循環(huán)水泵節(jié)能改造

崔國(guó)嶺

（平頂山瑞平煤電有限公司 德平熱電廠，河南 平頂山 467500）

1 立項(xiàng)背景和意義

火力發(fā)電廠中，廠用電約占總發(fā)電量的8%～10%，泵與風(fēng)機(jī)的耗電量約占廠用電的70%～80%，因此，降低泵與風(fēng)機(jī)的功耗對(duì)于提高電廠經(jīng)濟(jì)效益有很大作用。 循環(huán)水泵的耗電量與季節(jié)和負(fù)荷都有關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行變頻改造，既可以保證其有效地工作，又可以保證其在低負(fù)荷和不同季節(jié)的最低功耗，運(yùn)用靈活、節(jié)能效果明顯。

2 項(xiàng)目研究主要內(nèi)容

循環(huán)水泵變頻改造在德平熱電廠的應(yīng)用屬首創(chuàng)， 全國(guó)大型火電廠對(duì)循環(huán)水泵變頻應(yīng)用安全性的質(zhì)疑聲較大均未進(jìn)行循環(huán)水泵變頻改造。 對(duì)此，德平熱電廠專門組織技術(shù)人員對(duì)循環(huán)水泵變頻改造進(jìn)行充分研究，全面確定改造的可靠性，并利用施耐德公司成熟的高壓變頻技術(shù)和設(shè)備，對(duì)電廠所有的循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造，現(xiàn)全部運(yùn)行正常，循環(huán)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定，節(jié)電效果非常顯著。 利用高壓變頻器對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)了水量的變季節(jié)變負(fù)荷調(diào)節(jié)。 不僅解決了春秋冬三季循環(huán)水量過大不能調(diào)節(jié)以致浪費(fèi)廠用電的缺點(diǎn)，而且因轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速下降后穩(wěn)定運(yùn)行大幅度提高了電機(jī)和泵轉(zhuǎn)軸的壽命（轉(zhuǎn)速每下降5%，轉(zhuǎn)軸壽命提高100%），提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是循環(huán)水系統(tǒng)靈活可控，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

2.1 節(jié)能原理

根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)的相似定律可知， 泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即：

因此，降低泵的轉(zhuǎn)速，泵的功率就會(huì)下降很多。 比如說，將循環(huán)水泵的頻率由50HZ 降低到40HZ,那么功率：

即：功率就降低為原來的51.2%，節(jié)能效果明顯。

2.2 變頻調(diào)速的基本原理及特性

異步電機(jī)的調(diào)速公式:

N=60f（1-S）／P

N：表示轉(zhuǎn)速；f：表示頻率；S：表示滑差率；P：表示電機(jī)極對(duì)數(shù)。

因此利用變頻技術(shù)，調(diào)整電機(jī)的供電頻率，使電機(jī)得到任意轉(zhuǎn)速。

從電機(jī)的設(shè)計(jì)特性，如單純改變頻率，會(huì)造成嚴(yán)重的磁過飽和或轉(zhuǎn)矩變軟，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性以下可知只要在頻率F 變化時(shí)，電壓V 跟蹤變化，保持壓頻比V／F 為常數(shù)，即可保證電機(jī)在變頻調(diào)速的同時(shí)，保證恒轉(zhuǎn)矩輸出。

2.3 循環(huán)水泵變頻邏輯的修定

因循環(huán)水泵變頻改造在德平熱電廠的應(yīng)用屬首創(chuàng)， 邏輯修定無先例可尋，而對(duì)變頻運(yùn)行邏輯的修定是循環(huán)水系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，是控制中的核心。 在經(jīng)過循環(huán)水泵變頻試運(yùn)的動(dòng)態(tài)過程和系統(tǒng)化論證后，德平熱電廠技術(shù)人員提出以下邏輯并組態(tài)完畢。 邏輯調(diào)試成功，經(jīng)多次試驗(yàn)，DCS 控制可靠、簡(jiǎn)單。

（1）順啟邏輯。 1）循泵高壓開關(guān)合閘；2）待變頻器啟動(dòng)條件滿足，啟動(dòng)循泵變頻器；3）自動(dòng)設(shè)定循泵變頻目標(biāo)值80%；4）當(dāng)循泵變頻反饋值大于65%且循泵出口壓力大于0.12MPa 時(shí)，開啟循泵液控蝶閥。

（2）順停邏輯。 1）判斷單元機(jī)組另一臺(tái)循泵變頻器是否已啟動(dòng)；2）當(dāng)另一臺(tái)循泵變頻器已啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)設(shè)定另一臺(tái)循泵變頻目標(biāo)值95%。 （當(dāng)另一臺(tái)循泵變頻器未啟動(dòng)時(shí)， 跳過此步驟）3） 自動(dòng)設(shè)定待停循泵變頻目標(biāo)值80%（當(dāng)待停循泵變頻目標(biāo)值低于80%時(shí)，跳過此步驟）；4）關(guān)閉待停循泵液控蝶閥；5）待停循泵液控蝶閥關(guān)閉到位后，停止待停循泵變頻器；6）待停循泵變頻器已停止后，待停循泵高壓開關(guān)分閘。

（3）循泵跳閘保護(hù)邏輯。 一臺(tái)循泵高壓開關(guān)跳閘或循泵變頻器跳閘，任一動(dòng)作時(shí)，關(guān)閉液控蝶閥且自動(dòng)設(shè)定另一臺(tái)循泵變頻目標(biāo)值95%。

（4）運(yùn)行方式：?jiǎn)卧獧C(jī)組雙循環(huán)水泵變頻同時(shí)運(yùn)行。

（5）循泵變頻器反饋值低限設(shè)定。 需在就地循泵變頻器設(shè)定循泵變頻器反饋值最低限為80%（40Hz）。 另注明：根據(jù)季節(jié)性環(huán)境溫度的變化可適時(shí)修改反饋值最低限。 單泵運(yùn)行時(shí)變頻70%（35Hz）為最低連續(xù)回水頻率，雙泵運(yùn)行時(shí)變頻60%（30Hz）為最低連續(xù)回水頻率。 修改時(shí)不能低于循泵運(yùn)行工況的最低連續(xù)回水頻率,并滿足凝汽器熱負(fù)荷。

2.4 節(jié)能效益

德平熱電廠循環(huán)水泵電機(jī)參數(shù)

根據(jù)泵與風(fēng)機(jī)的相似定律，泵的流量（Q)、揚(yáng)程(H)及功率(P)與 泵 的 轉(zhuǎn) 速（n)有 以 下 關(guān) 系：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=（n1/n2)2；P1/P2=（n1/n2)3。

（1）每臺(tái)機(jī)組冬季一臺(tái)循環(huán)水泵，保證最低回水及真空的情況下，變頻頻率最低可以40HZ，按照變頻調(diào)速的基本原理及相似定律可知，改造后循泵消耗的功率為改造前的（40/50）3，即51.2%，每臺(tái)機(jī)組改造前為冬季（按三個(gè)月）一臺(tái)循泵運(yùn)行耗功為：800×90×24=172.8 萬kwh（萬度）。

按一度電0.6 元計(jì)算， 冬季節(jié)約至少：（1-51.2%）×172.8=84.3264 萬kwh（萬度）；（1-51.2%）×172.8×0.6=50.60 萬元。

（2）每臺(tái)機(jī)組春秋二季，兩臺(tái)循環(huán)水泵白天最低頻率可以是40HZ，功率為改造前的（40/50）3，即51.2%，晚上頻率可以是35HZ，功率為改造前的（35/50）3，即34.3%，每臺(tái)機(jī)組改造前為春秋二季（6 個(gè)月）兩臺(tái)循泵運(yùn)行耗功為：800×180×24×2=619.2萬kwh（萬度）。

按一度電0.6 元計(jì)算， 春秋二季節(jié)約： 白天：619.2×（1-51.2%）×2/3=224.8702 萬kwh（萬度）；晚上：619.2×（1-34.3%）×1/3=151.3712 萬kwh（萬度）；白天：619.2×（1-51.2%）×2/3×0.6=134.92 萬元；晚上：619.2×（1-34.3%）×1/3×0.6=90.82 萬元。

春秋二季共節(jié)約：224.8702+151.3712=376.2414 萬kwh（萬度）；134.92224+90.82368=225.74 萬元。

（3）因夏季根據(jù)氣溫條件，節(jié)約效果不明顯，因此每臺(tái)機(jī)組全年節(jié)約：84.3264+376.2414=460.56 萬kwh （萬度）；50.60+225.74=276.34 萬元。

（4）另外，因轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速下降帶來的壽命大幅度提高也能產(chǎn)生一定的節(jié)約效益。

3 解決的關(guān)鍵問題和創(chuàng)新點(diǎn)

循環(huán)水泵變頻改造在德平熱電廠的應(yīng)用屬首創(chuàng)。 德平熱電廠所有的循環(huán)水泵都進(jìn)行變頻改造，現(xiàn)全部運(yùn)行正常，循環(huán)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定，節(jié)電效果顯著。 利用高壓變頻器對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制， 實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水水量的變季節(jié)變負(fù)荷調(diào)節(jié)，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)在全國(guó)大型火電廠屬于首次。 不僅解決了春秋冬三季循環(huán)水量過大不能調(diào)節(jié)以致浪費(fèi)廠用電的缺點(diǎn)，而且因轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速下降后穩(wěn)定運(yùn)行大幅度提高了電機(jī)和泵轉(zhuǎn)軸的壽命（轉(zhuǎn)速每下降5%，轉(zhuǎn)軸壽命提高100%），提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是循環(huán)水系統(tǒng)靈活可控，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

4 推廣應(yīng)用情況:

德平熱電廠四臺(tái)循環(huán)水泵已全部變頻改造完畢， 現(xiàn)循環(huán)泵變頻正常運(yùn)行。

按一度電0.6 元計(jì)算， 每臺(tái)機(jī)組全年節(jié)約：84.3264+376.2414=460.56 萬kwh（萬度）；50.60+225.74=276.34 萬元。

按一度電0.6 元計(jì)算， 兩臺(tái)機(jī)組全年節(jié)約：460.56×2=921.12 萬kwh（萬度）；276.34×2=552.68 萬元。

推廣前景十分巨大，經(jīng)濟(jì)效益顯著。