節(jié)能高效的新型電動(dòng)給水泵調(diào)速方式的應(yīng)用

楊新生

摘 要： 給水泵是每個(gè)發(fā)電企業(yè)必備的重要輔機(jī)之一，承擔(dān)著鍋爐上水的重要任務(wù)，雖然在特大型火力發(fā)電廠主力給水泵采用汽泵方式，但是電動(dòng)給水泵也作為機(jī)組啟動(dòng)泵或應(yīng)急備用泵存在，因此電動(dòng)給水泵的耗電仍影響整個(gè)電廠的能耗。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外新技術(shù)的調(diào)研，我司引進(jìn)全球第一臺(tái)機(jī)電體化電動(dòng)給水泵調(diào)速裝置，經(jīng)過(guò)應(yīng)用，節(jié)能效果顯著。在目前節(jié)能、綠色環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)的大形式下，推廣這種新技術(shù)，對(duì)建設(shè)美麗中國(guó)的部署又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

關(guān)鍵詞： 節(jié)能;電動(dòng)給水泵;調(diào)速

【中圖分類號(hào)】 TK223.5? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? ? ?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）14-0183-02

1 改造前設(shè)備概況

我司2×330MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組于2009年投產(chǎn)的單元制運(yùn)行方式，每臺(tái)機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)配套一臺(tái)除氧器、兩臺(tái)50%容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵組、三臺(tái)高壓加熱器。正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)電泵組運(yùn)行，無(wú)備用給水泵。給水泵組是上海電力修造總廠生產(chǎn)的DGT600-250型調(diào)速給水泵組，整個(gè)泵組包括：FA1D56型前置泵、DG600型給水泵、YKS5500電動(dòng)機(jī)及R16K400M型液力耦合器。 電動(dòng)機(jī)、液力偶合器輸入軸與前置泵同軸，給水泵與液力偶合器輸出軸同軸。整個(gè)泵組的調(diào)速裝置采用德國(guó)福伊特有限公司生產(chǎn)的液力耦合器，參數(shù)如下：

我司兩臺(tái)給水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，機(jī)組耗能較高，下面是2016年全年的機(jī)組發(fā)電情況和給水泵耗電率統(tǒng)計(jì)：

可以看出：1）在負(fù)荷率58%～82%區(qū)間段，給水泵組平均耗電率在2.91%～3.45%之間，平均為3.06%。2）給水泵組平均耗電率隨著負(fù)荷率下降呈快速上升趨勢(shì)。

2 機(jī)電一體化調(diào)速裝置技術(shù)原理

隨著電力行業(yè)改革的不斷深化和發(fā)展，以及國(guó)家節(jié)能減排大政方針的指引，降低發(fā)電廠的廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網(wǎng)電價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)力已成為各發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要方向之一。

電動(dòng)給水泵通過(guò)液力偶合器驅(qū)動(dòng)和調(diào)速，前置泵和給水泵由電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)，前置泵屬于定速運(yùn)行，而給水泵根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及運(yùn)行優(yōu)化曲線通過(guò)液力偶合器進(jìn)行調(diào)速，改變泵組出口流量和壓力，匹配機(jī)組運(yùn)行需要。液力偶合器是電動(dòng)給水泵實(shí)現(xiàn)調(diào)速的關(guān)鍵。

下式來(lái)形象表述了電動(dòng)給水泵組的能量傳遞過(guò)程：

機(jī)組負(fù)荷一定，亦即給水泵有效功率和前置泵有效功率確定，決定電動(dòng)給水泵組耗功的因素就取決于電機(jī)效率、液力偶合器效率、給水泵效率和前置泵效率。一般而言，電動(dòng)機(jī)、給水泵和前置泵，其設(shè)計(jì)、制造、安裝以及日常運(yùn)行業(yè)已相當(dāng)成熟，極少存在效率偏低的現(xiàn)象。因此，決定電動(dòng)給水泵組耗功的最主要矛盾在于液力偶合器的效率，我司經(jīng)過(guò)論證，引進(jìn)了德國(guó)福伊特公司新研發(fā)的機(jī)電一體化調(diào)整系統(tǒng)，并且這是全球第一臺(tái)實(shí)際應(yīng)用案例。

機(jī)電一體化調(diào)速方案（ VECO-Drive）是在基于功率分流原理的機(jī)械調(diào)速行星齒輪方案上再加以改進(jìn)，將傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速行星齒輪用于傳遞的調(diào)節(jié)功率的液力變矩器改為兩臺(tái)低壓小功率變頻伺服電機(jī)，結(jié)合了機(jī)械調(diào)速的高可靠性和電子調(diào)速的高效率，進(jìn)一步提高了低負(fù)荷區(qū)域的傳動(dòng)效率。機(jī)電一體化調(diào)速裝置的原理圖如下圖：

行星齒輪效率曲線基于功率分流原理的調(diào)速行星齒輪傳動(dòng)中大部分功率不參與調(diào)速而是以剛性傳遞方式從電動(dòng)機(jī)傳遞到行星齒輪組的外齒圈，避免了傳統(tǒng)液力偶合器的滑差損失，確保了整機(jī)高效率，為減小傳統(tǒng)調(diào)速行星齒輪液力變矩器的能量損失，進(jìn)一步提高極低負(fù)荷下能量傳遞效率，采用兩個(gè)低壓小功率的變頻伺服電機(jī)替換效率較低的液力變矩器。該低壓變頻伺服電機(jī)為一套可四象限運(yùn)行的低壓電動(dòng)機(jī)，當(dāng)給水泵在較高轉(zhuǎn)速范圍工作時(shí)，伺服電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)向行星齒輪輸出功率;當(dāng)給輸泵運(yùn)行在較低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，伺服電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，回收一部分能量，集合了機(jī)械調(diào)速的高可靠性和電子調(diào)速的高效率。

機(jī)電一體化調(diào)速裝置用恒定轉(zhuǎn)速（電機(jī)轉(zhuǎn)速）驅(qū)動(dòng)行星齒輪的齒圈。通過(guò)更改行星支架轉(zhuǎn)速（受伺服電機(jī)和齒輪鏈影響），可改變從動(dòng)轉(zhuǎn)速。通過(guò)更改伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)從動(dòng)轉(zhuǎn)速。由于只有一小部分從動(dòng)功率要作為調(diào)節(jié)功率供應(yīng)，而且轉(zhuǎn)速低于回轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)會(huì)將多余能量回饋至電源，因此全體機(jī)組可在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍中實(shí)現(xiàn)極高效率。

3 實(shí)際節(jié)能情況對(duì)比

根據(jù)電科院出具的電動(dòng)給水泵技改前性能試驗(yàn)報(bào)告，我司#1機(jī)組電動(dòng)給水泵液偶調(diào)速改造前310MW、250MW、165MW三個(gè)工況平均測(cè)試結(jié)果：A給水泵效率為75.32%，B給水泵效率為75.84%。對(duì)給水泵組調(diào)速改造后，電科院又對(duì)這兩臺(tái)給水泵機(jī)電一體化調(diào)速裝置做性能試驗(yàn)，報(bào)告數(shù)據(jù)如下：

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，機(jī)電一體化調(diào)速裝置能夠在65～100%調(diào)速范圍內(nèi)保持在95%左右的極高效率，較改造前75%左右的效率提高了20%。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)6kV輔機(jī)電度表計(jì)量對(duì)比：300MW機(jī)組電動(dòng)給水泵機(jī)電一體化調(diào)速改造后，180MW工況下，電泵耗電率下降1.12%;240MW工況下，電泵耗電率下降0.88%。減少給水泵電耗25～30%，機(jī)組廠用電率平均下降0.8%，折合機(jī)組供電煤耗下降2.48g/kWh，按照年發(fā)電量18億kWh（綜合廠用電率8%），年減少標(biāo)煤耗量4100噸。以年減少標(biāo)煤耗量4100噸計(jì)，折合二氧化碳減排10600噸（折算系數(shù)取2.6），折合二氧化硫減排4噸（入爐煤硫份取0.7%），煙塵減排1噸。

4 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)火電機(jī)組電動(dòng)給水泵調(diào)速因?yàn)樾铦M足大功率傳遞、高可靠性要求，基本采用液力偶合器調(diào)速。根據(jù)液力偶合器的工作原理，伴隨調(diào)速過(guò)程必產(chǎn)生滑差熱損耗，以300MW等級(jí)機(jī)組為例，每臺(tái)液力偶合器的工作油損耗熱量在2000000kJ左右，折合功率損耗不少于250kW，一臺(tái)機(jī)組要運(yùn)行兩臺(tái)液力偶合器，一年損耗的電量超過(guò)300萬(wàn)度。另外機(jī)組發(fā)電負(fù)荷受地區(qū)及季節(jié)限制，機(jī)組的年平均負(fù)荷可能在65%ECR～90%ECR之間，給水泵經(jīng)常在遠(yuǎn)離額定負(fù)荷的工況下運(yùn)行，使液力偶合器調(diào)速的電動(dòng)給水泵經(jīng)常處于不經(jīng)濟(jì)區(qū)段運(yùn)行，根據(jù)前表可知，也使耗電率上升。

機(jī)電一體化調(diào)速裝置較液力偶合器，其效率大幅度提升，從75%左右提高到95%，能夠降低給水泵電耗25～30%，且其可靠性極高，無(wú)需過(guò)多維護(hù)，是踐行國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策可值得推廣的新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 上海電力修造總廠《調(diào)速給水泵組說(shuō)明書(shū)》

[2] 電力科學(xué)研究院《機(jī)組性能試驗(yàn)報(bào)告》

[3] 福伊特廠家說(shuō)明書(shū)