转速即为最小转速值n_min。

9.根据权利要求8所述的一种浆液循环***调节空间计算方法，其特征在于，所述浆液循环泵(4)最小转速值n_min至额定转速值n即为单个浆液循环管路调节空间，所述每个浆液循环管路调节空间之和即为浆液循环***调节空间。