電動給水泵變頻改造與節能分析

韓靖

【摘 要】寧夏六盤山熱電廠是中鋁寧夏能源集團有限公司獨資建設的燃煤熱電廠，裝機容量為330MW×2，采用空冷技術，廠用電率設計值為9.35%。2010年兩臺機組投入商業運行，鍋爐給水配用3臺半容量電動給水泵，單泵電機額定容量6300kW，運行方式兩用一備，正常運行中給水泵耗電約占廠用電的45%左右。鍋爐給水調節方式為電動機定速，液力耦合器離合式調節給水泵轉速，雖然比電動機定速閥門節流調節能耗低，但液力耦合器的滑差功耗隨著轉速下降而反比增加，在機組負荷65%～100%之間，對應存在著35%～8%左右的功率損耗。實踐證明，如果機組年平均負荷率在75%，給水泵有20%左右的節能空間。本文論述了進一步節能技術改造過程。

【關鍵詞】 電動給水泵 變頻 改造

為落實國家提出的節能減排政策，提高企業的經濟效益，促進可持續發展，若按年6000可利用小時、平均負荷率76.7%計，根據鍋爐各工況給水泵液調改變頻節電率綜合估算，全年可節電約1276萬度，發電煤耗317g/kWh，折合標煤約4045萬噸，經濟效益十分明顯。

用電動機變頻調節轉速技術替代液力耦合器調速，對2號機組給水泵的調節方式進行改造是必要的。

1 設備運行現狀分析

六盤山熱電廠鍋爐給水系統配置3臺半容量液力耦合調速電動給水泵，單臺水泵電機額定功率為6300kW，采用兩用一備的運行方式。

1.1 給水泵液力耦合器調節存在滑差功耗

液力耦合調速電動給水泵是發電廠生產過程的主要輔機之一，因液力耦合器相對于“定速泵+調節閥”的控制方式有著無級調速的優點，我國在上個世紀八十年代開始從國外引進并逐步實現國產化，一段時期內廣泛應用于200MW和300MW等級的機組中，但液力耦合器屬于轉差損耗型調速裝置，在調速的過程中，轉差功率以熱能的形式損耗在油中，額外增加了能耗，因此其調速轉換效率隨著轉速降低而下降，綜合效率相對較低。圖1中的液力耦合器效率曲線表明了液力耦合器的這種轉換特性，從圖中可以清楚地看到即便液力耦合給水泵能夠利用轉速調節方式控制給水量，但在變負荷工況下，尤其在低負荷時，如給水泵轉速在液耦輸出轉速的60%工作時，液耦的能量損耗可達到42%左右。而社會需求電量的方式決定了發電機組絕無可能始終維持在90%ECR以上負荷運行。因此，在技術可行且不產生安全隱患的前提下降低電泵運行電耗是十分必要的。

1.2 液力耦合器效率特性分析

液耦效率：耦合器在運行中，泵輪轉速要稍大于渦輪的轉速，只有這樣泵輪出口油壓才能高于渦輪人口油壓，從而完成扭矩傳遞。泵輪與渦輪的轉速差與泵輪轉速之比稱作液力耦合器的滑差，用S表示：

（1）

（2）

液力耦合器在工作過程中的能量損失主要是液體在工作腔內的流動損失和進人工作輪入口處的沖擊損失、工作輪與空氣的摩擦損失，以及軸承、密封、齒輪齒等的機械損失，因此液力耦合器的輸出功率總是小于輸入功率，二者的比值就是耦合器的傳動效率式中分別為容積效率、機械效率和液力效率。從泵輪中流出的工質，有很少一部分通過工作輪之間的軸向間隙直接流向泵輪入口以及從渦輪與轉動外殼間的間隙流出，而未流入渦輪，這就是容積損失。因容積損失相當小，可忽略，則。

機械效率為工作輪輸入扭矩與輸出扭矩之比，其中：

（3）

（4）

為泵輪的機械效率，為渦輪的機械效率，為液壓效率。因此，式（2）可變為：

（5）

比較式（2）、（5）得由于均趨于1，式（5）變為：

（6）

耦合器傳動效率約等于其傳動轉速比。圖2是液力耦合器效率特性曲線，可以看出液力耦合器工作在高傳動比時傳動效率高。但在較低轉速工作時傳動效率很低。

2 部門提出改造方案及改造技術實施過程

2.1 通過方案討論確定

采用“給水泵電動機變頻調速、改液力耦合器為增速齒輪箱方案”。技術特點為增加給水泵電動機高壓變頻器，取消液力耦合器泵輪、渦輪和渦輪套，用鼓形齒聯軸器柔性聯接小齒輪泵輪軸與渦輪軸，新增外置潤滑油泵，保留輔助油泵，封閉液力耦合器工作油系統，取消工作油冷油器，給水泵應用高壓變頻器調速。

給水泵原工作方式為兩臺運行一臺備用，變頻調節擬采用一拖一方式，即機組正常運行時投運兩臺變頻器調節給水泵，另一臺給水泵采用工頻備用方式。前置泵經核算在給水泵電機最低調頻轉速下仍能滿足給水泵必需汽蝕余量的要求，但為了進一步保證給水泵的安全運行，將前置泵與給水泵電動機分離，增裝一臺1490rpm、功率匹配的定速電動機。液力耦合器潤滑油泵需要外掛，增配恒速驅動電動機。在滿足給水泵輸入功率不變的情況下，通過變頻器改變電機轉速來實現給水泵節能目的。

2.2 保留設備

（1）給水泵電機2臺；（2）給水泵2臺；（3）液力耦合器輔助油泵；（4）液力耦合器潤滑油系統及冷油器。

2.3 改造設備

（1）給水泵前置泵2臺（需換新泵軸）；（2）液力耦合器2臺（拆除工作油系統）。

2.4 新增設備

（1）7900kVA高壓變頻調速系統2套（包括旁路柜）；（2）前置泵電動機2套；（3）外掛潤滑油泵2套。

2.5 新增設計和項目

（1）前置泵電動機基礎；

（2）前置泵電氣系統；

（3）液力耦合器傳動系統；

（4）液力耦合器潤滑油系統；

（5）外掛潤滑油泵及管道系統；

（6）外掛潤滑油泵電氣系統；

（7）DCS控制邏輯（新增鍋爐水位控制流量變頻調節回路，修改給水泵并列/解列切換，RB和自動聯鎖等功能）；

（8）變頻調速系統防塵電氣室及冷卻系統。

3 改造成果經濟性分析

3.1 項目技術目標及技術水平評價

電泵變頻節能改造了A、B兩臺運行泵，C泵作為備用泵（取A、B兩段廠用電供電）保留了液力偶合器調速方式，正常運行方式下由A、B泵運行，C泵熱備用，運行泵事故情況下，C泵經熱控邏輯控制執行“搶水”運行。

A、B電泵變頻改造后均實現一次啟動成功，泵組設備運行穩定，調節靈敏，達到設計預期，A泵電機電流平均下降151A，最高下降172A，B泵電機電流平均下降155A，最高下降178A，綜合節電率達到26.55%，超過預期節電率。

3.2 項目財務經濟效益評價

六盤山熱電廠#2機組10月10日至10月14日進行性能試驗與泵組改造前后參數統計分析，泵組年均運行小時參考2012年按8000小時計算，預計年節電量可達1795.26萬kWh，折算標煤約6122噸（按照供電煤耗341g/kWh計算），年節約電費536.1萬元（按照六盤山熱電廠上網電價0.2986元/kWh）。

計算方法及依據如下：

計算方法：修前電泵電動機輸入功率-修后電泵輸入功率-前置泵電機輸出功率-泵組其余附屬設備功耗。

數據依據：#2機組A級檢修前后，均委托寧夏電科院進行了#2機組性能試驗，根據改造前后不同運行負荷實際截圖情況對比，節電降耗成效明顯。

4 項目環境和社會效益評價

環境效益：電泵變頻投后，電泵機組運行噪音明顯降低，并且節約了的不可再生資源—煤炭，減少了環境污染。

社會效益：電泵變頻投運后節約了煤炭資源，減少了污染物的排放。

參考文獻

[1]馬洪波.220MW機組電動給水泵變頻改造及節能分析[J].華北電力技術，2014（01）.

[2]林道澤.聯合循環電廠給水泵變頻改造節能分析[J].科技資訊，2012（03）.