凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造的運(yùn)行分析

胡耀卿 趙 青 佟長江

（北方聯(lián)合電力烏拉山發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾014407）

引言

烏拉山發(fā)電廠裝機(jī)容量為2×300MW，每臺機(jī)組配備兩臺100%容量的工頻凝結(jié)水泵互為備用，目前已經(jīng)先后對#4、5機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造，改造后變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，工頻凝結(jié)水泵備用，每月定期凝結(jié)水泵變頻切換，用以干燥電機(jī)繞組和保證其處于良好備用狀態(tài)。凝結(jié)水泵變頻投運(yùn)后，既實(shí)現(xiàn)了凝結(jié)水泵水量的自動(dòng)調(diào)整又降低了廠用電率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)。

1 變頻技術(shù)節(jié)能應(yīng)用分析

1.1 節(jié)能原理根據(jù)水泵的特性分析如下水泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與水量Q、壓力p、轉(zhuǎn)矩T及水泵的軸功率P的關(guān)系如下式所示：

上式表明，水泵的水量與其轉(zhuǎn)速成正比，水泵的壓力與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸功率P（kW）可按下式計(jì)算。

P=Qp·10－3/ηcηb

式中Q-水量，m3/s

p-壓力，Pa

ηb-水泵的效率

ηc-傳動(dòng)裝置效率，直接傳動(dòng)時(shí)為1。

由上式我們可以做出變頻調(diào)速控制時(shí)的特性曲線圖。

由此特性曲線可以看出水泵在低速時(shí)節(jié)電比較顯著，轉(zhuǎn)速越高節(jié)電越不明顯，如果轉(zhuǎn)速到額定值時(shí)，不但不節(jié)約電能反而浪費(fèi)能源。結(jié)論：變頻器不宜超載超速運(yùn)行，否則將變?yōu)楹碾娫O(shè)備，并使變頻器難以承受。

1.2 隨著我廠凝結(jié)水泵變頻器的投運(yùn)，克服了凝結(jié)水泵在運(yùn)行中存在的性能調(diào)節(jié)差，能耗高，效益較低，維護(hù)工作量大等難題。凝結(jié)水主調(diào)門開度平均只能達(dá)到45%左右，電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，約有50%的能量白白消耗在主調(diào)門開度上。同時(shí)，因科技含量低、設(shè)備運(yùn)行可靠性不高，這樣影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。日常維護(hù)量大，影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過變頻改造，水泵水量與壓力的調(diào)節(jié)，由通過調(diào)節(jié)主調(diào)門開度改為通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)速度來控制水泵的吸水量，主調(diào)門開度可以開到100%。通過改變水泵的轉(zhuǎn)速直接調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的水量，節(jié)流損耗可以降到零，變頻調(diào)速作為一種先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，實(shí)施后降耗40%以上。以＃4機(jī)凝結(jié)水泵改變頻后的節(jié)能效益分析為例。

#4機(jī)凝結(jié)水泵參數(shù)如下：

型號：NLTD860-6B

流量：Q=870.11m3/h

揚(yáng)程：H=302m

額定轉(zhuǎn)速：1489r/min

電機(jī)：YKKL500-4，P=1000kW，Ue=6000 V

定子電流：115.6A，Y接線方式cosφ=0.89

裝置輸入頻率：50Hz

輸入電壓：6000V

輸出頻率：0～50z

輸出電流：131A

輸出電壓：6000V

輸出功率：1000kW

輸出諧波分量：輸入電流<4%，輸出電流<2%，效率>98%(額定負(fù)載下)

凝泵工頻運(yùn)行時(shí)電流與負(fù)荷關(guān)系不大，始終維持在97-108A左右。經(jīng)過變頻改造后凝結(jié)水泵電流保持在33－58A。機(jī)組啟停或備用期間凝結(jié)水用量更少，凝結(jié)水泵維持500rpm，電流僅15A左右。

1.3 根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)能狀況

一般情況凝結(jié)水泵年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)左右，按實(shí)際測算平均每臺凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行節(jié)電10800KWH/天計(jì)算。則年節(jié)電：

5000×10800/24=225萬千瓦時(shí)

每度電按0.285元/kWh計(jì)算則：

0.285 ×225=64（萬元）

單機(jī)設(shè)備投入約130萬元，兩年能收回全部成本。

月度指標(biāo)顯示凝結(jié)水泵耗電率由改造前的0.38%降低到改造后的0.21%，節(jié)電44.7%，降低單機(jī)廠用電率0.17個(gè)百分點(diǎn)，可見節(jié)能降耗明顯。

2 變頻器投運(yùn)后對機(jī)組運(yùn)行的影響

2.1 由于變頻器非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整水量，通過自動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率，使自動(dòng)化程度、自動(dòng)裝置的可靠性、自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性大大提高。

2.2 變頻器調(diào)速后，減少了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，可徹底避免大電機(jī)啟動(dòng)電流產(chǎn)生的沖擊電動(dòng)力矩對電動(dòng)機(jī)的損壞，因此也減輕了啟動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電動(dòng)機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

2.3 變頻改造前，除氧器水位由凝結(jié)水主調(diào)門的節(jié)流來調(diào)整，機(jī)組負(fù)荷200MW時(shí)主調(diào)門開度28.7%、150MW時(shí)主調(diào)門開度17%，節(jié)流損失很大。同時(shí)凝結(jié)水泵出口壓力高于3.0MPa，要通過凝結(jié)水的大、小循環(huán)來降低凝結(jié)水泵的出口壓力，經(jīng)軸加、低加加熱后的部分凝結(jié)水又回到凝汽器，造成熱量損失，增加凝汽器熱負(fù)荷，降低了機(jī)組效益。采用變頻泵運(yùn)行后，除氧器水位由變頻器通過改變凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整，凝結(jié)水主調(diào)門全開，大大減小了凝結(jié)水主調(diào)門的節(jié)流損失。凝結(jié)水系統(tǒng)的大、小循環(huán)門處于關(guān)閉狀態(tài)，避免了工質(zhì)的熱量損失。

2.4 變頻改造前凝結(jié)水母管壓力維持在2.3－3.0MPa，變頻改造后維持在1.3MPa，減小了凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)備、管道承受的機(jī)械應(yīng)力，有利于設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.5 變頻改造后，凝結(jié)水系統(tǒng)的壓力降低，凝結(jié)水主調(diào)門開度增大，凝結(jié)水的流速降低，減小了凝結(jié)水對系統(tǒng)管道、閥門的沖刷，延長了設(shè)備的使用壽命，增加了設(shè)備的安全性。

2.6 變頻改造后，凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速在500－1270r/min之間運(yùn)行,較工頻的1480r/min大為降低；凝結(jié)水泵出口壓力的降低，使泵的軸向推力降低。因此泵的支持、推力軸承的工作條件得到較大改善。

3 凝結(jié)水泵變頻改造后需要注意的問題

3.1 工頻泵、變頻泵進(jìn)行倒換時(shí)，變頻泵不能在低轉(zhuǎn)速下長期停留，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)確保其出口壓力與母管壓力接近，防止與工頻泵出口壓差大逆止門打不開，而導(dǎo)致變頻凝結(jié)水泵汽化。

3.2 工頻泵長期備用期間，應(yīng)加強(qiáng)其繞組的絕緣監(jiān)視，并定期采取備用凝結(jié)水泵變頻切換措施來干燥繞組，確保其處于良好備用狀態(tài)。

3.3 工頻泵運(yùn)行時(shí)，變頻泵起不到備用作用，因?yàn)樽冾l泵啟動(dòng)轉(zhuǎn)速為500rpm，啟動(dòng)后需要加速方可接待負(fù)荷，此時(shí)如工頻泵掉閘變頻泵的流量不能滿足機(jī)組負(fù)荷需要，需要限制機(jī)組負(fù)荷。為此變頻器因故停運(yùn)或在變頻方式備用時(shí)，應(yīng)及時(shí)倒為工頻方式備用，但變頻泵工作方式倒換期間需要開關(guān)停電，又增加了機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定因素。

4 結(jié)束語

凝結(jié)水泵變頻器調(diào)速改造后，可徹底避免大電機(jī)啟動(dòng)電流產(chǎn)生的沖擊電動(dòng)力矩對電動(dòng)機(jī)的損壞，極大的減輕了水對主調(diào)門的沖擊，有效的延長了電機(jī)檢修周期，減少了檢修維護(hù)量。同時(shí)變頻調(diào)速后，提高了機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證。

從投資效益方面分析，凝結(jié)水泵變頻改造設(shè)備投入約130萬元，即使考慮變頻器本身耗電情況，兩年就能收回全部投資。變頻調(diào)速技術(shù)在我廠兩臺機(jī)組凝結(jié)水泵上的應(yīng)用實(shí)踐表明，變頻改造后的凝結(jié)水系統(tǒng)控制性能良好，水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，減少了凝結(jié)水系統(tǒng)的維護(hù)工作量，值得在火電廠中大力推廣應(yīng)用。

[1]李青，高山，薛彥廷.火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].北京：中國電力出版社，2007.