260噸鍋爐給水泵變頻改造應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益分析

馮宏圖

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司能源中心，河北 邯鄲056015）

1 引言

節(jié)能改造是當(dāng)今企業(yè)降低成本、提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力的主要途徑，高壓變頻技術(shù)的飛速發(fā)展為鋼廠鍋爐給水泵節(jié)能改造提供了技術(shù)支撐?，F(xiàn)260噸鍋爐擁有兩臺(tái)給水泵，用一備一，通過母管向鍋爐供水。每臺(tái)泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為2000kW，其流量及壓力通過調(diào)節(jié)閥和再循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于集控運(yùn)行，缺點(diǎn)是損耗較大，特別是在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候。為解決這一問題，經(jīng)論證分析后對(duì)其中一臺(tái)給水泵進(jìn)行了變頻改造。

2 運(yùn)行方式介紹

根據(jù)鋼廠供暖季與非供暖季限產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況，分別對(duì)采暖季與非采暖季時(shí)給水泵運(yùn)行情況進(jìn)行介紹。

2.1 采暖季運(yùn)行說明

供暖季，鍋爐長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐額定負(fù)荷為260t/h，實(shí)際負(fù)荷在100噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其額定負(fù)荷，致使給水泵長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，為使給水泵出口壓力和負(fù)荷滿足用戶需求，降低給水流量。需要通過打開給水泵再循環(huán)門，關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥的方式，來調(diào)節(jié)流量和壓力。采取此調(diào)節(jié)方式帶來的問題是，隨著閥門開度的減小，水泵出口壓力上升，達(dá)到16～18Mpa以上，閥門兩側(cè)的壓差將增大，壓差接近10Mpa，對(duì)給水電動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥的沖刷十分嚴(yán)重，需兩年更換閥門，給水泵再循環(huán)需要常開，對(duì)給水泵再循環(huán)沖刷嚴(yán)重；達(dá)到18Mpa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)的水泵出口壓力15Mpa，高于鍋爐汽包壓力11Mpa(包括給水垂直落差及管路壓差)的要求，在此工況狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)鍋爐壓力最高只有7Mpa，不但造成能量浪費(fèi)，而且使得水泵的振動(dòng)和磨損加大，壽命縮短。

2.2 非采暖季節(jié)運(yùn)行說明

非采暖季，由于環(huán)保壓力，高爐限產(chǎn)，煤氣用量緊張，鍋爐運(yùn)行負(fù)荷變化頻繁，長(zhǎng)期處于額定負(fù)荷以下運(yùn)行，由于給水泵出口壓力和流量不能自身調(diào)節(jié)，同樣需要通過打開給水泵再循環(huán)門，關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥的方式來調(diào)節(jié)。不但造成能源浪費(fèi)，而且給設(shè)備運(yùn)行帶來生產(chǎn)隱患。

3 給水泵變頻改造

為優(yōu)化鍋爐給水控制結(jié)構(gòu)流程，特加裝高壓變頻調(diào)速裝置，通過調(diào)整輸出頻率實(shí)現(xiàn)給水泵流量調(diào)節(jié)。此方式不僅能降低設(shè)備啟動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷平滑過渡，同時(shí)緩解高壓水流對(duì)出口調(diào)節(jié)閥的沖刷，還能獲得相應(yīng)節(jié)能效益。變頻器采用戶內(nèi)型，變頻器與電動(dòng)機(jī)采用“一拖一”配置+旁路切換保障方式。

圖1 變頻器系統(tǒng)主回路原理圖

變頻裝置與電動(dòng)機(jī)的連接方式如圖1所示，一拖一手動(dòng)系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)方案如下：

電源經(jīng)變頻裝置進(jìn)線開關(guān)QS1到變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線開關(guān)QS22送至電動(dòng)機(jī)。電源還可經(jīng)旁路開關(guān)QS21直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)出線開關(guān)和旁路開關(guān)的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可斷開進(jìn)出線刀閘QS1和QS22，將變頻裝置隔離；手動(dòng)合旁路刀閘QS21，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。QS22與QS21機(jī)械聯(lián)鎖，不能同時(shí)合閘。QS1與QS21電氣聯(lián)鎖。若QS21處于合閘狀態(tài)，則不得操作QS1。QF為原泵高壓電源控制開關(guān)，QS21與QS22同處斷開狀態(tài)時(shí)，可輸出QF分閘信號(hào)。（正常停機(jī)操作狀態(tài)時(shí)，可輸出高開分閘信號(hào)，將變頻器供電源切斷，以免誤操作；此功能為可選項(xiàng)）。

在給水泵變頻改造前，出口壓力連鎖設(shè)定值為12Mpa，變頻改造后，在運(yùn)行變頻給水泵時(shí)出口壓力變低，致使另一臺(tái)不能投入連鎖。為解決這一問題，將壓力連鎖調(diào)整為8.0Mpa，并實(shí)現(xiàn)工頻和變頻運(yùn)行的兩種模式手動(dòng)切換。

4 變頻改造效益分析

4.1 供暖季效益分析

工頻運(yùn)行方式下消耗功率計(jì)算

式中，U為電機(jī)電壓，取10kV；I1為工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)電流，取105A；η1為功率因數(shù)，取0.9。

變頻運(yùn)行方式下消耗功率計(jì)算

式中，I2為變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)電流，取50A。

表1 供暖季給水泵電機(jī)運(yùn)行參數(shù)

4.2 非供暖季效益分析

工頻運(yùn)行方式下消耗功率計(jì)算

式中，U*為電機(jī)電壓，取10kv；I1*為工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)電流，取105A。

變頻運(yùn)行方式下消耗功率計(jì)算

式中，I*2為變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)電流，取50A。

表2 供暖季給水泵電機(jī)運(yùn)行參數(shù)

4.3 節(jié)約運(yùn)行成本運(yùn)算

按照保守估計(jì)，采用變頻改造后，供暖季11月15日至3月15日（2880h）節(jié)約成本：

式中，D為電費(fèi)單價(jià)，取0.55元/kwh；T1為供暖季的運(yùn)行時(shí)間，取2880h；η2為變頻系統(tǒng)運(yùn)行效率，取典型值0.96。

非供暖季3月15日至11月15日約5220h（不包括檢修時(shí)間）節(jié)約成本：

式中，T2為非供暖季的運(yùn)行時(shí)間，取5220h。

全年共節(jié)約成本為：T=T1+T2=247萬元

5 變頻改造的間接經(jīng)濟(jì)效益

除了直接的經(jīng)濟(jì)效益外，變頻改造還有一些間接的經(jīng)濟(jì)效益，包括減少了對(duì)給水調(diào)節(jié)閥的沖刷，降低了給水調(diào)節(jié)閥的前后壓差，減少了對(duì)閥門的更換周期；實(shí)現(xiàn)了給水泵的軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)力矩突變對(duì)電機(jī)的電氣和機(jī)械損傷，減少了由于直接啟動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子籠條造成的沖擊；減少了對(duì)軸承的摩擦，維護(hù)工作量減少；控制平滑、穩(wěn)定、精度高。

6 結(jié)論

給水泵變頻改造投資小，效益明顯，且采用高壓變頻技術(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定，避免了機(jī)械故障等的發(fā)生，是一種可取的改造方式。