脱硫吸收塔采用永磁直驱侧进式搅拌器可行性分析

脱硫吸收塔采用永磁直驱侧进式搅拌器可行性分析

程志会

（大唐环境产业集团股份有限公司北京100097）

摘要：本文结合脱硫工程特许运营特点，达到节能降耗、减少运营维护成本的目的，对永磁直驱侧进式搅拌器技术进行介绍，论证脱硫吸收塔采用永磁直驱侧进式搅拌器代替常规搅拌器的可行性。

关键词：侧进式搅拌器永磁电机变频器永磁直驱

引言

脱硫吸收塔浆液池内浆液搅拌系统主要有两种：在吸收塔浆池侧壁安装侧进式搅拌器和浆池内设置脉冲悬浮搅拌装置。目前，在燃煤大型机组湿法脱硫系统中，侧进式搅拌器应用较多，且主要依赖从国外进口，而对于进口搅拌器居高不下的价格，脉冲悬浮搅拌装置不失为一种降低成本的选择，但脉冲悬浮搅拌需要配置一整套工艺系统，脉冲管网的分布比机械搅拌更为复杂，且涉及德国LLB公司的专利技术，这里不做过多介绍。

1吸收塔搅拌系统在FGD中的作用

吸收塔搅拌系统是湿法脱硫的关键设备，设备性能的好坏直接关系到脱硫系统的稳定性及可靠性。搅拌系统的主要作用是保证浆液中的固体颗粒保持在悬浮状态，防止CaCO3、CaSO3、CaSO4·2H2O等固体颗粒沉淀结垢；破碎细化氧化空气气泡、分散氧化空气，提高氧的利用率，使氧化更为充分；促进新加入的石灰石浆液与吸收氧化槽内已酸化浆液的混合，加速石灰石的溶解；使浆液中各组分的浓度和温度均匀一致，有利于浆液池内各化学反应进程，防止局部区域石膏的过饱和度过大；可使颗粒较小的石膏晶体悬浮在浆液中，为石膏晶体的均匀成长创造良好的条件。

2侧进式搅拌器介绍

工业生产中，一般的罐体用顶进式搅拌器，采用罐体顶部中心安装方式，密封一般不与液体接触，所以对密封要求不高，国产设备即可满足生产需要。

对于脱硫吸收塔浆液池的搅拌，由于其直径和高度都很大，塔上部还装有喷淋管和除雾器设备，且工艺系统对搅拌效果要求严格，无法实现搅拌装置顶进式安装，只能采用侧进式搅拌器。

侧进式搅拌器采用机械密封、径向轴承设计，密封圈为“O”型结构，并带有生产过程中维护和更换机械密封的关闭装置。搅拌器外壳顶部通过法兰连接在驱动器上。底部用螺栓固定在搅拌器支座上。搅拌器的轴为实心，单杆，采用刚性连轴节与齿轮箱输出轴连接。搅拌器的叶轮一般采用三叶型叶片，通过销钉和锁定螺母安装在轴末端。

3脱硫吸收塔侧进式搅拌器现状

目前，湿法烟气脱硫系统所用吸收塔侧进式搅拌器绝大部分为进口品牌产品，主要有：德国EKATO、德国MUT、美国LIGHTNIN、美国SHARPE（夏普）、澳大利亚SARDIK等，特别是德国EKATO品牌产品，使用减速机+V型皮带减速装置，结构合理，在业界口碑好，市场占有率非常高。

侧进式搅拌器国产化有以下三个难点：

（1）流场CFD模拟计算。搅拌器设备的选型依据CFD模拟计算结果，其准确性对搅拌器的防沉降效果有决定性的影响；

（2）搅拌叶轮的设计与制造。叶轮的搅拌效果、使用寿命是侧搅拌器重要的评价指标之一。由于工况特殊，氯离子、颗粒物含量高，如何保证叶轮在寿命周期内的使用效果是一个关键问题；

（3）整体设备的可靠性。侧搅拌器作为FGD中关键的一环，其设备可靠性要求很高。若因设计、选型不合理导致设备频繁停机维修，会严重影响脱硫系统正常运行。

4永磁直驱侧进式搅拌器技术介绍

4.1永磁电机介绍

永磁电机在国内引起重视并有生产企业进行研发始于2008年左右，首台投运的高压大容量永磁电机也已运行5年多时间，其可靠性也得到了验证。随着企业及科研机构研发力度的加大，原来制约永磁电机发展的高温退磁问题逐步通过采取优化转子结构减少发热、选用耐高温永磁体等措施得到解决。

永磁电机是由永磁体建立励磁磁场，从而实现机电能量转换的装置，它与电励磁同步电机一样以同步转速旋转，亦称永磁同步电机。永磁同步电机与感应电动机相比，无需无功励磁电流，减少了定子电流和定子电阻损耗，在稳定运行时没有转子铜耗，进而可以减小风扇相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机提高5%～10%，永磁同步电动机在25%～120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著，其能效等级可达一级能效标准，且具有高力矩惯量比、高能量密度等诸多优点，可完全替代异步电机。

4.2国内侧进式搅拌器发展现状

目前，国内个别企业在侧进式搅拌器结构设计上充分消化和吸收国际知名品牌技术，加大与科研院所合作与研发力度，在材质选用、机械密封、优化结构、叶片CFD流场模拟等方面下工夫，产品品质有了质的提升：

（1）通过CFD流场模拟对叶轮进行优化设计、提高搅拌效率和搅拌效果、使用寿命已接近或超过进口品牌产品；

（2）通过对实心轴材料的特殊工艺处理、提高制造精度、有效延长使用寿命；

（3）搅拌轴密封采用机械密封结构，使用寿命已接近或达到国际知名密封品牌水平；

（4）设备整体设计充分考虑现场使用要求，在搅拌器结构上进行创新和研发，已经开发出结构更加合理的产品，方便机械密封的维护和更换，工作强度小，简单便捷，运行平稳可靠，经电厂试用和现场测试，振动、噪声均低于进口品牌产品，性能已经接近或达到部分国外品牌水平，而且价格便宜很多，国内已有运行业绩。

4.3国内永磁直驱搅拌器发展现状

在搅拌器传动方面，国内个别厂家除采用异步电机+减速机+皮带减速的传统结构型式外，还创新性地研发了具有自主知识产权的永磁直驱侧进式搅拌器技术，替代已有的异步电机+减速机+皮带减速的结构型式，使产品在节能降耗，降低维护成本等方面有明显成效。

永磁同步电机在一般情况下，12极以下能够直接起动，超过12极则存在起动困难或根本不能起动，而且由于受永磁电机本身结构特点限制，为降低同步转数，其极数也不能无限增加。通过与厂家技术交流，现在永磁同步电机极数最多24极，对应同步转数为250r/min，超过24极，永磁电机的体积、重量、价格将大幅提升。我们知道，吸收塔搅拌器转速都比较低，一般在150~200r/min，如选用工频（50Hz）启动永磁电机直接驱动，永磁电机输出转速与搅拌器工作转速将很难匹配。因此厂家选用了24极永磁同步电机+变频器的驱动方案，通过变频器将电机转速降到合适的转速范围内。

由于搅拌器能够变频调速，在特殊的运行工况中，可以充分发挥调速的优点，如吸收塔的改造对搅拌器的布局造成不均布的影响，可分别调整搅拌器的转速以稳定流场。或者在其中一台搅拌器故障时，可以提升其余搅拌器转速，防止沉降发生。

4.4永磁直驱侧进式搅拌器经济性分析

关于脱硫吸收塔搅拌器采用永磁直驱侧进式搅拌器，国内个别电厂脱硫采用特许经营模式后，非常注重新技术的应用，为达到节能降耗、减少运行和维护成本的目的，已开始试用。

在设备处于同等工况同等搅拌效果下，下面以国内某电厂从2017年5月底试用一台某国产品牌永磁直驱侧进式搅拌器的现场测试情况为例，与进口德国EKATO搅拌器进行比较，对吸收塔搅拌器采用国产永磁直驱侧进式搅拌器经济性进行分析。从近1年试用及现场测试情况看，永磁直驱侧进式搅拌器运转正常，电机温度、噪声、震动等测试项数据均优于现场安装的进口搅拌器，且节电效果明显。

说明：表中一年节约电能按设备每年运行8000小时计，每度电0.35元计算。

此外，由于永磁直驱侧进式搅拌器没有减速机及皮带减速装置，因此在实际应用中无需更换皮带、齿轮油，检修减速箱，节约了维修成本，降低了维护工作量，而永磁直驱动力单元维护工作量与使用的异步电动机工作量一致，这样可节约维护费用，同时也减少耗材（每台设备年维护与耗材费用5000元左右）。

5采用国产搅拌器代替进口存在的问题

据调研，国电电力大同第二发电厂#12机组脱硫吸收塔搅拌器从2016年4月更换某国产品牌的异步电机+减速机+皮带减速的传统结构型式侧进式搅拌器，搅拌效果满足工艺要求，在噪音、电机及减速机温升、机封轴承箱温升等方面都未超出保证值，机械密封无泄漏。

总的来说，国内脱硫吸收塔侧进式搅拌器生产厂家很少，产品还在推广阶段；而永磁直驱侧进式搅拌器，据了解目前国内只有一个厂家生产，产品在电厂有试用案例，但试用时间到目前只有1年左右，从试用情况看，节电效果比较明显，维护成本也较低。另一个基建项目已采用，但未投产。

结束语

通过上述介绍和经济性分析，永磁直驱侧进式搅拌器在节能降耗、减少运营维护成本方面有一定优势，具有推广前景。