320 MW 機組水環(huán)真空泵變頻改造分析

張兆亞，劉 鳳

（1.徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州 221142；2.江蘇四方鍋爐有限公司，江蘇徐州 221142）

0 引言

徐州華潤電力公司一、二期4×320 MW 機組共配置8 臺水環(huán)真空泵，型號為NASH TC-Ⅱ，每臺機組正常運行1 臺真空泵，另1 臺泵備用。改造前11#真空泵額定電流為232 A，正常運行時電流為165 A；12#真空泵額定電流為331 A，正常運行時電流為230 A；21#真空泵額定電流為232 A，正常運行時電流為165 A；22#真空泵額定電流為331 A，正常運行時電流為220 A。現(xiàn)31#、32#真空泵額定電流為235 A，正常運行時電流為185 A；41#、42#真空泵額定電流為235 A，正常運行時電流為190 A。由于機組啟動建立真空時抽空氣量大，而在機組正常運行時抽真空系統(tǒng)抽吸空氣量減小，此時真空泵相對來說配置裕量較大，真空泵運行時電流較大，存在較大的節(jié)能空間。

1 真空泵變頻改造的方法

經(jīng)過調(diào)研，每臺機組在原有真空泵電機和泵的基礎(chǔ)上增加1 臺變頻器，實現(xiàn)真空泵的轉(zhuǎn)速可調(diào)，同時在滿足機組真空的情況下盡可能降低真空泵的轉(zhuǎn)速，以達到節(jié)能的目的。一、二期機組配置的8 臺真空泵中，11#、21#真空泵采用494 r/min 的轉(zhuǎn)速，12#、22#真空泵采用595 r/min 的轉(zhuǎn)速，31#、32#、41#、42#真空泵均采用590 r/min 的轉(zhuǎn)速。咨詢真空泵設(shè)備廠家，TC-Ⅱ型水環(huán)真空泵最高轉(zhuǎn)速設(shè)計為590 r/min，最低轉(zhuǎn)速設(shè)計為450 r/min，更低的轉(zhuǎn)速將會破壞真空泵的水環(huán)造成真空泵不出力并且泵劇烈振動。

考慮到3#、4#機組的31#、42#真空泵工作液有循環(huán)泵，且均已增加1 臺工作液板式冷卻器，冷卻水采用空調(diào)冷凍水，有利于降低夏季運行期間真空泵工作液溫度，提高真空泵的出力，減小泵葉輪的汽蝕現(xiàn)象。綜合考慮后，將對12#、22#、31#、42#真空泵進行變頻改造。

2 改造前評估節(jié)能效果

考慮到改造后真空泵安全穩(wěn)定運行，將最低轉(zhuǎn)速控制在452 r/min 以上為宜。由于1#、2#機組的2 臺真空泵電機轉(zhuǎn)速不同，需要對每臺真空泵進行節(jié)能分析，3#、4#機組的真空泵電機轉(zhuǎn)速均一致，可以選用31#、42#真空泵進行節(jié)能分析。

2.1 改造后的電流

2.2 改造節(jié)約的電能

2.2.1 1#機組

2.2.2 2#機組

2.2.3 3#機組

2.2.4 4#機組

2.3 改造節(jié)約的電費

機組年運行小時數(shù)按4400 h 計，電費按0.4 元/kW·h 計算。

2.3.1 1#機組

11#真空泵每年節(jié)約電費：20.3×2200×0.4=1.79 萬元

12#真空泵每年節(jié)約電費：68×2200×0.4=6 萬元

由于12#真空泵改造后收益較11#真空泵好，綜合改造節(jié)能費用為8.96 萬元。

2.3.2 2#機組

21#真空泵每年節(jié)約電費：20.3×2200×0.4=1.8 萬元

22#真空泵每年節(jié)約電費：65×2200×0.4=5.7 萬元

由于22#真空泵改造后收益比21#真空泵較好，綜合改造節(jié)能費用為8.87 萬元。

2.3.3 3#機組

3#機組每年節(jié)約電費：53.6×4400×0.4=9.4 萬元

2.3.4 4#機組

4#機組每年節(jié)約電費：55.1×4400×0.4=9.7 萬元

3 變頻真空泵改造調(diào)試

3.1 調(diào)試條件

真空泵變頻改造實施簡單，施工周期較短，一般在機組調(diào)停期間一周可以完成設(shè)備改造，改造后真空泵的調(diào)試需要有針對性，分為空載和帶載調(diào)試執(zhí)行調(diào)試方案。調(diào)試應(yīng)具備以下開展條件：①真空泵改造后變頻器靜態(tài)調(diào)試正常；②備用泵可正常運行，且備用泵聯(lián)鎖投入；③機組負荷穩(wěn)定，調(diào)試期間不進行循泵運行方式的改變。

3.2 空載調(diào)試

在非變頻泵正常運行的情況下，關(guān)閉變頻真空泵入口手動門后空載啟動變頻泵，并逐步緩慢降低變頻泵轉(zhuǎn)速，真空泵轉(zhuǎn)速的改變在DCS（集控系統(tǒng)）操作畫面上以改變頻率輸入數(shù)值來實現(xiàn)。12#、22#真空泵電機原轉(zhuǎn)速595 r/min，頻率每變化1 Hz，轉(zhuǎn)速變化約11.9 r/min；31#、42#真空泵電機原轉(zhuǎn)速590 r/min，頻率每變化1 Hz，轉(zhuǎn)速變化約11.8 r/min。

變頻真空泵轉(zhuǎn)速的降低亦分為2 個階段：第1 階段頻率從50 Hz 降至40 Hz 時以1 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩(wěn)定2 min，就地檢查真空泵運行情況，確認無異常后再進行下一步操作；第2 階段頻率從40 Hz 向下降低時以0.5 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩(wěn)定2 min，就地檢查真空泵運行情況并確認無異常。

空載調(diào)試的目的是驗證其空載情況下的最低轉(zhuǎn)速能否降至450 r/min 或更低，判斷依據(jù)為該變頻真空泵空載運行時泵體無異音、振動正常，并記錄下該真空泵的最低運行轉(zhuǎn)速。

3.3 帶載調(diào)試

第一階段：在非變頻泵正常運行的情況下，打開變頻泵入口手動門，帶載啟動變頻泵，并逐步緩慢降低變頻泵轉(zhuǎn)速，真空泵轉(zhuǎn)速的改變在DCS 操作畫面上以改變頻率輸入數(shù)值來實現(xiàn)。

變頻真空泵轉(zhuǎn)速的降低亦分為2 個階段：第1 階段頻率從50 Hz 降至40 Hz 時以1 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩(wěn)定2 min，就地檢查真空泵運行情況，確認無異常后再進行下一步操作；第2 階段頻率從40 Hz 向下降低時以0.5 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩(wěn)定2 min，就地檢查真空泵運行情況并確認無異常。

該階段的目的是驗證其帶載情況下的最低轉(zhuǎn)速能否降至450 r/min（或者更低的轉(zhuǎn)速），判斷依據(jù)為該變頻真空泵帶載運行時泵體無異音，振動正常，并記錄下該臺真空泵的最低運行轉(zhuǎn)速。

第二階段：將變頻真空泵轉(zhuǎn)速再緩慢的升高至原額定轉(zhuǎn)速投入運行，確認運行正常后再停運非變頻泵。維持機組負荷穩(wěn)定，逐步緩慢降低變頻真空泵的頻率，直至機組真空出現(xiàn)降低時或者真空泵已降低到其最低運行轉(zhuǎn)速，頻率的變化量也應(yīng)分為兩個階段開展，接近最低轉(zhuǎn)速時頻率的變化量也應(yīng)以0.5 Hz 的變化量進行微調(diào)，并每調(diào)整一次后維持穩(wěn)定5 min，檢查確認真空泵的運行情況及機組真空的變化情況。

4 真空泵調(diào)試后的運行情況

真空泵經(jīng)過空載調(diào)試后得到最低運行轉(zhuǎn)速為357 r/min、30 Hz，遠遠低于設(shè)備廠家所給的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速450 r/min，考慮到安全裕量，將真空泵最低轉(zhuǎn)速放大10%安全裕量，定為33 Hz，對應(yīng)393 r/min。由于公司各臺機組真空嚴密性試驗要求在100 Pa/min 以下，所以帶載調(diào)試后確認33 Hz 下運行對機組真空泵沒有影響，滿足運行要求，運行電流為85 A，較改造前的230 A 降低約145 A，節(jié)能效果明顯，超過了預(yù)期。

5 結(jié)論

水環(huán)真空泵變頻改造實施簡單可靠，投資回報率較高?？蛰d調(diào)試過程需要注意緩慢降低真空泵頻率，同時測量真空泵兩端軸承的振動情況。真空泵的運行期間應(yīng)定期檢測工作液換熱器的端差，對于采用開式水作為冷卻水的換熱器建議端差不超過5 ℃，否則應(yīng)及時檢查清理冷卻器。