330MW供熱機組電泵變頻器改造計劃研究

[摘 要]傳統(tǒng)液力耦合器在低負荷率下效率低，文章對330MW供熱機組的電泵變頻器改造計劃進行了研究，重點分析了通過高壓變頻調(diào)速技術(shù)提升節(jié)能效果的可行性。研究表明，通過變頻調(diào)速技術(shù)可以顯著提高水泵運行效率，降低年耗電量和運行成本。改造后，系統(tǒng)運行效率和穩(wěn)定性大幅提升，達到了顯著的節(jié)能降耗效果，提高了電廠的經(jīng)濟效益和運行可靠性。

[關(guān)鍵詞]330 MW供熱機組；電動給水泵；高壓變頻器；改造方案；液力耦合器

[中圖分類號]TM621.7；TK323 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0094–03

Study the Transformation Plan of 330 MW Electric Pump Inverter for Heating Unit

ZHOU Jiafu

[Abstract]Traditional hydraulic couplers have low efficiency at low load rates. This article studies the renovation plan of the electric pump frequency converter for 330MW heating units， with a focus on analyzing the feasibility of improving energy-saving effects through high-voltage frequency conversion speed regulation technology. Research has shown that frequency conversion speed regulation technology can significantly improve the efficiency of water pump operation， reduce annual power consumption and operating costs. After the renovation， the operational efficiency and stability of the system have been greatly improved， achieving significant energy-saving and consumption reduction effects， and improving the economic benefits and operational reliability of the power plant.

[Keywords]330 MW heating unit； electric feed pump； high voltage frequency converter； transformation scheme； hydraulic coupler

1 項目背景

實施電泵變頻節(jié)能改造，可降低電泵年耗電量，降低年運行成本。而液力耦合器驅(qū)動調(diào)速電動給水泵，節(jié)電潛力較大，節(jié)能效果顯著。原因是鍋爐機組在按設(shè)計技術(shù)規(guī)范設(shè)計時，采用給水泵最大流量與液力耦合器相配套的液力耦合器，按汽輪機組最大進汽量的1.05～1.10倍計算鍋爐機組最大連續(xù)蒸發(fā)量，使機組投入運行后產(chǎn)生最大連續(xù)蒸發(fā)量。但相關(guān)數(shù)據(jù)表明，即使在額定工況下運行，給水泵液力耦合器也已偏離額定工況10%左右，330 MW 機組近年來的年均負荷率一般在75%左右，液力耦合器的最高效率點為其額定工況點，偏離額定工況效率顯著降低，這是液力耦合器在75%負荷率以下運行時效率低的最大弊端。由于其損耗大，操作中經(jīng)常出現(xiàn)油溫過高等異常現(xiàn)象。變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速效率比較如圖1所示。

廣東某電廠2010年4月投產(chǎn)的1號、2號機組，每臺機組都安裝了6 kV、6 400 kW高壓電機驅(qū)動、兩運一備運行的3臺電力給水泵。根據(jù)鍋爐運行情況，根據(jù)工況變化，需要相應(yīng)調(diào)整水量。改造前，水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整主要是通過電動給水泵液力耦合器的變化來實現(xiàn)調(diào)整水量的變化，但這樣做會損失大量的能量，因此，水泵的液力耦合器可以通過電動給水泵液力耦合器的變化來實現(xiàn)調(diào)整水量的變化。因此，考慮采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，對除氧機的水位進行自動調(diào)節(jié)。

2 可行性設(shè)計水泵變頻器方案

電動給水泵液耦改造方案如下。

（1）多功能液力耦合器改裝設(shè)計方案。液力耦合器的具體改造方法是將液力耦合器調(diào)速方法進行改造，解除液力耦合器輸入軸驅(qū)動主油泵供油方式，改為液力耦合器外油系統(tǒng)，增加2臺電動機主油泵，1 臺運轉(zhuǎn)1臺備用，2臺主油泵分別由 380 V工作工段和保安工段供電，液力耦合器原有的監(jiān)視、控制、冷卻系統(tǒng)不動，液力耦合器輸入軸驅(qū)動主油泵輸入液力耦合器，在實現(xiàn)這一改造后，有兩個作用：①液力耦合器在工頻運行時可調(diào)速；②液力耦合器在變頻調(diào)速運行時恒定高效運行。兩種功能可以互相轉(zhuǎn)換液力耦合器在工作頻率（改造后新增加）的調(diào)速功能。

有了以上功能，A、B、C 3種給水泵的液力耦合器全部改造成工變頻切換型液力耦合器，再加上與給水泵電動機相配套的兩個高壓變頻器及相應(yīng)的隔離開關(guān)，A、B、C 3種電動給水泵通過變頻二拖三運轉(zhuǎn)模式的切換就可以實現(xiàn)，這樣的運轉(zhuǎn)模式既方便又靈活，在工作中通過切換（也相應(yīng)切換耦合器調(diào)速方式），不僅方便給水泵定時切換運轉(zhuǎn)，還可以互相備用。2臺變頻調(diào)速泵運轉(zhuǎn)，1臺液力耦合器調(diào)速泵備用，這是一種正常的運轉(zhuǎn)模式。

（2）增速齒輪箱改造設(shè)計方案。齒輪箱改造設(shè)計方案可分為兩種：①將現(xiàn)有液力耦合器直接替換為即將拆除的液力耦合器，同時新增與潤滑油站配套的全新增速齒輪箱方案。②將現(xiàn)有的液力耦合器內(nèi)改造成齒輪箱，并配套相關(guān)的輔助油泵和潤滑油泵方案。對于運行中的設(shè)備改造，基礎(chǔ)施工難以進行，設(shè)備費用和基礎(chǔ)改造費用較高，更換定制式增速箱變頻調(diào)速水泵方案如圖2所示，此方案施工難度較大，造價較高，不可取。

方案比較見表1。

3 前置泵改造設(shè)計方案

前置泵運行方案為工變頻率切換，由給水泵電動機同軸驅(qū)動。通過給水泵電機同軸驅(qū)動工變頻率切換運行，使原前置泵不動，既可以節(jié)約改造投資，又可以減少前置泵的耗電量，適應(yīng)電動給水泵改造的最佳方案——多功能液力耦合器。

330 MW機組電動給水泵的前置泵，由于設(shè)計、安裝、使用方便、習(xí)慣等原因，采用給水泵電動機同軸驅(qū)動。因為前置泵在液力耦合器調(diào)速時，變速運行并不方便，因為前置泵之前設(shè)計的是同軸定速模式，所以單獨驅(qū)動的電動機必須由給水泵電動機同軸驅(qū)動定速運行才能省下來。當(dāng)前需要前置泵變速運行，以實現(xiàn)多功能液力耦合器電動給水泵。其關(guān)鍵在于前置泵揚程所能提供的有效汽蝕剩余量，在變速工況下，不論轉(zhuǎn)速高低，始終高于給水泵必要的汽蝕余量。將水泵電機改為變頻器運轉(zhuǎn)時，前置泵也改為在滿足NPSHANPSHR 的情況下同時變頻器運轉(zhuǎn)，既安全可靠又經(jīng)濟實惠。

4 小間距變頻器通風(fēng)散熱設(shè)計方案

空水冷卻系統(tǒng)的工作原理：從變頻器出來的熱風(fēng)，經(jīng)通風(fēng)管道排入內(nèi)有固定水凝管道的暖氣片中，通過溫度在33℃以下的冷水在暖氣片中（若水溫高于此值，則配置冷卻螺桿機組，用于水溫降低后先使用），經(jīng)過散熱片后，熱風(fēng)將熱量傳遞給冷水，變成散熱片中吹出的冷風(fēng)，由循環(huán)冷卻水將熱量帶走，從而確保變頻器控制室內(nèi)不高于40℃的環(huán)境溫度。

空冷器的安裝要求一定要在密閉的環(huán)境下進行。流入空冷器的水為循環(huán)水，要求循環(huán)水pH值為中性，且不存在腐蝕和破壞銅鐵的雜質(zhì)，為保護設(shè)備，一般進水水壓為 0.25～0.3 MPa，進水溫度≤33℃。

冷卻器安裝在室外的變頻裝置中，冷卻介質(zhì)為工業(yè)水，過濾裝置為不銹鋼；變頻器室留出進風(fēng)口1個，冷卻系統(tǒng)風(fēng)道A、B處留出活動孔板2個，便于檢修水冷裝置風(fēng)扇時將風(fēng)道拆掉。同時散熱風(fēng)扇是冗余配置，在檢修水冷裝置風(fēng)扇時，變頻柜的逆風(fēng)風(fēng)扇可以滿足對系統(tǒng)的要求。

變頻器通過空水冷卻裝置產(chǎn)生的熱量進行換熱，變頻室內(nèi)熱風(fēng)通過風(fēng)道和增壓風(fēng)扇引向室外，冷風(fēng)通過空水冷換器進行換熱后再送回變頻器室內(nèi)，以達到降溫的效果，變頻器通過空水冷卻裝置產(chǎn)生的熱量通過風(fēng)道和增壓風(fēng)扇引向室外。

單路變頻器發(fā)熱約220 kW，采用兩套160 kW空水冷裝置進行換熱。

由于廠區(qū)提供的水溫不能達到指定要求，因此配置溴化鋰機組給空水冷裝置提供所需冷卻水。

溴化鋰冷卻機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括主要部件組成，如發(fā)生器、冷凝器、吸收器、蒸發(fā)器和熱交換器，以及輔助部件，如屏蔽泵（溶液泵、冷劑泵）、真空泵、抽氣系統(tǒng)和高級自動控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

文章采用同軸驅(qū)動的方式，供前置泵和給水泵使用的系統(tǒng)；耦合器最優(yōu)化的是與“主回路手動一拖一方案”相配套的“多功能液力耦合器”，已實施改造項目實例最多、使用效果反饋最好，設(shè)計方案采用前置泵和給水泵為同軸驅(qū)動的“多功能液力耦合器”與“主回路手動一拖一方案”相配套的“多功能液力耦合器”與“主回路手動一拖一”。

參考文獻

[1] 李軍紅，呂平，馮紅濤.300 MW機組給水泵變頻改造后控制策略優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2015，44（10）：119-123.