600MW 超臨界機組循環(huán)水泵改造與優(yōu)化運行

張延風(fēng)，趙曉峰，于炳偉

（遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112003）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，節(jié)能減排已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司為了降低發(fā)電成本，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，針對超臨界600 MW 汽輪發(fā)電機組循環(huán)水泵浪費廠用電的問題，對1號汽輪發(fā)電機組A 循環(huán)水泵電機進行高低雙速改造，并確定最佳運行方式，通過一定時間運行，機組運行穩(wěn)定且經(jīng)濟效益顯著。

1 設(shè)備概況

清河發(fā)電公司600 MW1 號汽輪機組，配有2臺50%容量的斜式軸流循環(huán)水泵，轉(zhuǎn)速為370r／min，揚程為26m，流量為32 400t／h；電動機型號YKSL3800－16／2150－1，額定功率3 000kW，電壓為6kV，額定電流370A。冬季機組循環(huán)水供水溫度平均13℃，凝汽器真空度平均96.55kPa，凝汽器端差平均8.65℃，凝結(jié)水過冷度平均1.21℃。循環(huán)水泵冬季耗電率平均0.86%，年平均耗電率平均1.10%。機組保持單臺循環(huán)水泵運行，每臺循環(huán)水泵單獨運行時的實際容量為60%左右，由于循環(huán)水供水溫度較低，機組冷卻流量過大，斜式軸流循環(huán)水泵不能通過出口閥門調(diào)節(jié)冷卻水流量，節(jié)能調(diào)節(jié)受到限制，因此對1號機組A 循環(huán)水泵電機進行高低雙速改造，采用轉(zhuǎn)速差不大的相鄰極數(shù)的雙速電動機驅(qū)動水泵，根據(jù)不同季節(jié)水溫變化選擇驅(qū)動轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水量，可有效節(jié)約電能。

2 改造原理及方案實施

2.1 改造原理

根據(jù)泵類機械相似定律，在一定范圍內(nèi)改變泵的轉(zhuǎn)速，泵的效率近似不變，其性能近似關(guān)系式為：

式中：Q1為n1轉(zhuǎn)速的流量；Q2為n2轉(zhuǎn)速的流量。

式中：H1為n1轉(zhuǎn)速的揚程；H2為n2轉(zhuǎn)速的揚程。

式中：P1為n1轉(zhuǎn)速的軸功率；P2為n2轉(zhuǎn)速的軸功率。

根據(jù)上述關(guān)系式，若將3 000kW 16P循環(huán)水泵電動機改為16／18P 雙速電動機，則電機在18P 運行時，水泵流量為16P 運行時的0.89 倍，揚程為16P運行時的0.79 倍，軸功率為16P 運行時的0.7倍，相當(dāng)于水泵流量減少11%，電機輸出功率可減少30%。

2.2 實施方案

對定子繞組采用變前后極都是60°相帶的換相變極方式（18P接法），這種方法能使電機在2種轉(zhuǎn)速均能獲得良好的運行性能。轉(zhuǎn)速變換在1只專用改極箱內(nèi)手工改接連接片即可實現(xiàn)。該電機定子有168槽，16P接法時，平均每極下占10.5槽，平均每極每相占3.5 槽，16P 運行時，三相繞組是對稱的；而18P接法時，平均每極下占9.333槽，平均每極每相占3.111槽，18P 運行時，三相繞組不對稱。不對稱的三相繞組對電機的運行產(chǎn)的影響，通過采用先進電磁計算程序設(shè)計消除。A 循環(huán)水泵電機的高低雙速接線示意圖如圖1所示。

改成高低雙速電機后，定子繞組以原16P為基本極，星接，電機各項性能不變。在18P 轉(zhuǎn)速時，定子繞組以角型接法，因繞組仍有較高的分布系數(shù)，故其輸出功率仍能滿足低速時水泵所需功率，且電機的溫升、振動、噪聲也均能符合出廠的規(guī)定值。16P運行時采用原電機電流互感器，差動保護功能及方式不變，電機在18P運行時將差動保護退出。改造時只更換定子繞組，電機其余零部件全部利用，電機原進出線、進出水、安裝位置等情況均不改變。

3 優(yōu)化運行

改造后2臺循環(huán)水泵優(yōu)化運行方式為，3月中旬至5月中旬保持A 泵（低速）與B泵并列運行，平均水溫18.1℃，凝汽器真空度95.0kPa，凝汽器端差6.5℃，凝結(jié)水過冷度1.0℃，泵的耗電率1.01%，其他數(shù)據(jù)詳見表1。5月中旬至9月中旬，保持A 泵（高速）與B泵并列運行，運行數(shù)據(jù)詳見表1。9月中旬至11月中旬，運行方式與3月中旬至5月中旬相同。11月中旬至下一年3月中旬，保持A泵（低速）單獨運行，平均水溫13.3℃，凝汽器真空96.3kPa，凝汽器端差6.8℃，凝結(jié)水過冷度1.2℃，耗電率0.62%，其他數(shù)據(jù)詳見表1。無論哪種方式運行，如果1 號機組停止運行，一般在停機10h后循環(huán)水泵停止運行，停運后開啟1臺泵的出口蝶閥，保持開式水泵運行，向開式水系統(tǒng)正常供水。

4 改造效果

電機改造費用25.0萬元，安裝費用3.8萬元，共計28.8萬元，工期共為25天。改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。

圖1 循環(huán)水泵電機接線示意圖

表1 A、B循環(huán)水泵運行數(shù)據(jù)

表2 改造前后數(shù)據(jù)

A 循環(huán)水泵電機高低雙速改造后，在內(nèi)、外環(huán)凝汽器全部通水，且循環(huán)水回水完全上塔的條件下，進行各種工況下的帶負荷試運行。其管規(guī)格為2 220 mm×10mm，額定流量34 200m3／h，低速單獨運行電機功率2 438kW，電流253A，轉(zhuǎn)速330r／min，循環(huán)水母管壓力0.151 MPa，管徑平均流量29 060 m3／h。高速單獨運行電機功率3 281kW，電流328 A，轉(zhuǎn)速372r／min，循環(huán)水母管壓力0.162 MPa，平均流量38 128m3／h。電機改為高低雙速，且運行方式經(jīng)過優(yōu)化后，泵在低速運行期間可以節(jié)省的廠用電量按下列2種工況進行計算：A 泵單獨低速運行時間至少為4 個月，低速單獨運行時功率為2 438 kW，高速單獨運行時功率為3 281kW，節(jié)省廠用電量2.43×106kW·h；A 泵低速與B 泵并列運行時間為4至5個月，A 泵（低速）與B 泵并列運行時功率為2 520kW，A 泵（高速）與B泵并列運行時功率為3 302kW，節(jié)省廠用電量2.25×106kW·h。每年節(jié)省廠用電量約4.68×106kW·h，約187萬元。

5 結(jié)束語

1號機組A 循環(huán)水泵電機通過高低雙速改造，并對泵的運行方式進行優(yōu)化，運行安全可靠，其耗電率明顯降低，節(jié)能效果顯著，在凝汽器真空、冷卻水流量與溫度等主要參數(shù)能夠得以保證的前提下，單臺泵低速運行時耗電率僅為0.62%，較高速運行時可降低0.24%。從投資成本回報周期角度來看，只需低速運行1個月即可收回全部改造成本，經(jīng)濟效益十分可觀。