電廠閉式循環(huán)冷卻水泵雙速運(yùn)行優(yōu)化

文_牛小川 鄧新國(guó) 顧海風(fēng) 國(guó)華徐州發(fā)電有限公司

閉式環(huán)冷卻水泵是電廠重要輔機(jī)之一，在廠用電占據(jù)一定的份額。電廠對(duì)閉式循環(huán)冷卻水的需求受環(huán)境溫度影響較大，夏季需求多，冬季需求少。工頻定速泵，靠閥門節(jié)流調(diào)節(jié)的方法顯然是不節(jié)能的。水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法一般有兩個(gè)選擇，一是變頻調(diào)節(jié)；二是雙速調(diào)節(jié)。變頻調(diào)節(jié)因投資過(guò)高，收回成本時(shí)間長(zhǎng)，較少使用。雙速運(yùn)行優(yōu)化，成本低、改造少，是確保閉式冷卻水泵平穩(wěn)節(jié)能運(yùn)行，推動(dòng)電廠可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)可選的舉措。

1 項(xiàng)目背景

徐州發(fā)電廠2×1000MW機(jī)組于2011年12月31日投入商業(yè)運(yùn)行。每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)閉式循環(huán)冷卻水泵，1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。閉式循環(huán)冷卻水泵屬于工頻定速運(yùn)行方式，通過(guò)調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)閥門控制冷卻水流量及管網(wǎng)壓力，以滿足運(yùn)行需要。對(duì)溫度調(diào)節(jié)要求較高的冷卻用戶，如主機(jī)和小機(jī)的潤(rùn)滑油冷卻器、發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器、發(fā)電機(jī)密封油冷卻器、發(fā)電機(jī)水冷系統(tǒng)等，設(shè)有單獨(dú)的溫度調(diào)節(jié)閥。兩臺(tái)機(jī)組閉冷水系統(tǒng)均能分別向脫硫系統(tǒng)、空壓機(jī)、鍋爐取樣冷卻器等提供冷卻水，互相滿足事故供水。由于季節(jié)的變化，環(huán)境溫度降低，冷卻水溫也隨之變化，因此閉式水各用戶所需水量亦隨之波動(dòng)。氣溫低時(shí)，冷卻水的用量較少，相應(yīng)供水閥門或調(diào)節(jié)閥的開度減小，由此帶來(lái)的問(wèn)題是管網(wǎng)內(nèi)阻力增大，損失增大，水泵效率降低。

2 雙速改造參數(shù)核算與實(shí)際運(yùn)行采集

首先要進(jìn)行的是閉式循環(huán)冷卻水泵電動(dòng)機(jī)雙速節(jié)能改造項(xiàng)目，將原單速電機(jī)改成雙速電機(jī)。這種方法是利用電機(jī)本身?xiàng)l件，將原定子線圈拆除，鐵芯清理，更換全部定子線圈，增加改極接線箱，改變接線柱的連接方式，改變電機(jī)極數(shù)(4、6極)，實(shí)現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)速運(yùn)行，改造前后的電機(jī)參數(shù)如表1。

表1 閉式冷卻水泵電機(jī)改造后參數(shù)

由離心泵相似定律知，在不大范圍內(nèi)改變泵的轉(zhuǎn)速泵的效率近似不變，其性能近似關(guān)系為：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3其中Q1、H1、P1、Q2、H2P2分別表示轉(zhuǎn)速n1和n2水泵的流量、揚(yáng)程和功率。

改造前：閉冷泵轉(zhuǎn)速為1490r/min，額定流量為2700t/h（2700m3/h），額定揚(yáng)程為50m，功率為560kW。

改造后，閉冷泵高速方式運(yùn)行與改造前相同。閉冷泵低速方式運(yùn)行額定工況，經(jīng)核算流量、揚(yáng)程、功率情況是：泵轉(zhuǎn)速為1000r/min，額定流量為1862.1t/h（1879m3/h），額定揚(yáng)程為23.8m，功率為184kW。

由表2可知，通過(guò)改變接線，改變電機(jī)極數(shù)(4、6極)，實(shí)現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)速，低速運(yùn)行時(shí)電流與高速方式比較下降65.31%，電機(jī)輸出功率也相應(yīng)減小，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行目的。

表2 閉式冷卻水泵電機(jī)改造后實(shí)際采集數(shù)據(jù)

3 閉冷水泵雙速方式運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

由于閉冷水泵高、低運(yùn)行方式不同時(shí)，其性能曲線不同，因此并列運(yùn)行時(shí)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)行閉冷泵高、低速切換時(shí)，應(yīng)制定合適的操作方法，并需聯(lián)系維護(hù)人員密切配合，做好改接線工作及出口閥門的邏輯強(qiáng)制工作，密切監(jiān)視閉冷水壓力變化出現(xiàn)出口門關(guān)閉不嚴(yán)、閉冷水壓力偏低或其他異常等情況，立即恢復(fù)備用高速泵運(yùn)行。

當(dāng)環(huán)境氣溫升高時(shí)，機(jī)組在高負(fù)荷下，閉冷泵低速運(yùn)行將不滿足系統(tǒng)的冷卻水需求，應(yīng)當(dāng)制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件，及時(shí)將閉冷泵切至高速方式運(yùn)行。

4 閉冷泵雙速方式運(yùn)行試驗(yàn)

為保證機(jī)組運(yùn)行安全，采集數(shù)據(jù)，探索閉冷泵高、低速切換操作方法，制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，如表3～表10所示。

表3 閉冷泵低速方式運(yùn)行電機(jī)空載試驗(yàn)

表4 11號(hào)閉冷泵低速方式運(yùn)行試轉(zhuǎn)參數(shù)

表5 12號(hào)閉冷泵低速方式運(yùn)行試轉(zhuǎn)參數(shù)

表6 冷態(tài)工況下閉冷水泵低速方式運(yùn)行帶系統(tǒng)用戶（閥門全開）試驗(yàn)

表7 高速閉冷水泵切至低速閉冷水泵試驗(yàn)

表8 低速閉冷水泵切至高速閉冷水泵試驗(yàn)

表9 機(jī)組運(yùn)行時(shí)低速閉冷水泵帶系統(tǒng)用戶運(yùn)行的參數(shù)采集（冬季）

表10 機(jī)組運(yùn)行時(shí)低速閉冷水泵帶系統(tǒng)用戶的極限試驗(yàn)（初夏）

5 制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件

當(dāng)下列任一條件滿足時(shí)，閉式冷卻水泵應(yīng)由低速閉冷泵切至高速閉冷泵運(yùn)行：①閉式冷卻水泵出口母管壓力＜0.42MPa；②水水熱交換器閉式冷卻水出口母管壓力＜0.38MPa；③當(dāng)水水熱交換器出口母管閉式冷卻水溫度超過(guò)28℃時(shí)，應(yīng)手動(dòng)點(diǎn)開運(yùn)行的水水熱交換器循環(huán)水進(jìn)口門。當(dāng)水水熱交換器循環(huán)水進(jìn)口門全開，且水水熱交換器閉式冷卻水出口母管＞30℃；④在水水熱交換器循環(huán)水進(jìn)口門全開的情況下，水水熱交換器出口母管閉式冷卻水溫度超過(guò)28℃且發(fā)電機(jī)定冷水冷卻器冷卻水溫度調(diào)閥開度＞95%；⑤在水水熱交換器循環(huán)水進(jìn)口門全開的情況下，發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器冷卻水溫度調(diào)閥開度＞75%。

6 項(xiàng)目效果

根據(jù)計(jì)算及實(shí)際試驗(yàn)，每年10月份至次年5月閉冷泵低速方式運(yùn)行，完全可以滿足用戶需求，有明顯的節(jié)能效果。低速方式運(yùn)行18.8A 左右，高速方式電流為 54.2A左右。經(jīng)統(tǒng)計(jì)2019年，1號(hào)機(jī)組閉式循環(huán)冷卻水泵低速方式運(yùn)行204d。

新增效益=運(yùn)行時(shí)間×節(jié)約電流×電壓×三相系數(shù)×功率因數(shù)×每度電價(jià)，2019年新增效益：

閉式循環(huán)冷卻水泵雙速改造項(xiàng)目施工計(jì)劃費(fèi)用30萬(wàn)元，實(shí)際發(fā)生27萬(wàn)元，運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)使用廠用電費(fèi)用約0.3萬(wàn)元，共花費(fèi)27.3萬(wàn)元。不到半年即收回成本。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)及運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)季節(jié)特點(diǎn)，及時(shí)切換閉冷泵低速運(yùn)行方式，可以滿足各種負(fù)荷工況下閉冷水用戶的需求，對(duì)節(jié)約廠用電有明顯效果。閉式循環(huán)冷卻水泵雙速改造相較于變頻改造，造價(jià)低、回收成本快。