凝泵節(jié)能改造方案選擇及效果分析

薄伏龍

（中國(guó)水利電力物資有限公司 北京 100040）

1 前言

凝結(jié)水泵作為火電廠凝結(jié)水系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其傳統(tǒng)運(yùn)行方式采用工頻運(yùn)行，除氧器水位通過改變凝結(jié)水泵出口調(diào)門的開度來控制，調(diào)門存在較大節(jié)流損失，而且當(dāng)機(jī)組參與調(diào)峰，帶部分負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水泵仍以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為北京汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱、三缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，該類型機(jī)組設(shè)計(jì)熱耗率驗(yàn)收工況每小時(shí)凝結(jié)水流量648t,銘牌工況每小時(shí)凝結(jié)水流量701t,閥門全開工況每小時(shí)凝結(jié)水流量701t。該機(jī)組配置兩臺(tái)上海上泵（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的6級(jí)立式筒袋式離心凝結(jié)水泵，一運(yùn)一備，在系統(tǒng)除擔(dān)負(fù)將凝汽器回收的冷凝水送回除氧器外，正常運(yùn)行中還向減溫減壓供熱裝置提供減溫水，向輔汽提供減溫水。從設(shè)計(jì)選型來看，凝結(jié)水泵流量選擇明顯偏大。

2 凝泵變頻改造方案

變頻原理是保持電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)速差s不變，通過改變電源頻率f來該改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿足泵與風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。泵與風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)的流量、揚(yáng)程（全壓）、功率的變化可以近似地理解為流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程（全壓）與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)取決于泵（風(fēng)機(jī)）和管道的阻力特性，要保持系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必須降低管系阻力和保持泵（風(fēng)機(jī)）合理的揚(yáng)程（壓頭）。離心泵串聯(lián)同直徑、同葉形、同轉(zhuǎn)速的葉輪對(duì)介質(zhì)的做功相同，即揚(yáng)程相等。那么減少1級(jí)葉輪，多級(jí)離心泵的揚(yáng)程將降低1/N,軸功率減小1/N。

2.1 方案一加裝變頻器

方案一為加裝一拖二自動(dòng)工頻／手動(dòng)變頻器。機(jī)組運(yùn)行中保持泵轉(zhuǎn)速不低于1100rpm/min，即泵的揚(yáng)程不低于155m。在機(jī)組A、B凝結(jié)水泵動(dòng)力電源回路中加裝一臺(tái)1000kW一拖二6.3kV高壓變頻器。對(duì)邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行修改，達(dá)到調(diào)閥前壓力不低于2MPa的情況下，變頻調(diào)節(jié)除氧器水位，當(dāng)調(diào)閥前壓力低于2MPa時(shí)，通過除氧器水位調(diào)節(jié)閥參與凝結(jié)水壓力調(diào)節(jié)。通過技術(shù)改造后降低凝結(jié)水泵耗電率，提高電廠上網(wǎng)電量，改造后廠用電率可以降低約5/10000，年節(jié)電約93×104kW·h，折合標(biāo)煤約 307t，減排二氧化碳約800t。根據(jù)預(yù)算，項(xiàng)目總投資86萬(wàn)元。電廠年平均含稅上網(wǎng)電價(jià)0.397萬(wàn)元/萬(wàn)千瓦時(shí)，測(cè)算電廠不含稅節(jié)電收益約31萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收期33個(gè)月。

2.2 方案二拆除凝泵富裕葉輪

方案二為拆除凝泵富裕葉輪，降低泵出力。機(jī)組運(yùn)行中依然采用凝泵工頻運(yùn)行，除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。由試驗(yàn)得知，流量每小時(shí)860m3時(shí)，凝泵揚(yáng)程283m,得出拆除一級(jí)動(dòng)葉輪技術(shù)上是可行的。具體實(shí)施步驟為對(duì)機(jī)組兩臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行大修，同時(shí)拆除最后一級(jí)動(dòng)葉輪，配置對(duì)應(yīng)間距套，泵的靜葉輪及水泵本體部分保持原狀。通過技術(shù)改造降低凝結(jié)水泵耗電率，提高電廠上網(wǎng)電量，廠用電率可以降低約5/10000，年節(jié)電約83×104kW·h，折合標(biāo)煤約276t，減排二氧化碳719t。預(yù)算投資23萬(wàn)元。電廠年平均含稅上網(wǎng)電價(jià)0.397萬(wàn)元/萬(wàn)千瓦時(shí),，測(cè)算電廠不含稅節(jié)電收益約28萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收期10個(gè)月。

2.3 方案三拆除一級(jí)動(dòng)葉輪，同時(shí)加裝變頻器，并另設(shè)供熱減溫水系統(tǒng)

方案三為拆除一級(jí)動(dòng)葉輪，同時(shí)加裝變頻器，并另設(shè)供熱減溫水系統(tǒng)。此方案不需考慮變頻調(diào)節(jié)時(shí)供熱減溫水壓力的限制，但為保證凝泵工作轉(zhuǎn)速不低于1100rpm/min,需要核算系統(tǒng)所需揚(yáng)程是否低于131m。在機(jī)組A、B凝結(jié)水泵動(dòng)力電源回路中加裝一臺(tái)700kW一拖二6.3kV的高壓變頻器。拆除凝泵的最后一級(jí)動(dòng)葉輪。另單獨(dú)建設(shè)供熱減溫水系統(tǒng)。利用機(jī)組進(jìn)行檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)機(jī)組兩臺(tái)凝結(jié)水泵進(jìn)行大修，同時(shí)拆除最后一級(jí)動(dòng)葉輪，配置對(duì)應(yīng)間距套，泵的靜葉輪及水泵本體部分保持原狀。建設(shè)新的供熱減溫水系統(tǒng)，安裝三臺(tái)多級(jí)離心減溫水泵，從凝汽器補(bǔ)水箱取水。同時(shí)對(duì)邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行修改，調(diào)閥全開，在泵轉(zhuǎn)速不低于1100rpm/min情況下，利用變頻調(diào)節(jié)除氧器水位；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1100rpm/min時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)閥參與除氧器水位調(diào)節(jié)。通過技術(shù)改造，降低凝結(jié)水泵耗電率，提高電廠上網(wǎng)電量，廠用電率可以降低約14/10000，年節(jié)電約 245×104kW·h，折合標(biāo)煤約 811t，減排二氧化碳約2110t。預(yù)算投資117萬(wàn)元，測(cè)算年不含稅節(jié)電收益83萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收期17個(gè)月。

3 凝泵改造方案比較選擇

方案一采用了相對(duì)較成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，改造原理相對(duì)較簡(jiǎn)單，但受到供熱減溫水壓力的限制，在泵允許處理范圍內(nèi)，除氧器水位調(diào)整閥均需節(jié)流，會(huì)產(chǎn)生附加節(jié)流損失約60m。方案一年節(jié)能量307.68tce，節(jié)電率16.41%，靜態(tài)投資回收期33個(gè)月，在三個(gè)方案中靜態(tài)投資回收期最長(zhǎng)；方案二采用了離心泵串聯(lián)的工作原理，通過拆除水泵富裕葉輪，降低泵處理，此方案最為簡(jiǎn)單可行，且投資最少，靜態(tài)回收期也相對(duì)最短，但水泵改造后只能定速運(yùn)行，低負(fù)荷下節(jié)流損失大，節(jié)電率只有14.75%，年節(jié)能量276tce；方案三綜合應(yīng)用了方案一、二的技術(shù)，結(jié)合新建減溫水泵站，解決了減溫水壓力和水泵最低工作轉(zhuǎn)速的限制，年節(jié)能量811tce；節(jié)電率43.28%，三方案中最高，靜態(tài)投資回收期17個(gè)月。綜合比較投入產(chǎn)出比，方案三能夠達(dá)到節(jié)能最大化效果。

4 節(jié)能效果分析

4.1 試驗(yàn)方案

凝結(jié)水泵及系統(tǒng)按方案三進(jìn)行了改造，改造后分別對(duì)大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司在機(jī)組負(fù)荷330MW、300MW、270MW、240MW、210MW、180MW、165MW運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)。每個(gè)工況試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)約1h，試驗(yàn)期間保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，系統(tǒng)均勻補(bǔ)水，除氧器水位調(diào)整閥盡量保持最大允許開度，凝結(jié)水泵再循環(huán)門關(guān)閉。機(jī)組負(fù)荷240MW及以下，為保持凝結(jié)水精處理內(nèi)壓力不低于1.2MPa(設(shè)備廠家要求），除氧器水位主調(diào)閥節(jié)流控制凝結(jié)水壓力。為與工頻運(yùn)行工況對(duì)比，按照試驗(yàn)方案增加了165MW凝泵工頻運(yùn)行工況。

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過試驗(yàn)得出，凝結(jié)水系統(tǒng)改造后，變頻運(yùn)行每小時(shí)最少可以節(jié)電174kW·h，最多可以節(jié)電335kW·h，平均節(jié)電276kW·h。與凝泵工頻運(yùn)行相比，節(jié)電率最小為21.25%，最大為49.48%，平均為38.17%，可以看出改造后節(jié)電效果明顯。

變頻工況下，凝結(jié)水流量小于530t/h后，凝結(jié)水系統(tǒng)耗電明顯上升，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度低于38%，系統(tǒng)節(jié)流損失增大，凝泵電機(jī)輸出功率增大。當(dāng)除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，試驗(yàn)最大流量時(shí)閥門阻力僅0.18MPa，而當(dāng)凝結(jié)水流量小于582t/h，為了保持凝結(jié)水精處理壓力，除氧器水位調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失已大于0.36MPa。在凝結(jié)水流量582t/h，電動(dòng)機(jī)約比調(diào)閥全開多輸出功率35kW。當(dāng)前供熱量小，減溫水泵輸出功率在40kW左右，隨供熱量變化不大。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)凝結(jié)水泵及其系統(tǒng)進(jìn)行改造后，能夠有效降低廠用電率，節(jié)電效果明顯，從大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司改造經(jīng)驗(yàn)可以看出，改造后的系統(tǒng)完全可以滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要，節(jié)電效果非常明顯。每小時(shí)最少可以節(jié)電174kW·h，最多可以節(jié)電335kW·h，平均節(jié)電 276kW·h，節(jié)電率最小 21.25%，最大 49.48%，平均38.17%。當(dāng)凝結(jié)水流量低于582t/h，用除氧器水位調(diào)節(jié)閥節(jié)流維持精處理壓力，對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有一定影響，應(yīng)注意凝結(jié)水壓力的壓紅線控制，盡量保持除氧器水位調(diào)節(jié)閥的最大開度。

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