循環水泵節能改造

崔國嶺

（平頂山瑞平煤電有限公司 德平熱電廠，河南 平頂山 467500）

1 立項背景和意義

火力發電廠中，廠用電約占總發電量的8%～10%，泵與風機的耗電量約占廠用電的70%～80%，因此，降低泵與風機的功耗對于提高電廠經濟效益有很大作用。 循環水泵的耗電量與季節和負荷都有關系，對其進行變頻改造，既可以保證其有效地工作，又可以保證其在低負荷和不同季節的最低功耗，運用靈活、節能效果明顯。

2 項目研究主要內容

循環水泵變頻改造在德平熱電廠的應用屬首創， 全國大型火電廠對循環水泵變頻應用安全性的質疑聲較大均未進行循環水泵變頻改造。 對此，德平熱電廠專門組織技術人員對循環水泵變頻改造進行充分研究，全面確定改造的可靠性，并利用施耐德公司成熟的高壓變頻技術和設備，對電廠所有的循環水泵進行變頻改造，現全部運行正常，循環水系統安全穩定，節電效果非常顯著。 利用高壓變頻器對循環水泵電機進行變頻控制，實現了水量的變季節變負荷調節。 不僅解決了春秋冬三季循環水量過大不能調節以致浪費廠用電的缺點，而且因轉軸轉速下降后穩定運行大幅度提高了電機和泵轉軸的壽命（轉速每下降5%，轉軸壽命提高100%），提高了系統運行的可靠性；更重要的是循環水系統靈活可控，改善了系統的經濟性，節約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

2.1 節能原理

根據泵與風機的相似定律可知， 泵的功率與轉速的三次方成正比，即：

因此，降低泵的轉速，泵的功率就會下降很多。 比如說，將循環水泵的頻率由50HZ 降低到40HZ,那么功率：

即：功率就降低為原來的51.2%，節能效果明顯。

2.2 變頻調速的基本原理及特性

異步電機的調速公式:

N=60f（1-S）／P

N：表示轉速；f：表示頻率；S：表示滑差率；P：表示電機極對數。

因此利用變頻技術，調整電機的供電頻率，使電機得到任意轉速。

從電機的設計特性，如單純改變頻率，會造成嚴重的磁過飽和或轉矩變軟，根據電機轉矩特性以下可知只要在頻率F 變化時，電壓V 跟蹤變化，保持壓頻比V／F 為常數，即可保證電機在變頻調速的同時，保證恒轉矩輸出。

2.3 循環水泵變頻邏輯的修定

因循環水泵變頻改造在德平熱電廠的應用屬首創， 邏輯修定無先例可尋，而對變頻運行邏輯的修定是循環水系統安全運行的關鍵，是控制中的核心。 在經過循環水泵變頻試運的動態過程和系統化論證后，德平熱電廠技術人員提出以下邏輯并組態完畢。 邏輯調試成功，經多次試驗，DCS 控制可靠、簡單。

（1）順啟邏輯。 1）循泵高壓開關合閘；2）待變頻器啟動條件滿足，啟動循泵變頻器；3）自動設定循泵變頻目標值80%；4）當循泵變頻反饋值大于65%且循泵出口壓力大于0.12MPa 時，開啟循泵液控蝶閥。

（2）順停邏輯。 1）判斷單元機組另一臺循泵變頻器是否已啟動；2）當另一臺循泵變頻器已啟動時，自動設定另一臺循泵變頻目標值95%。 （當另一臺循泵變頻器未啟動時， 跳過此步驟）3） 自動設定待停循泵變頻目標值80%（當待停循泵變頻目標值低于80%時，跳過此步驟）；4）關閉待停循泵液控蝶閥；5）待停循泵液控蝶閥關閉到位后，停止待停循泵變頻器；6）待停循泵變頻器已停止后，待停循泵高壓開關分閘。

（3）循泵跳閘保護邏輯。 一臺循泵高壓開關跳閘或循泵變頻器跳閘，任一動作時，關閉液控蝶閥且自動設定另一臺循泵變頻目標值95%。

（4）運行方式：單元機組雙循環水泵變頻同時運行。

（5）循泵變頻器反饋值低限設定。 需在就地循泵變頻器設定循泵變頻器反饋值最低限為80%（40Hz）。 另注明：根據季節性環境溫度的變化可適時修改反饋值最低限。 單泵運行時變頻70%（35Hz）為最低連續回水頻率，雙泵運行時變頻60%（30Hz）為最低連續回水頻率。 修改時不能低于循泵運行工況的最低連續回水頻率,并滿足凝汽器熱負荷。

2.4 節能效益

德平熱電廠循環水泵電機參數

根據泵與風機的相似定律，泵的流量（Q)、揚程(H)及功率(P)與 泵 的 轉 速（n)有 以 下 關 系：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=（n1/n2)2；P1/P2=（n1/n2)3。

（1）每臺機組冬季一臺循環水泵，保證最低回水及真空的情況下，變頻頻率最低可以40HZ，按照變頻調速的基本原理及相似定律可知，改造后循泵消耗的功率為改造前的（40/50）3，即51.2%，每臺機組改造前為冬季（按三個月）一臺循泵運行耗功為：800×90×24=172.8 萬kwh（萬度）。

按一度電0.6 元計算， 冬季節約至少：（1-51.2%）×172.8=84.3264 萬kwh（萬度）；（1-51.2%）×172.8×0.6=50.60 萬元。

（2）每臺機組春秋二季，兩臺循環水泵白天最低頻率可以是40HZ，功率為改造前的（40/50）3，即51.2%，晚上頻率可以是35HZ，功率為改造前的（35/50）3，即34.3%，每臺機組改造前為春秋二季（6 個月）兩臺循泵運行耗功為：800×180×24×2=619.2萬kwh（萬度）。

按一度電0.6 元計算， 春秋二季節約： 白天：619.2×（1-51.2%）×2/3=224.8702 萬kwh（萬度）；晚上：619.2×（1-34.3%）×1/3=151.3712 萬kwh（萬度）；白天：619.2×（1-51.2%）×2/3×0.6=134.92 萬元；晚上：619.2×（1-34.3%）×1/3×0.6=90.82 萬元。

春秋二季共節約：224.8702+151.3712=376.2414 萬kwh（萬度）；134.92224+90.82368=225.74 萬元。

（3）因夏季根據氣溫條件，節約效果不明顯，因此每臺機組全年節約：84.3264+376.2414=460.56 萬kwh （萬度）；50.60+225.74=276.34 萬元。

（4）另外，因轉軸的轉速下降帶來的壽命大幅度提高也能產生一定的節約效益。

3 解決的關鍵問題和創新點

循環水泵變頻改造在德平熱電廠的應用屬首創。 德平熱電廠所有的循環水泵都進行變頻改造，現全部運行正常，循環水系統安全穩定，節電效果顯著。 利用高壓變頻器對循環水泵電機進行變頻控制， 實現了循環水水量的變季節變負荷調節，這一技術的實現在全國大型火電廠屬于首次。 不僅解決了春秋冬三季循環水量過大不能調節以致浪費廠用電的缺點，而且因轉軸轉速下降后穩定運行大幅度提高了電機和泵轉軸的壽命（轉速每下降5%，轉軸壽命提高100%），提高系統運行的可靠性；更重要的是循環水系統靈活可控，改善了系統的經濟性，節約能源，為降低廠用電率提供了良好的途徑。

4 推廣應用情況:

德平熱電廠四臺循環水泵已全部變頻改造完畢， 現循環泵變頻正常運行。

按一度電0.6 元計算， 每臺機組全年節約：84.3264+376.2414=460.56 萬kwh（萬度）；50.60+225.74=276.34 萬元。

按一度電0.6 元計算， 兩臺機組全年節約：460.56×2=921.12 萬kwh（萬度）；276.34×2=552.68 萬元。

推廣前景十分巨大，經濟效益顯著。