凝泵節能改造方案選擇及效果分析

薄伏龍

（中國水利電力物資有限公司 北京 100040）

1 前言

凝結水泵作為火電廠凝結水系統的重要動力設備，其傳統運行方式采用工頻運行，除氧器水位通過改變凝結水泵出口調門的開度來控制，調門存在較大節流損失，而且當機組參與調峰，帶部分負荷時，凝結水泵仍以額定轉速運行，偏離經濟運行工況，電能浪費嚴重。大唐魯北發電有限責任公司1、2號機組汽輪機為北京汽輪機有限責任公司生產的亞臨界一次中間再熱、三缸雙排汽、凝汽式汽輪機，該類型機組設計熱耗率驗收工況每小時凝結水流量648t,銘牌工況每小時凝結水流量701t,閥門全開工況每小時凝結水流量701t。該機組配置兩臺上海上泵（集團）有限公司生產的6級立式筒袋式離心凝結水泵，一運一備，在系統除擔負將凝汽器回收的冷凝水送回除氧器外，正常運行中還向減溫減壓供熱裝置提供減溫水，向輔汽提供減溫水。從設計選型來看，凝結水泵流量選擇明顯偏大。

2 凝泵變頻改造方案

變頻原理是保持電機的磁極對數p和轉速差s不變，通過改變電源頻率f來該改變電機的轉速，從而滿足泵與風機經濟運行的需要。泵與風機變速調節的流量、揚程（全壓）、功率的變化可以近似地理解為流量與轉速成正比，揚程（全壓）與轉速平方成正比，功率與轉速三次方成正比。泵或風機的工作點取決于泵（風機）和管道的阻力特性，要保持系統的經濟運行必須降低管系阻力和保持泵（風機）合理的揚程（壓頭）。離心泵串聯同直徑、同葉形、同轉速的葉輪對介質的做功相同，即揚程相等。那么減少1級葉輪，多級離心泵的揚程將降低1/N,軸功率減小1/N。

2.1 方案一加裝變頻器

方案一為加裝一拖二自動工頻／手動變頻器。機組運行中保持泵轉速不低于1100rpm/min，即泵的揚程不低于155m。在機組A、B凝結水泵動力電源回路中加裝一臺1000kW一拖二6.3kV高壓變頻器。對邏輯控制系統進行修改，達到調閥前壓力不低于2MPa的情況下，變頻調節除氧器水位，當調閥前壓力低于2MPa時，通過除氧器水位調節閥參與凝結水壓力調節。通過技術改造后降低凝結水泵耗電率，提高電廠上網電量，改造后廠用電率可以降低約5/10000，年節電約93×104kW·h，折合標煤約 307t，減排二氧化碳約800t。根據預算，項目總投資86萬元。電廠年平均含稅上網電價0.397萬元/萬千瓦時，測算電廠不含稅節電收益約31萬元，靜態投資回收期33個月。

2.2 方案二拆除凝泵富裕葉輪

方案二為拆除凝泵富裕葉輪，降低泵出力。機組運行中依然采用凝泵工頻運行，除氧器水位調節閥控制除氧器水位。由試驗得知，流量每小時860m3時，凝泵揚程283m,得出拆除一級動葉輪技術上是可行的。具體實施步驟為對機組兩臺凝結水泵進行大修，同時拆除最后一級動葉輪，配置對應間距套，泵的靜葉輪及水泵本體部分保持原狀。通過技術改造降低凝結水泵耗電率，提高電廠上網電量，廠用電率可以降低約5/10000，年節電約83×104kW·h，折合標煤約276t，減排二氧化碳719t。預算投資23萬元。電廠年平均含稅上網電價0.397萬元/萬千瓦時,，測算電廠不含稅節電收益約28萬元，靜態投資回收期10個月。

2.3 方案三拆除一級動葉輪，同時加裝變頻器，并另設供熱減溫水系統

方案三為拆除一級動葉輪，同時加裝變頻器，并另設供熱減溫水系統。此方案不需考慮變頻調節時供熱減溫水壓力的限制，但為保證凝泵工作轉速不低于1100rpm/min,需要核算系統所需揚程是否低于131m。在機組A、B凝結水泵動力電源回路中加裝一臺700kW一拖二6.3kV的高壓變頻器。拆除凝泵的最后一級動葉輪。另單獨建設供熱減溫水系統。利用機組進行檢修的機會，對機組兩臺凝結水泵進行大修，同時拆除最后一級動葉輪，配置對應間距套，泵的靜葉輪及水泵本體部分保持原狀。建設新的供熱減溫水系統，安裝三臺多級離心減溫水泵，從凝汽器補水箱取水。同時對邏輯控制系統進行修改，調閥全開，在泵轉速不低于1100rpm/min情況下，利用變頻調節除氧器水位；當轉速達到1100rpm/min時，除氧器水位調節閥參與除氧器水位調節。通過技術改造，降低凝結水泵耗電率，提高電廠上網電量，廠用電率可以降低約14/10000，年節電約 245×104kW·h，折合標煤約 811t，減排二氧化碳約2110t。預算投資117萬元，測算年不含稅節電收益83萬元，靜態投資回收期17個月。

3 凝泵改造方案比較選擇

方案一采用了相對較成熟的變頻調速技術，改造原理相對較簡單，但受到供熱減溫水壓力的限制，在泵允許處理范圍內，除氧器水位調整閥均需節流，會產生附加節流損失約60m。方案一年節能量307.68tce，節電率16.41%，靜態投資回收期33個月，在三個方案中靜態投資回收期最長；方案二采用了離心泵串聯的工作原理，通過拆除水泵富裕葉輪，降低泵處理，此方案最為簡單可行，且投資最少，靜態回收期也相對最短，但水泵改造后只能定速運行，低負荷下節流損失大，節電率只有14.75%，年節能量276tce；方案三綜合應用了方案一、二的技術，結合新建減溫水泵站，解決了減溫水壓力和水泵最低工作轉速的限制，年節能量811tce；節電率43.28%，三方案中最高，靜態投資回收期17個月。綜合比較投入產出比，方案三能夠達到節能最大化效果。

4 節能效果分析

4.1 試驗方案

凝結水泵及系統按方案三進行了改造，改造后分別對大唐魯北發電有限責任公司在機組負荷330MW、300MW、270MW、240MW、210MW、180MW、165MW運行時進行了試驗。每個工況試驗時間持續約1h，試驗期間保持機組負荷穩定，系統均勻補水，除氧器水位調整閥盡量保持最大允許開度，凝結水泵再循環門關閉。機組負荷240MW及以下，為保持凝結水精處理內壓力不低于1.2MPa(設備廠家要求），除氧器水位主調閥節流控制凝結水壓力。為與工頻運行工況對比，按照試驗方案增加了165MW凝泵工頻運行工況。

4.2 試驗數據分析

通過試驗得出，凝結水系統改造后，變頻運行每小時最少可以節電174kW·h，最多可以節電335kW·h，平均節電276kW·h。與凝泵工頻運行相比，節電率最小為21.25%，最大為49.48%，平均為38.17%，可以看出改造后節電效果明顯。

變頻工況下，凝結水流量小于530t/h后，凝結水系統耗電明顯上升，除氧器水位調節閥開度低于38%，系統節流損失增大，凝泵電機輸出功率增大。當除氧器水位調節閥全開時，試驗最大流量時閥門阻力僅0.18MPa，而當凝結水流量小于582t/h，為了保持凝結水精處理壓力，除氧器水位調節閥節流損失已大于0.36MPa。在凝結水流量582t/h，電動機約比調閥全開多輸出功率35kW。當前供熱量小，減溫水泵輸出功率在40kW左右，隨供熱量變化不大。

5 結語

通過對凝結水泵及其系統進行改造后，能夠有效降低廠用電率，節電效果明顯，從大唐魯北發電有限責任公司改造經驗可以看出，改造后的系統完全可以滿足機組安全運行需要，節電效果非常明顯。每小時最少可以節電174kW·h，最多可以節電335kW·h，平均節電 276kW·h，節電率最小 21.25%，最大 49.48%，平均38.17%。當凝結水流量低于582t/h，用除氧器水位調節閥節流維持精處理壓力，對系統經濟運行有一定影響，應注意凝結水壓力的壓紅線控制，盡量保持除氧器水位調節閥的最大開度。

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