清水川電廠鍋爐給水泵變頻改造方案研究

劉聯(lián)飛

摘 要：陜西清水川電廠鍋爐給水泵年總耗電量8117.35萬千瓦時(shí)，占發(fā)電能耗2.6%，占廠用電31%。所以為減少?gòu)S用電、降低能耗、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，鍋爐給水泵變頻改造項(xiàng)目意義重大。通過對(duì)鍋爐給水泵組節(jié)能方案的研究，結(jié)合清水川電廠的實(shí)際情況，研究出適合我廠鍋爐給水泵變頻改造方案，實(shí)現(xiàn)提高我廠鍋爐給水泵整體效率的目的。

關(guān)鍵詞：鍋爐給水泵；液力偶合器；變頻

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0159-01

1 研究背景

陜西清水川能源股份有限公司一期（2×300MW）項(xiàng)目，單臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)50%額定容量電動(dòng)給水泵，鍋爐給水泵由工頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過液力偶合器實(shí)現(xiàn)增速，而液力偶合器主要通過勺管的開度來控制工作油量的多少來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，從而帶動(dòng)給水泵向鍋爐上水。液力偶合器的主要損失為滑差損失，其和勺管開度的平方成反比，勺管開度越大，液力偶合器的滑差損失越小，傳遞效率越高。清水川電廠在機(jī)組100%負(fù)荷時(shí)，液力偶合器勺管開度始終不超過70%，所以現(xiàn)液力偶合器始終處于低效率區(qū)域運(yùn)行，造成鍋爐給水泵組效率低下。

2 設(shè)備概況

陜西清水川電廠一期汽輪機(jī)型號(hào)為N300-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)組。汽輪機(jī)額定進(jìn)氣量為938.146t/h，主蒸汽壓力/溫度16.7 MPa/538℃；再熱器壓力/溫度3.3MPa/538℃。

單臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)50%額定容量電動(dòng)給水泵，采用液力偶合器調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速控制給水流量。給水泵運(yùn)行方式為兩用一備（A泵由6kV A段供電、B泵由6kV B段供電、C泵由6kV A、B段供電）。

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 大功率變頻器的選型

給水泵變頻改造的變頻器品牌主要有廣州智光，西門子，東方日立，利德華福，東芝三菱。每臺(tái)機(jī)組改二備一，原電機(jī)不變，增加高壓變頻器來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。高壓變頻器功率單元采用串聯(lián)設(shè)計(jì)。功率單元移相疊加SPWM波形輸出，用于普通異步電動(dòng)機(jī)無需加裝濾波器。變頻器主要包括雙數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、大規(guī)模集成電路可編程器件（CPLD和FPGA）、濾波電容、SPWM逆變控制等設(shè)備。

改造后的高壓變頻器能夠保證調(diào)節(jié)速度，滿足鍋爐給水響應(yīng)速度。液力偶合器勺管開度0～100%用時(shí)通常是33秒，所以高壓變頻器從0～50Hz的增速時(shí)間也不應(yīng)超過33秒。

如保留工頻運(yùn)行方式，則變頻器需要增加旁路開關(guān)。

3.2 偶合器改造方式研究

偶合器改造主要有以下兩種形式。

第一種形式：保留偶合器，在變頻運(yùn)行時(shí)偶合器勺管始終處于100%位置，通過電機(jī)變頻器進(jìn)行調(diào)速，滿足鍋爐給水。保留工頻偶合器調(diào)速運(yùn)行方式，只對(duì)偶合器進(jìn)行簡(jiǎn)易改造，增加潤(rùn)滑油穩(wěn)壓系統(tǒng)，保證電機(jī)變頻時(shí)潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力。變頻器故障時(shí)工頻運(yùn)行時(shí)，通過偶合器進(jìn)行調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，滿足運(yùn)行工況。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是基礎(chǔ)變動(dòng)量小，工頻變頻自由切換，安全生產(chǎn)無風(fēng)險(xiǎn)。

第二種方案：將偶合器改為齒輪箱或?qū)⑴己掀鞯谋幂喓蜏u輪改造成對(duì)輪連接形式。相對(duì)偶合器不改的方案，改齒輪箱的優(yōu)點(diǎn)是泵組效率高1%～2%，缺點(diǎn)是基礎(chǔ)變動(dòng)大，無法工頻運(yùn)行，對(duì)變頻器可靠性要求高。具體改造圖如圖1。

3.3 鍋爐給水泵前置泵驅(qū)動(dòng)方式研究

電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速控制由液偶控制改為電動(dòng)機(jī)變頻控制，改前給水泵電機(jī)定速運(yùn)轉(zhuǎn)，相應(yīng)前置泵為定速運(yùn)行。改后給水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨變頻器供電頻率改變而調(diào)節(jié)，如果前置泵的方式不作改變，改后就成了變速泵，泵的出口壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致出口壓力不再恒定，前置泵流量和入口壓力相對(duì)穩(wěn)定才能保證給水泵安全運(yùn)行。前置泵的改造與否決定于，變頻改造后前置泵是否能夠滿足給水泵的流量和必須汽蝕余量。

可行方案有以下兩種：第一種：我廠給水泵和前置泵由上海電力修造廠提供，上電修對(duì)變頻后變頻改造前置泵、主泵氣蝕余量初步核算，我廠前置泵可也滿足變頻需要，不用進(jìn)行改造。第二種：廣州智光結(jié)合他們的改造給水泵的經(jīng)驗(yàn)提出前置泵需進(jìn)行改造。保證泵的原有運(yùn)行方式，即就是前置泵定速運(yùn)行以滿足主泵運(yùn)行工況。改造如圖3所示；前置泵進(jìn)行改造需要將泵驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行移向，泵軸、推力瓦等進(jìn)行改造，增添前置泵電機(jī)，增加基礎(chǔ)，整體費(fèi)用50-60萬左右。

3.4 潤(rùn)滑油系統(tǒng)研究

改造前電泵組供油系統(tǒng)壓力油由偶合器提供，正常運(yùn)行時(shí)由主油泵，啟動(dòng)和停止工況時(shí)由備用油泵提供，變頻改造后油系統(tǒng)隨著偶合器的改造而改造，具體形式如下；

偶合器改為齒輪箱，主油泵、輔助油泵被拆除，則需要增加整套油系統(tǒng)，油泵改造后應(yīng)保持潤(rùn)滑油系統(tǒng)原有的壓力、流量不變，給水泵、給水泵電機(jī)、前置泵和增速齒輪才能安全可靠的工作。

偶合器不進(jìn)行改造，但是主油泵轉(zhuǎn)速將電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，保留備用油泵，需要增加一穩(wěn)壓油泵，保證給水泵、給水泵電機(jī)、前置泵、偶合器等設(shè)備的正常供油。

3.5 鍋爐給水泵變頻器的散熱方案

在鍋爐給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造方案中，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關(guān)元件，其發(fā)熱量較大，為了使變頻器能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，變頻器需要安裝空水冷裝置進(jìn)行冷卻。如果液力偶合器要改造為增速箱，工作油冷油器沒有保留的必要。根據(jù)改造公司經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我廠電泵組液力偶合器工作油冷卻系統(tǒng)冷卻水量，初步認(rèn)為變頻器室空水冷系統(tǒng)可以將液力偶合器工作油冷卻水作為水源。如保留液偶，則需要重新增設(shè)冷卻水源。

3.6 改造后泵故障切換控制策略

電泵變頻改造熱控部分，涉及對(duì)增加電泵變頻控制后的邏輯組態(tài)修改。熱控電纜敷設(shè)和接線工作完成后，將對(duì)遠(yuǎn)方控制設(shè)備進(jìn)行模擬啟動(dòng)等靜態(tài)試驗(yàn)。機(jī)組啟動(dòng)后，還要進(jìn)行電泵變頻并入給水系統(tǒng)的給水?dāng)_動(dòng)試驗(yàn)和給水自動(dòng)優(yōu)化，使變頻改造后給水自動(dòng)能穩(wěn)定運(yùn)行，并投入電泵自動(dòng)聯(lián)鎖功能。

4 結(jié)語

結(jié)合一期鍋爐給水泵的運(yùn)行情況，建議方案為A、B泵改變頻，變頻器容量采用6900kVA/6kV，C泵工頻備用，偶合器改為對(duì)輪聯(lián)接，增加一套潤(rùn)滑油穩(wěn)壓裝置，前置泵改為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。

改造后電泵綜合節(jié)電估計(jì)在20%以上，2015年我廠發(fā)電量30.4億千瓦時(shí)，廠用電8.54%。電泵總耗電量8117.35萬千瓦時(shí)，占發(fā)電能耗2.6%，占廠用電31%，改造后總節(jié)電1623.47萬千瓦時(shí)，廠用電降低到8.1%左右。每度電按0.3元計(jì)算，每年節(jié)約費(fèi)用487萬元，兩臺(tái)機(jī)改造費(fèi)用2350萬，4.8年能收回成本。