350MW機組循環(huán)水泵節(jié)能優(yōu)化及經(jīng)濟性分析

官卜瑞

摘 要：目前電力行業(yè)循環(huán)水泵仍存在能耗高的問題，造成一定的資源浪費，因此降低循環(huán)水泵高能耗已成為目前各廠一直探索的課題，為此河南京煤滑州熱電有限責任公司350MW機組在循環(huán)水泵選型初期，根據(jù)現(xiàn)有環(huán)境狀況，對循環(huán)水泵做了詳細的計算和評估，通過對比循環(huán)水泵的經(jīng)濟性，確定了采用變頻的方式，達到一定的節(jié)能效果，實現(xiàn)能源的高效利用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵;經(jīng)濟效益;變頻;經(jīng)濟性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.137

1 引言

根據(jù)我國發(fā)展狀況，能源的一次性消費將影響著后續(xù)的發(fā)展，因此節(jié)能成為目前主要的議題，針對電廠的高能耗問題，我國一直不斷采取各項措施來降低能耗，要提高發(fā)電廠綜合效益，必須降低廠用電率和發(fā)電煤耗。由于電的能價比高，節(jié)電比節(jié)煤效益更好，在資金有限的情況下，積極引進節(jié)電項目，能在短期內(nèi)創(chuàng)造更大的效益。

輔機出力是隨著發(fā)電機負荷的變化而變化，因此在發(fā)電機輸出功率變化的同時輔機出力也要相應(yīng)調(diào)整。循環(huán)水泵作為電廠主要輔機之一，從維持機組真空、調(diào)節(jié)循環(huán)水流量的要求出發(fā)，其出力應(yīng)隨季節(jié)和機組負荷而變化，而我國絕大多是循環(huán)水泵仍采用定速或雙速運行的方式，這將在低負荷的情況下造成電能的浪費，沒有起到節(jié)能的目的，這種運行調(diào)節(jié)方式有兩個缺陷：一是浪費電能;二是增加設(shè)備不必要的磨損。如果在北方冬季循環(huán)水量過大，還會出現(xiàn)凝結(jié)水過冷度（即凝結(jié)水溫度低于其對應(yīng)壓力下飽和水溫，也就是凝結(jié)水處于不飽和狀態(tài)），能耗損失就更大了。因此循環(huán)水泵具有較大的節(jié)能改造空間。

通過對大量電廠循環(huán)水泵實際運行效率測試數(shù)據(jù)調(diào)研，循環(huán)水泵運行效率均低于設(shè)計值很多，主要是設(shè)計院在設(shè)計選型時過于保守，沒有結(jié)合考慮現(xiàn)場的環(huán)境以及實際情況，以至于實際運行的設(shè)備均存在較大的富裕量。

循環(huán)泵節(jié)能改造主要可從兩方面來考慮：一是水泵高效改造，提高運行效率;二是電機節(jié)電改造，在滿足設(shè)備系統(tǒng)要求的前提下，降低循環(huán)水泵功耗。

與定速運行相比較，雙速運行可極大節(jié)約電能，本文中主要針對雙速調(diào)節(jié)及變頻調(diào)節(jié)節(jié)能性進行對比。

2 情況介紹

本期工程采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，采用擴大單元制二次循環(huán)供水系統(tǒng)，經(jīng)優(yōu)化計算，在最小抽汽工況下，循環(huán)水冷卻倍率熱季為55倍，冷季為33倍，根據(jù)循環(huán)倍率結(jié)合我廠實際排氣情況計算出不同工況下的循環(huán)水量如下：

3 循環(huán)水泵初步選型參數(shù)

4 雙速調(diào)節(jié)

根據(jù)交流異步電動機轉(zhuǎn)速公式：n=60*f*（1-s）/p，雙速調(diào)節(jié)方式為：保持電機的頻率（f）和轉(zhuǎn)差率（s）不變，通過改變磁極對數(shù)（f）來改變電機的輸出轉(zhuǎn)速（n）。這種方式下，異步電動機的轉(zhuǎn)速和極對數(shù)成反比關(guān)系，極對數(shù)增加，轉(zhuǎn)速相應(yīng)減小。

循環(huán)水泵電機優(yōu)化前的極數(shù)是14，轉(zhuǎn)速為425r/min，優(yōu)化后把極數(shù)從14修改到16（370r/min）。14極對應(yīng)高速檔，16極對應(yīng)的是低速檔。通過線路切換來改變電機線圈的繞組連接方式，實現(xiàn)電動機雙速調(diào)節(jié)。

由于電機轉(zhuǎn)速差別不大，不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)的水壓差別不大，一臺高速、一臺低速電機可以同時運行，即存在一高一低同時運行的情況。論文《雙速循環(huán)水泵節(jié)能運行原理性能以及效果分析》（河北省電力研究院張英2010年）中也通過實驗，分析驗證了此觀點。

因此，實施雙速優(yōu)化后的循環(huán)水泵可以有單泵低速運行、單泵高速運行、雙泵低速并聯(lián)運行、雙泵高低速并聯(lián)運行和雙泵高速并聯(lián)運行5種運行方式，全年可根據(jù)循環(huán)水溫、機組負荷靈活進行選擇。

5 變頻調(diào)節(jié)

根據(jù)交流異步電動機轉(zhuǎn)速公式：n=60*f*（1-s）/p，變頻調(diào)節(jié)方式為：保持電機的磁極對數(shù)（p）和轉(zhuǎn)差率（s）不變，通過改變電源頻率（f）來改變電機的輸出轉(zhuǎn)速（n）。利用變頻調(diào)速裝置可以使電動機的轉(zhuǎn)速根據(jù)負荷的需要而改變，保證電動機在經(jīng)濟工況下運行，提高設(shè)備效率。

通過計算，循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，充分考慮楊程，運行中確保冷卻塔上水的最小頻率應(yīng)不低于35Hz。

6 優(yōu)化前后對比

7 優(yōu)化前后經(jīng)濟性分析

為保證計算結(jié)果的準確性，通過與設(shè)計院溝通后，計算過程中選擇適當?shù)南禂?shù)進行經(jīng)濟性計算，同時考慮到河南省冬季供熱期為4個月，冬季按4個月120天分析，夏季為3個月90天，春、秋兩季按5個月150天計算;春、秋循環(huán)水量暫按夏、冬的一半計算;發(fā)電成本按0.28元/（kW.h）計算;比較原則：各工況下，雙速調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)均以定速調(diào)節(jié)為基準，再分別橫向比較。如下：

8 結(jié)論

（1）循環(huán)水泵的調(diào)速方式還需要考慮到我廠是否參與機組調(diào)峰。如參與調(diào)峰，則循環(huán)水泵需不斷調(diào)整才能保證盡量節(jié)能。這時候變頻調(diào)節(jié)不僅調(diào)速速度快，反應(yīng)及時，而且不涉及頻繁啟停的問題，建議采用。如不參與調(diào)峰，則只需比較其技術(shù)經(jīng)濟、后期維護等問題即可。

（2）變頻方案可以實現(xiàn)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速和流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，但是變頻裝置的可靠性相對較低，且變頻裝置初期投資較大。高低雙速優(yōu)化的流量調(diào)節(jié)是通過不同的運行組合實現(xiàn)的，不具有連續(xù)可調(diào)性能，尤其在單泵容量較大情況下，節(jié)能不徹底，且大部分的高低速切換需要停泵，操作不靈活。

（3）循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，充分考慮楊程，運行中確保冷卻塔上水的最小頻率應(yīng)不低于35Hz，在機組調(diào)峰中使用也有一定的意義。即使循環(huán)水泵在40Hz運行，運行功率僅為額定功率的一半，節(jié)電效果比較明顯。

（4）頻率變化范圍在35～50，但是功率的變化范圍很大，節(jié)電明顯。

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