發(fā)電廠鍋爐電動(dòng)給水泵故障分析及優(yōu)化

賈曦

摘要：介紹了火電廠電動(dòng)給水泵節(jié)能改造的方案，分析了給水泵變頻控制節(jié)能的原理、優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)生產(chǎn)的實(shí)際工況，對(duì)設(shè)備選型和改造方案進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，給水泵液力耦合器調(diào)速改成高壓變頻調(diào)速不僅可行，而且必要。變頻改造后，可以延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低廠用電率，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，為同類電廠節(jié)能改造提供了參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;電動(dòng)給水泵;高壓變頻器;節(jié)能

1電動(dòng)給水泵組結(jié)構(gòu)

火力發(fā)電機(jī)組一般安裝2臺(tái)50%容量的電動(dòng)給水泵，同時(shí)設(shè)置同容量或30%容量備用給水泵1臺(tái)。為保證入口壓力以防汽蝕，一般布置機(jī)房零米。主泵、主電機(jī)大多采用同軸驅(qū)動(dòng)方式，主電機(jī)和主泵用液聯(lián)連接，如圖1所示。通過(guò)調(diào)節(jié)液聯(lián)勺管位置，控制給水泵轉(zhuǎn)速。

2發(fā)電廠鍋爐電動(dòng)給水泵故障分析及優(yōu)化方案

2.1改造方案的分析與選擇

一個(gè)合適的鍋爐給水泵液耦調(diào)速改變頻方案應(yīng)該全面考慮和比較改造后設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性、節(jié)能效益、投資回報(bào)率、施工工期、運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用等多種要素，綜合比較后在確保長(zhǎng)期運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，電廠的鍋爐液耦調(diào)速電動(dòng)給水泵變頻改造方案歸納如下。

①對(duì)3臺(tái)液力耦合器調(diào)速電動(dòng)給水泵中的A，B泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造，保留C泵液耦調(diào)速功能，作為備用泵。

②液力耦合器變頻改造時(shí)，保持液力耦合器的所有外部結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，不需要拆除液力耦合器內(nèi)部原有的工作油泵和潤(rùn)滑油泵，從而不會(huì)破壞液力耦合器的原始結(jié)構(gòu)。

③不拆除液力耦合器的原始工作油泵以及潤(rùn)滑油泵，保持原始的機(jī)組油系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，從而不需要對(duì)整個(gè)機(jī)組的油管路進(jìn)行拆除或進(jìn)行大的更改，不需要在機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模的焊接施工。

④變頻改造后，主給水泵與前置泵用同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，前置泵的運(yùn)行方式由原來(lái)的定速改為變速運(yùn)行，對(duì)前置泵進(jìn)行校核，以確保變頻改造后能滿足給水泵的汽蝕余量的要求。

⑤采用保留液力耦合器方式，將液力耦合器的原有功能全部保留，無(wú)需單獨(dú)配潤(rùn)滑油系統(tǒng)等功能;當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后可以迅速切換到工頻運(yùn)行，等變頻器故障排除后在切換回變頻運(yùn)行。綜合比較，采用的變頻改造方案具有新增設(shè)備少，施工工期短，節(jié)能效益以及投資回報(bào)率高，降低了設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用，保證設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的安全穩(wěn)定性的多種優(yōu)點(diǎn)，圖2給出了改造的工藝方案示意圖。

2.2高壓變頻器控制方式

要求最大限度地達(dá)到節(jié)能目的，提高給水泵組節(jié)能效率（機(jī)組年平均負(fù)荷率70%計(jì)算，改造后給水泵組年度加權(quán)平均能耗應(yīng)比改造前降低23%），同時(shí)保證備用給水泵的安全、可靠備用。本工程將對(duì)A給水泵、B給水泵在原液力耦合器調(diào)速基礎(chǔ)上進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造，控制方式采用手動(dòng)一拖一方式。采用一臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)一負(fù)載，其電氣原理示意接線圖如3所示。該方案在設(shè)計(jì)中考慮：①工頻旁路隔離刀閘QS3設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)，QS2與QS3為雙頭隔離刀閘，防止誤操作;②在變頻運(yùn)行狀況下，QS1，QS2閉合，QS3斷開(kāi)。如運(yùn)行過(guò)程中變頻器發(fā)生故障停機(jī)，則啟動(dòng)備用泵B泵，斷開(kāi)母線側(cè)高壓開(kāi)關(guān)QF后，斷開(kāi)QS1，QS2，閉合QS3，使A泵處于工頻備用狀態(tài);③待變頻器故障排除后，斷開(kāi)QS3，閉合QS1，QS2，閉合母線側(cè)高壓開(kāi)關(guān)QF、變頻啟動(dòng)A泵，同時(shí)B泵停機(jī)進(jìn)入備用狀態(tài)。

2.3前置泵改造方案

火電廠鍋爐給水泵，入口水溫近似飽和水溫，為保證不發(fā)生汽蝕，安裝設(shè)置了低速前置泵。給水先通過(guò)前置泵升高壓力后，再進(jìn)入給水泵。這樣就使給水泵入口的壓力大于給水溫度所對(duì)應(yīng)的汽化壓力，避免了給水泵的汽蝕。給水泵組進(jìn)行變頻調(diào)速型液力耦合器電動(dòng)給水泵改造后，前置泵如何運(yùn)行，是繼續(xù)保持定速運(yùn)行，還是由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)變速運(yùn)行，成為必需解決的技術(shù)關(guān)鍵。

機(jī)組電動(dòng)給水泵的前置泵，由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)是出于設(shè)計(jì)、安裝和使用的方便和習(xí)慣，并不是前置泵要定速運(yùn)行，前置泵設(shè)計(jì)為同軸定速方式，是因?yàn)橐毫︸詈掀髡{(diào)速時(shí)，前置泵不能變速運(yùn)行，為節(jié)省一臺(tái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)定速運(yùn)行。關(guān)鍵是前置泵揚(yáng)程所提供的有效汽蝕余量，在變速運(yùn)行工況下，無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，都要始終高于給水泵必需汽蝕余量。給水泵電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，前置泵也同時(shí)改為變頻調(diào)速運(yùn)行，既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。

2.4液力耦合器改動(dòng)方案

依據(jù)設(shè)備安全可靠原則，液力耦合器改造原則是：①保留耦合器軸頭油泵的功能，確保突發(fā)狀態(tài)下整個(gè)機(jī)組能惰性停機(jī)，不至于損害機(jī)組設(shè)備;②保留機(jī)組輕載啟動(dòng)和柔性連接的功能，保護(hù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在故障下，不發(fā)生卡死或咬死現(xiàn)象;③盡量保留原操作習(xí)慣，確保機(jī)組安全運(yùn)行。液力耦合器勺管保持100%開(kāi)度運(yùn)行，其潤(rùn)滑油系統(tǒng)保留，將液力耦合器內(nèi)部工作油油泵和潤(rùn)滑油泵保留，增設(shè)外置式工作油、潤(rùn)滑油系統(tǒng)，通過(guò)油管路與耦合器相連，油泵均采用1×100%容量，新增油泵與原耦合器油泵互為備用，一運(yùn)一備。

3變頻改造節(jié)能效果

表1、表2為機(jī)組相同負(fù)荷條件下A泵改造前后測(cè)取的電流值。B電泵電流下降值與A泵相當(dāng)，計(jì)算中認(rèn)為與A泵一樣。由表2可得在不同負(fù)荷段的電流下降平均值為128A，電泵工頻運(yùn)行時(shí)其功率因數(shù)根據(jù)實(shí)測(cè)電能量計(jì)算，負(fù)荷從190MW至330MW變化時(shí)，其功率因數(shù)自0.82逐步上升至0.895;電泵變頻運(yùn)行時(shí)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷從190MW至330MW變化時(shí)，變頻器頻率基本在35Hz至45Hz之間變化，變頻器輸入功率因數(shù)基本維持在0.99，因此，計(jì)算時(shí)變頻狀態(tài)取其功率因數(shù)為固定0.99。

根據(jù)變頻器技術(shù)協(xié)議中關(guān)于變頻裝置總效率（含變壓器）的要求及其承諾，變頻器總效率96%，計(jì)算時(shí)取96%，單臺(tái)前置泵、油泵、空水冷等實(shí)際運(yùn)行功率為102kW。電泵變頻改造后，當(dāng)按照年度運(yùn)行7900h計(jì)算時(shí)，圖4為A電動(dòng)給水泵工、變頻電流對(duì)比示意圖，電流平均下降128A。圖5為電廠1號(hào)機(jī)組變頻給水泵綜合節(jié)電率趨勢(shì)圖，機(jī)組不同負(fù)載（鍋爐給水流量）各工況下節(jié)能率達(dá)9%～32%，年度節(jié)能量可達(dá)1140萬(wàn)kW·h，按照上網(wǎng)電價(jià)0.2886元/kW·h計(jì)算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益329萬(wàn)元。

A給水泵變頻改造后的節(jié)能效果如表3所示。在190MW負(fù)荷時(shí)，給水泵在變頻工況下比工頻工況下的節(jié)電率為30.58%;250MW負(fù)荷時(shí)，變頻工況給水泵節(jié)電率為17.61%左右，330MW負(fù)荷時(shí)，給水泵節(jié)電率9.44%?？梢钥闯?，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，變頻器節(jié)能降耗的幅度及優(yōu)勢(shì)越明顯，隨著機(jī)組參與調(diào)峰幅度的增加，給水泵電機(jī)變頻改造將降低給水泵電機(jī)的耗電率，進(jìn)一步減少能源消耗，提高能源的利用效率。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)研究分析，液力耦合器調(diào)速給水泵替代為變頻調(diào)速給水泵，可明顯提高給水泵的運(yùn)行效率，節(jié)能效果顯著，是電廠節(jié)能降耗的有效途徑。因此，在電站給水泵的節(jié)能改造上將有較大的發(fā)展前景。

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