CN110215827A - 基于调速型液力耦合器的浆液循环系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于调速型液力耦合器的浆液循环系统及其控制方法，该系统包括调速型浆液循环泵系统和自动控制系统，前者包括调速型液力耦合器浆液循环泵等，后者包括烟气连续监测装置、智能控制装置和执行机构。该方法包括智能控制装置根据来自烟气连续监测装置的实时烟气参数与目标烟气参数比较形成控制指令，并通过执行机构调节调速型液力耦合器中的工作油量以实现浆液循环泵的变速调节，进而引起浆液循环管路流量的变化，而浆液流量的变化直接影响吸收塔的反应效率，进而影响净烟气的参数；烟气连续监测装置对变化中的净烟气参数进行监测并持续反馈到智能控制装置。本发明提高了湿法脱硫系统运行的安全稳定性、调节灵活性，同时起节能作用。
Description
技术领域
本发明属于湿法脱硫技术领域，具体涉及一种基于调速型液力耦合器的浆液循环系统及其控制方法。
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)系统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，故而为了确保脱硫系统稳定运行并避免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。
脱硫系统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系统能耗的65～76％左右。而调速型液力耦合器具有结构合理、性能先进、可靠性高的特点，如今已成为工业领域中优化工艺流程、节能降耗的一种重要手段。
综上所述，现有湿法脱硫系统的浆液循环系统存在以下问题：
(1)脱硫系统安全稳定性不足：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)脱硫系统灵活性不足：对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫系统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，即脱硫系统缺乏随原烟气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，即脱硫系统缺乏深度调节性能。
(3)脱硫系统运行能耗偏高：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，而系统能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫系统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，即脱硫系统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基于调速型液力耦合器的浆液循环系统及其控制方法，以提高湿法脱硫系统运行的安全稳定性、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：
基于调速型液力耦合器的浆液循环系统，包括调速型浆液循环泵系统和自动控制系统；其中，
所述调速型浆液循环泵系统包括调速型液力耦合器、浆液循环泵电机和浆液循环泵；所述自动控制系统包括烟气连续监测装置、智能控制装置和执行机构；
调速型液力耦合器的输入轴与浆液循环泵电机联接，输出轴与浆液循环泵联接，浆液循环泵分别通过泵入口管路和泵出口管路与吸收塔及吸收塔内的喷淋层及其喷嘴连接；执行机构通过调节调速型液力耦合器中的工作油量，实现浆液循环泵的变速调节；烟气连续监测装置用于采集净烟气的参数，包括SO2浓度、烟尘浓度、流量、压力和温度，并将采集到的数据传送到智能控制装置；智能控制装置用于接收来自烟气连续监测装置的数据，并向执行机构输出调节指令。
本发明进一步的改进在于，包括一个或多个调速型浆液循环泵系统，自动控制系统用于参与一个或多个调速型浆液循环泵系统的控制。
本发明进一步的改进在于，泵入口管路与吸收塔的连接处设置有滤网，泵入口管路上设置有蝶阀，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、喷淋层及其喷嘴构成浆液循环管路。
本发明进一步的改进在于，浆液循环泵的控制转速存在最小值。
基于调速型液力耦合器的浆液循环系统的控制方法，包括：
智能控制装置根据来自烟气连续监测装置的实时烟气参数与目标烟气参数比较形成控制指令，并通过执行机构调节调速型液力耦合器中的工作油量以实现浆液循环泵的变速调节；浆液循环泵转速的变化引起浆液循环管路流量的变化，而浆液流量的变化直接影响吸收塔的反应效率，进而影响净烟气的参数；烟气连续监测装置对变化中的净烟气参数进行监测并持续反馈到智能控制装置。
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。
本发明具有以下有益的技术效果：
(1)对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫系统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系统的安全稳定性，同时使得脱硫系统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。
(2)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系统具备一定的深度调节性能，能有效降低运行能耗。
(3)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，而系统能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫系统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系统能够充分利用净烟气SO2浓度压线运行空间，节能效果明显。
(4)本发明应用后，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；此外调速型液力耦合器可隔离浆液循环泵与电机的振动，减缓冲击，同时具有过载保护的性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：
1为调速型液力耦合器，2为浆液循环泵电机，3为浆液循环泵，4为滤网，5为蝶阀，6为泵入口管路，7为泵出口管路，8为喷淋层及其喷嘴，9为原烟气，10为吸收塔，11为净烟气，12为烟气连续监测装置，13为智能控制装置，14为执行机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，浆液循环泵3选型是根据浆液循环管路特性进行核算选取的，其流量根据脱硫工程设计工况下循环浆液量确定，扬程则根据吸收塔浆池正常运行液位范围至喷淋层喷嘴出口(含喷嘴背压)的全程压降确定。在理论计算的基础上一般会把泵的流量和扬程分别放大1.1～1.15倍和1.05～1.1倍进行选型，且为了应对极端工况、泵体磨损等不利情况，最终的选型裕量可能还会有所放大。选型裕量会增加系统能耗，但有利于增大喷嘴背压和流量，然而喷嘴背压的增大对喷淋层的传质能力仅有微小的提升，喷嘴流量则一般有上限值要求，故而可通过调速型液力耦合器1对浆液循环泵3进行调速，以充分利用其选型裕量，但宜选取选型裕量较大的浆液循环泵3进行调速改造，且其调速控制存在最小值。
调速型液力耦合器1主要由泵轮、涡轮、勺管室等组成。当输入轴带动泵轮旋转时，在泵轮内叶片及腔的共同作用下，工作油将获得能量并在惯性离心力的作用下，被送到泵轮的外圆周侧，形成高速油流，泵轮外圆周侧的高速油流又以径向相对速度与泵轮出口的圆周速度组成合速度，冲入涡轮的进口径向流道，并沿着涡轮的径向流道通过油流动量矩的变化而推动涡轮旋转，油流至涡轮出口处又以其径向相对速度与涡轮出口处的圆周速度组成合速度，流入泵轮的径向流道，并在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复，形成工作油在泵轮和涡轮中的循环流动圆。即泵轮把输入的机械功转换为油的动能，而涡轮则把油的动能转换成为输出的机械功，从而实现动力的传递。调速型液力耦合器1的变速调节是通过改变勺管的位置而改变循环圆中的工作油量实现的。当勺管插入液耦腔室的最深处时，循环圆中油量最小，泵轮和涡轮转速偏差大，输出转速最低；当勺管插入液耦腔室的最浅处时，循环圆中油量最大，泵轮和涡轮转速偏差小，输出转速最大。
基于调速型液力耦合器的浆液循环系统主要涉及两个系统：调速型浆液循环泵系统和自动控制系统。
调速型浆液循环泵系统由调速型液力耦合器1、浆液循环泵电机2和浆液循环泵3构成；调速型液力耦合器1的输入轴与浆液循环泵电机2联接，输出轴与浆液循环泵3联接；执行机构14通过调节调速型液力耦合器1中的工作油量，实现浆液循环泵3的变速调节。
自动控制系统由烟气连续监测装置12、智能控制装置13和执行机构14构成；烟气连续监测装置12采集净烟气11的参数，包括SO2浓度、烟尘浓度、流量、压力、温度等，并将采集到的数据传送到智能控制装置13；智能控制装置13接收来自烟气连续监测装置12的数据，并向执行机构14输出调节指令。
基于调速型液力耦合器的浆液循环系统存在一个或多个调速型浆液循环泵系统，自动控制系统参与一个或多个调速型浆液循环泵系统的控制。
基于调速型液力耦合器的浆液循环系统的控制方法包括：智能控制装置13根据来自烟气连续监测装置12的实时烟气参数与目标烟气参数比较形成控制指令，并通过执行机构14调节调速型液力耦合器1中的工作油量以实现浆液循环泵3的变速调节；浆液循环泵3转速的变化引起浆液循环管路流量的变化，而浆液流量的变化直接影响吸收塔10的反应效率，进而影响净烟气11的参数；烟气连续监测装置12对变化中的净烟气11参数进行监测并持续反馈到智能控制装置13。
原烟气9在吸收塔10内脱硫净化，经吸收塔10顶部除雾器除去烟气中夹带的细小雾滴后引出吸收塔10，成为净烟气11。浆液喷淋量的大小将直接影响脱硫效果，浆液循环管路流量即为浆液喷淋量。浆液循环管路按浆液流动方向依次由滤网4、蝶阀5、泵入口管路6、浆液循环泵3、泵出口管路7、喷淋层及其喷嘴8构成。
在工程应用上，智能控制装置13主要通过净烟气11SO2浓度设定值与烟气连续监测装置12中SO2浓度实时监测值的比较形成控制指令，并通过执行机构14自动调节调速型液力耦合器1中的工作油量，实现浆液循环泵3的变速调节以改变吸收塔10里面的浆液喷淋量。
本发明具有如下的优点：
(1)对于参与调峰的煤电机组而言，机组负荷波动比较频繁，脱硫系统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，该发明的应用提高了脱硫系统的安全稳定性，同时使得脱硫系统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。
(2)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，而该发明的应用可使脱硫系统具备一定的深度调节性能，能有效降低运行能耗。
(3)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，而系统能耗却成比例增加。在超低排放改造后，大多数脱硫系统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，该发明的应用使得脱硫系统能够充分利用净烟气SO2浓度压线运行空间，节能效果明显。
(4)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；此外调速型液力耦合器可隔离浆液循环泵与电机的振动，减缓冲击，同时具有过载保护的性能。
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 (6)
1.基于调速型液力耦合器的浆液循环系统，其特征在于，包括调速型浆液循环泵系统和自动控制系统；其中，
所述调速型浆液循环泵系统包括调速型液力耦合器(1)、浆液循环泵电机(2)和浆液循环泵(3)；所述自动控制系统包括烟气连续监测装置(12)、智能控制装置(13)和执行机构(14)；
调速型液力耦合器(1)的输入轴与浆液循环泵电机(2)联接，输出轴与浆液循环泵(3)联接，浆液循环泵(3)分别通过泵入口管路(6)和泵出口管路(7)与吸收塔(10)及吸收塔(10)内的喷淋层及其喷嘴(8)连接；执行机构(14)通过调节调速型液力耦合器(1)中的工作油量，实现浆液循环泵(3)的变速调节；烟气连续监测装置(12)用于采集净烟气(11)的参数，包括SO2浓度、烟尘浓度、流量、压力和温度，并将采集到的数据传送到智能控制装置(13)；智能控制装置(13)用于接收来自烟气连续监测装置(12)的数据，并向执行机构(14)输出调节指令。
2.根据权利要求1所述的基于调速型液力耦合器的浆液循环系统，其特征在于，包括一个或多个调速型浆液循环泵系统，自动控制系统用于参与一个或多个调速型浆液循环泵系统的控制。
3.根据权利要求1所述的基于调速型液力耦合器的浆液循环系统，其特征在于，泵入口管路(6)与吸收塔(10)的连接处设置有滤网(4)，泵入口管路(6)上设置有蝶阀(5)，按浆液流动方向依次由滤网(4)、蝶阀(5)、泵入口管路(6)、浆液循环泵(3)、泵出口管路(7)、喷淋层及其喷嘴(8)构成浆液循环管路。
4.根据权利要求1所述的基于调速型液力耦合器的浆液循环系统，其特征在于，浆液循环泵(3)的控制转速存在最小值。
5.权利要求1至4中任一项所述的基于调速型液力耦合器的浆液循环系统的控制方法，其特征在于，包括：
智能控制装置(13)根据来自烟气连续监测装置(12)的实时烟气参数与目标烟气参数比较形成控制指令，并通过执行机构(14)调节调速型液力耦合器(1)中的工作油量以实现浆液循环泵(3)的变速调节；浆液循环泵(3)转速的变化引起浆液循环管路流量的变化，而浆液流量的变化直接影响吸收塔(10)的反应效率，进而影响净烟气(11)的参数；烟气连续监测装置(12)对变化中的净烟气(11)参数进行监测并持续反馈到智能控制装置(13)。
6.根据权利要求5所述的基于调速型液力耦合器的浆液循环系统的控制方法，其特征在于，原烟气(9)在吸收塔(10)里面与浆液进行脱硫反应后成为净烟气(11)。
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