320 MW機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)雙速改造節(jié)能分析

摘要：介紹了320 MW機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)雙速改造的應(yīng)用情況，對(duì)比分析了改造前后機(jī)組運(yùn)行的參數(shù)以及改造后取得的節(jié)能效益。結(jié)果表明，電機(jī)的雙速改造有利于降低煤耗量和廠用電量，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵;雙速電機(jī)改造;節(jié)能增效

0 ? ?引言

目前，火力發(fā)電仍占據(jù)我國(guó)電力行業(yè)的主導(dǎo)地位[1]。火電廠主要的高耗能設(shè)備為引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵和循環(huán)水泵等大型的風(fēng)機(jī)和水泵機(jī)組以及磨煤機(jī)等燃料處理設(shè)備，占據(jù)了發(fā)電廠用電量的主要份額。降低泵與風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備的功耗對(duì)于降低生產(chǎn)用電率，提高機(jī)組的效率起到至關(guān)重要的作用。循環(huán)水泵作為發(fā)電廠中的高耗能設(shè)備，其主要功能是實(shí)現(xiàn)冷卻水在凝汽器和冷卻塔中的循環(huán)，對(duì)凝汽器內(nèi)部的蒸汽進(jìn)行冷卻[2]。循環(huán)水泵的運(yùn)行方式直接影響到發(fā)電廠的安全和生產(chǎn)用電率，對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造以保證水泵的高效運(yùn)行，能有效地提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[3-5]。

1 ? ?機(jī)組概況

廣州珠江電廠#3機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的一次中間再熱、亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽凝汽式汽輪機(jī)組，型號(hào)為N320-16.67/538/538。#3機(jī)組原先配套所用#5、#6循環(huán)水泵為兩臺(tái)由長(zhǎng)沙工業(yè)泵廠研究所設(shè)計(jì)、湘東化工機(jī)械廠生產(chǎn)的1600HLB-16型循泵。循環(huán)水泵為單速運(yùn)行，所用循泵臺(tái)數(shù)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及冷卻水溫度進(jìn)行安排。由于循環(huán)水進(jìn)水溫度受季節(jié)影響較大，依據(jù)往年機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)情況來(lái)看，冬季機(jī)組停運(yùn)備用時(shí)間多，冬季大部分時(shí)間“兩機(jī)三泵”節(jié)能措施無(wú)法執(zhí)行，機(jī)組廠用電率較高。為降低機(jī)組能耗，對(duì)#5、#6循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行雙速改造，在冷卻水溫低時(shí)將電機(jī)由高速切至低速運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能增效的目的。

2 ? ?循環(huán)水泵改造狀況

根據(jù)離心泵相似定律，在小范圍內(nèi)對(duì)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，泵效率近似不變，表示為：

式中：Q為水泵的流量;H為揚(yáng)程;P為功率;n為轉(zhuǎn)速。

循環(huán)水泵的功耗與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，通過(guò)在小范圍內(nèi)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可使循環(huán)水泵由高速運(yùn)行狀態(tài)切換至低速運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵耗功量的大幅降低。

根據(jù)這一原理，對(duì)電廠#3機(jī)組原先的#5、#6循環(huán)水泵進(jìn)行了整體更換改造，采用湖南湘電長(zhǎng)沙水泵有限公司制造的型號(hào)為64LKXA-16.5，立式單級(jí)、可抽芯、導(dǎo)葉式混流泵;電機(jī)更換為雙速電機(jī)，型號(hào)為YKKLD1250/900-16/18/

1340-1WTH，高低轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為370 r·min-1和330 r·min-1。循環(huán)水泵揚(yáng)程可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：P1為循環(huán)泵進(jìn)水壓力（Pa）;P2為循環(huán)泵出水壓力（Pa）;ρ為冷卻水密度（kg·m-3）;z1為進(jìn)水面標(biāo)高（m）;z2為循環(huán)泵出水管道中心線標(biāo)高（m）;v1為循環(huán)泵進(jìn)水流速（m·s-1）;v2為循環(huán)泵出水流速（m·s-1）;g為重力加速度，約為9.8 m·s-2。

循環(huán)水泵有效軸功率和效率可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Pu為循環(huán)水泵的有效軸功率（kW）;Q為循泵出口水流量（m3·s-1）;η為循環(huán)水泵效率（%）;Pgr為循環(huán)水泵電機(jī)有功功率（kW）;ηgr為循環(huán)水泵電機(jī)效率（%）。

經(jīng)試驗(yàn)，電機(jī)雙速改造后在高低轉(zhuǎn)速下的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

3 ? ?循環(huán)水泵運(yùn)行工況說(shuō)明

為探究機(jī)組運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)性，在不同運(yùn)行方式下對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行了一系列測(cè)試。在不同機(jī)組負(fù)荷下，改造后的#5、#6循環(huán)水泵按一機(jī)兩泵高速并聯(lián)的方式運(yùn)行，對(duì)比了改造前后循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)，結(jié)果如表2所示。

在#2機(jī)組和#3機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的情況下，對(duì)比了循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)。此次試驗(yàn)中，機(jī)組的負(fù)荷約為240 MW，#2機(jī)組匹配的循環(huán)水泵為#3和#4循泵，#3機(jī)組匹配的循環(huán)水泵為#5、#6循泵。#2機(jī)組和#3機(jī)組循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比如表3所示。

為探究冬季#5、#6循環(huán)水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及較佳的并列運(yùn)行方式，進(jìn)行了#3機(jī)組#5、#6循環(huán)水泵高/低速與#4機(jī)組#7、#8循環(huán)水泵并列運(yùn)行試驗(yàn)（兩機(jī)三泵運(yùn)行方式），包括以下3種工況：

（1）工況1：#5（低速）、#6（高速）循環(huán)水泵與#7泵并列運(yùn)行;

（2）工況2：#5（低速）循環(huán)水泵與#7、#8泵并列運(yùn)行;

（3）工況3：#5（高速）、#6（高速）循環(huán)水泵與#7泵并列運(yùn)行。

對(duì)比試驗(yàn)中循環(huán)水泵運(yùn)行參數(shù)如表4所示。

4 ? ?節(jié)能改造效果分析

據(jù)表2中數(shù)據(jù)，同機(jī)組負(fù)荷下，改造后的循環(huán)水泵運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)組真空和循環(huán)水流量均優(yōu)于改造前。一方面，按照機(jī)組真空提高0.1 kPa可降低發(fā)電煤耗0.2 g/（kW·h），#3機(jī)組年發(fā)電量以12億kW·h計(jì)算，可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約240 t。按照標(biāo)煤價(jià)格720元/t計(jì)算，#3機(jī)組改造后每年因煤耗量降低所節(jié)約的成本約為17.28萬(wàn)元。另一方面，循泵電流由于改造后電機(jī)功率因數(shù)較低，改造后高速運(yùn)行電流約165 A，改造前運(yùn)行電流約151 A，電機(jī)功率因數(shù)按改造后高速0.68/低速0.60、改造前0.80計(jì)算，改造后循泵高速運(yùn)行較改造前每小時(shí)節(jié)電約89 kW·h。按照兩臺(tái)循泵一年高速運(yùn)行5 800 h，電價(jià)0.45元/（kW·h）計(jì)算，則一年兩臺(tái)循泵高速運(yùn)行節(jié)省電費(fèi)約53.76萬(wàn)元。

據(jù)表3中數(shù)據(jù)，在保持#2機(jī)組和#3機(jī)組負(fù)荷一致的情況下，兩機(jī)組運(yùn)行參數(shù)基本一致，經(jīng)節(jié)能改造后循泵循環(huán)水流量有所提高，循泵功率降低。#3機(jī)組循泵每小時(shí)實(shí)際消耗電量較#2機(jī)組循泵每臺(tái)降低約61.2 kW，按循泵一年運(yùn)行5 800 h，電價(jià)0.45元/（kW·h）計(jì)算，則#3機(jī)組循泵較#2機(jī)組循泵每年每臺(tái)節(jié)約電費(fèi)約15.97萬(wàn)元。

據(jù)表4中數(shù)據(jù)，在實(shí)行兩機(jī)三泵運(yùn)行策略的情況下，將電機(jī)轉(zhuǎn)速由高速切換至低速能有效降低機(jī)組運(yùn)行的用電量。在機(jī)組負(fù)荷為270 MW、循環(huán)水進(jìn)水溫度為17.3 ℃的情況下，機(jī)組真空已低于96.5 kPa，此時(shí)需要啟動(dòng)備用循泵，關(guān)閉循環(huán)水母管聯(lián)絡(luò)門，實(shí)行一機(jī)兩泵運(yùn)行方式。建議在冬季運(yùn)行工況時(shí)，#3、#4機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)優(yōu)先選擇兩機(jī)三泵運(yùn)行;在循環(huán)水進(jìn)水溫度低于17 ℃時(shí)，將#5、#6循環(huán)水泵其中一臺(tái)切至低速，另一臺(tái)維持高速運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠的節(jié)能增效具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)的雙速改造，能夠有效降低機(jī)組煤耗和生產(chǎn)用電量，實(shí)現(xiàn)在不同季節(jié)工況下循環(huán)水泵的高效運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而取得良好的節(jié)能效益。

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收稿日期：2021-06-28

作者簡(jiǎn)介：龐慶勛（1973—），男，遼寧開(kāi)原人，工程師，研究方向：電廠高效運(yùn)行與節(jié)能。