火電廠給水泵調(diào)速系統(tǒng)變頻改造

林　森， 阮柏松， 張傳貴， 李大為， 李敬兆

(安徽理工大學(xué)， 安徽　淮南　232001)

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火電廠給水泵調(diào)速系統(tǒng)變頻改造

林森， 阮柏松， 張傳貴， 李大為， 李敬兆

(安徽理工大學(xué)， 安徽淮南232001)

摘要：以潘三電廠的給水泵調(diào)速系統(tǒng)變頻改造為例，對(duì)改造的必要性及實(shí)施方案進(jìn)行介紹論述。改造完成后，在對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析的基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)改造效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，充分說明給水泵調(diào)速系統(tǒng)變頻改造作為一種安全可靠的節(jié)能降耗技術(shù)值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：給水泵；變頻器；節(jié)能

0前言

目前，單機(jī)容量300MW以下的火力發(fā)電機(jī)組普遍采用電動(dòng)給水泵組為鍋爐提供補(bǔ)給水。由于電動(dòng)給水泵壓力高、流量大，其耗電量巨大，是機(jī)組中最大的耗電輔機(jī)設(shè)備。受用電需求增加緩慢、發(fā)電機(jī)組大規(guī)模增加兩方面因素影響，火電廠平均負(fù)荷率不斷降低，2014年安徽省許多火電機(jī)組平均負(fù)荷率僅能達(dá)到60%。采用傳統(tǒng)的液力耦合器方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電動(dòng)給水泵長(zhǎng)期處于低效區(qū)域運(yùn)行，能耗損失巨大?；茨系V業(yè)集團(tuán)潘三電廠通過進(jìn)行給水泵調(diào)速系統(tǒng)變頻改造，利用高壓變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)組給水泵調(diào)節(jié)取代了液力耦合器調(diào)節(jié)，節(jié)能降耗效益顯著。

1潘三電廠給水泵組簡(jiǎn)介

潘三電廠現(xiàn)有2×150MW汽輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組按2×100%額定容量配置電動(dòng)給水泵組。泵組由主給水泵(包括其前置泵)及其液力偶合器、電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，其中主給水泵向鍋爐連續(xù)供水并向鍋爐過熱器、再熱器及汽輪機(jī)高壓旁路提供減溫水，前置泵提高本組主給水泵入口的壓頭，滿足其必需的凈正吸入水頭，液力偶合器通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)與主給水泵的轉(zhuǎn)速比以調(diào)節(jié)泵的出力[1]。給水泵組采用1運(yùn)1備的運(yùn)行方式，通過鍋爐給水調(diào)節(jié)門及液力偶合器調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐水量，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。給水泵組相關(guān)參數(shù)見表1。

圖1　給水泵組設(shè)備布置圖

給水泵電動(dòng)機(jī)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)型號(hào)FK5G32M型號(hào)YK3200-2出水流量t/h535額定功率kW3200揚(yáng)程m1750額定電壓kV6轉(zhuǎn)速r/min4731額定電流A356出水壓力MPa(g)17.63同步轉(zhuǎn)速r/min2985軸功率kW2906給水泵前置泵液力偶合器項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)型號(hào)QG500-80型號(hào)CO460出水流量t/h557額定輸入/輸出轉(zhuǎn)速r/min2985/4640揚(yáng)程m76額定輸出功率kW3200轉(zhuǎn)速r/min2985調(diào)速范圍%25～100出水壓力MPa(g)1.3

2變頻改造的必要性

制造廠的相關(guān)研究資料表明：液力偶合器的效率等于其實(shí)際運(yùn)行輸出轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比。由于液力偶合器的額定轉(zhuǎn)速都是和給水泵的最大出力相配套的，就液力偶合器本身而言，處于高轉(zhuǎn)速比下工作才能獲得最高的效率。但設(shè)計(jì)上給水泵的最大出力為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的110%，高于機(jī)組的額定出力需要，同時(shí)正常運(yùn)行中機(jī)組由于負(fù)荷分配和調(diào)峰等因素影響，偶合器經(jīng)常偏離額定負(fù)荷運(yùn)行，年平均負(fù)荷率一般在65%～75%。觀察圖2中的液力偶合器效率曲線，可以清楚地看到即便液力偶合調(diào)速給水泵能夠利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式控制給水量，但在變負(fù)荷工況下，尤其在低負(fù)荷如給水泵轉(zhuǎn)速在 69%時(shí)能量損耗就達(dá)到60%左右。

圖2　某電廠偶合器轉(zhuǎn)速-效率曲線

潘三電廠2014年平均負(fù)荷率為70%左右，可以看出給水泵采用液偶調(diào)速的運(yùn)行方式運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。盡管不同型式和不同配置的主給水系統(tǒng)都能滿足熱電廠的運(yùn)行需要，但作為電廠的重要輔機(jī)系統(tǒng)，利用高壓變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)組給水泵調(diào)節(jié)，取代液力耦合器調(diào)節(jié)，存在以下優(yōu)點(diǎn)：

給水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停車，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，可消除對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機(jī)絕緣，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和水泵的使用壽命。

變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，可以避免水泵處于共振點(diǎn)運(yùn)行的可能性，使水泵工作平穩(wěn)，軸承磨損減少，啟動(dòng)平滑，消除了機(jī)械的沖擊力，提高了設(shè)備的使用壽命。

由于低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和振動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期，可節(jié)省大量的檢修費(fèi)用。

給水泵是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類輔機(jī)，提高水泵運(yùn)行效率，降低水泵的電耗，對(duì)于降低廠用電率，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益有明顯的效果。

3變頻改造方案

3.1給水泵變頻改造基本原理

電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是利用變頻裝置作為變頻電源，通過改變異步電動(dòng)機(jī)定子的供電電源頻率f，使同步轉(zhuǎn)速n1變化，從而改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。其原理是：對(duì)于水泵來說，流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比[2]，它們之間的關(guān)系變化見表2。

表2　給水泵變頻運(yùn)行節(jié)能比較表

上表可看出，用變頻調(diào)速的方法來減少水泵流量進(jìn)行節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的，當(dāng)所需流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的所需功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。

3.2給水泵變頻改造實(shí)施方案

給水泵變頻改造主要分為三個(gè)部分：

一是對(duì)液力偶合器油系統(tǒng)進(jìn)行改造。將液力偶合器改造成多功能液力偶合器，在保留液力偶合器調(diào)速功能的基礎(chǔ)上，增加液力偶合器的增速齒輪箱輸出功能。通過這一改造液力偶合器具備了兩種功能，一是工頻運(yùn)行時(shí)的液力偶合器的調(diào)速功能(這是原來就有的)；二是變頻運(yùn)行時(shí)(將勺管固定在100%位置)的增速齒輪箱輸出功能(這是改造后新增的)。兩種功能可以通過勺管進(jìn)行切換。有了這兩種功能，配套相應(yīng)的變頻器等電氣設(shè)備，就可以通過切換實(shí)現(xiàn)給水泵變頻運(yùn)行。

二是電氣回路改造。在對(duì)液力偶合器進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上，通過增加一臺(tái)與給水泵電動(dòng)機(jī)配套的高壓變頻器和斷路器開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電動(dòng)給水泵的變頻調(diào)速(一拖二方式)。電動(dòng)給水泵實(shí)現(xiàn)變頻一拖二的辦法是：選配一臺(tái)變頻器,從兩臺(tái)電動(dòng)給水泵斷路器負(fù)荷側(cè)與變頻器電源側(cè)配置兩個(gè)斷路器，變頻器輸出側(cè)配置兩個(gè)斷路器，分別與兩臺(tái)給水泵電動(dòng)機(jī)輸入端工頻并接，實(shí)現(xiàn)通過切換(偶合器調(diào)速方式也隨之相應(yīng)切換)的變頻一拖二運(yùn)行方式。采用這種接線方式既便于給水泵的定期切換運(yùn)行，又便于互相備用。正常運(yùn)行方式為變頻調(diào)速泵運(yùn)行，液力偶合器調(diào)速泵備用，兩臺(tái)泵可定期自動(dòng)切換變頻調(diào)速運(yùn)行[3]。接線圖見圖3。

圖3　電動(dòng)給水泵變頻改造電氣一次系統(tǒng)圖

三是控制系統(tǒng)改造。將變頻器的接口與原來的DCS連接起來，把相關(guān)的控制端子引入到控制室，滿足遠(yuǎn)方操作控制的要求。同時(shí)增加新增液偶油泵控制回路。

4變頻改造后的運(yùn)行效果

變頻改造完成后，潘三電廠對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了變負(fù)荷的節(jié)能性能效果試驗(yàn)。在外部運(yùn)行工況及設(shè)備狀態(tài)基本一致的情況下，對(duì)工頻及變頻運(yùn)行兩種方式下給水泵電機(jī)電流進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)給水自動(dòng)變頻方式節(jié)能效果明顯優(yōu)于液偶方式。詳見表3。

表3　給水泵工頻/變頻運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

根據(jù)上表可知，給泵變頻運(yùn)行后平均節(jié)約電流約80A，按機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)4500小時(shí)，電壓6.3kV，功率因數(shù)0.95計(jì)算，一年節(jié)約廠用電量：

Q=1.732UIcosφh=373.18萬(wàn)kWh

按上網(wǎng)電價(jià)0.42元/度計(jì)算，一年節(jié)約成本157萬(wàn)元。

5結(jié)語(yǔ)

變頻改造完成后，經(jīng)過近一年的連續(xù)運(yùn)行,給水泵泵組運(yùn)行十分穩(wěn)定,完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)要求，機(jī)組廠用電率下降約0.4%，設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性及經(jīng)濟(jì)性得到極大提高。由此證明，隨著技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備可靠性的提高及控制手段的優(yōu)化，給水泵這一火電廠生產(chǎn)運(yùn)行的核心輔機(jī)在節(jié)能降耗、挖潛增效方面的空間是巨大的。希望本文能為同類型的電廠提供有益的參考與借鑒，使這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)能夠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 林永祥,吳廣臣,翟宿偉.給水泵變頻改造電氣方案的優(yōu)化[J].中國(guó)科技信息,2014(7):182-183.

[責(zé)任編輯：薛寶]

Frequency Conversion Technology Reform on Speed Regulation System of Boiler Feedwater Pump in Heat-Engine Plant

LINSen,RUANBai-song,ZHANGChuan-gui,LIDa-wei,LIJing-zhao

(AnhuiUniversityofScience&Technology,Huainan232001,China)

Abstract:Taking the reform of frequency conversion technology on speed regulation system of boiler feedwater pump in Pansan power plant as an example, the necessity and implementation plan of reform are introduced. After the renovation, from an economic point of view, the effect of the reform is evaluated on the basis of the analysis of the operating parameters. It is proved that the frequency conversion of the water supply pump speed control system is a safe and reliable energy saving technology.

Key words:feedwater pump; inverter; energy conservation

中圖分類號(hào)：TM621.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-9706(2016)01- 0095- 04

作者簡(jiǎn)介：林森(1984-)，男，安徽蚌埠人，工程師，淮南礦業(yè)集團(tuán)電力有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部副部長(zhǎng)，現(xiàn)為安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院在職研究生。E-mail：156613474@qq.com

收稿日期：2015-11- 03