汽輪機(jī)組循環(huán)水泵變頻改造的可行性分析

楊星

【摘要】當(dāng)前，在火力發(fā)電廠中，越來越多的循環(huán)水泵都進(jìn)行了變頻改造。通過變頻改造，能夠有效實(shí)現(xiàn)能耗的降低，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，筆者結(jié)合實(shí)例，重點(diǎn)論述了汽輪機(jī)循環(huán)水泵變頻改造的可行性。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)循水泵；變頻改造；可行性；分析

一、變頻改造方案的優(yōu)化選擇

（一）循環(huán)水泵變頻改造合理化路徑

循環(huán)水泵的變頻改造必須依托于電廠的實(shí)際情況，在確保安全的基礎(chǔ)之上，通過優(yōu)化配置變頻技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最大化的節(jié)能降耗目標(biāo)。由于各個(gè)電廠的循泵設(shè)計(jì)不同，存在的主要問題不同，成本開工至以及戰(zhàn)略的側(cè)重點(diǎn)都有所不同，但是掌握合理的方案改在布置以及不同方案情況下的運(yùn)行特征，對于提高變頻技術(shù)的應(yīng)用效果有著十分重要的作用。具體來說，循環(huán)水泵的變頻改造方案的主要步驟如下：系統(tǒng)主回路技術(shù)方案選擇→變頻器型式選擇→變頻控制策略優(yōu)化→變頻改造經(jīng)濟(jì)性分析。

（二）變頻改造中的幾個(gè)關(guān)鍵問題

1.系統(tǒng)主回路技術(shù)方案選擇

利用變頻器進(jìn)行循環(huán)水泵的改造通常有兩套技術(shù)方案：第一，一拖一的方式。正常運(yùn)行的時(shí)候，變頻器推動(dòng)一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，而另外的一臺(tái)泵工頻作為備用。該方式主要是采用三個(gè)高壓真空隔離開關(guān)，在電氣上實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，并且要求變頻主回路中的兩個(gè)隔離開關(guān)和旁邊的隔離開關(guān)不能同時(shí)閉合。旁路系統(tǒng)可以采取手動(dòng)或者自動(dòng)的方式。在手動(dòng)方式下，雖然負(fù)載在切入工頻的時(shí)候必須要求人工進(jìn)行干預(yù)，但是檢修變頻器的安全性能比較高，改造的成本較低；在自動(dòng)模式直線，雖然運(yùn)行方式較為簡單，靈活性比較高，但是初期投資成本較高，尤其是在電氣發(fā)生故障的情況下，引起變頻器停機(jī)之后再次啟動(dòng)，可能導(dǎo)致故障問題擴(kuò)大化。第二，一拖二的方式。也就是利用一套公用的變頻器和一套組合方式旁路組成該系統(tǒng)。在正常運(yùn)行的情況下，一臺(tái)循環(huán)水泵變頻運(yùn)行，而另一臺(tái)工頻作為備用，兩臺(tái)水泵進(jìn)行無擾動(dòng)的變頻切換。如果變頻器或者和其相連接的系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器保護(hù)就會(huì)自動(dòng)跳閘，備用的泵工頻就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，防止事故擴(kuò)大化。系統(tǒng)的主回路技術(shù)方案中，所配備的變頻裝置一般可以選擇“就地”和“遙控”兩種方式。在“就地”控制方式之下，在變頻器之上的人/機(jī)界面之上，通過改變高壓變頻器的轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)對變頻的就地啟停或者調(diào)速操作；在“遙控”控制方式之下，變頻器主要依據(jù)機(jī)組的控制指令改變高壓變頻器的轉(zhuǎn)速，同時(shí)系統(tǒng)的界面還可以顯示變頻器的工作狀態(tài)以及報(bào)警的參數(shù)，進(jìn)程指導(dǎo)運(yùn)行人員依據(jù)DCS階段進(jìn)行遠(yuǎn)程的啟停或者是調(diào)速操作。

2.節(jié)能效果的預(yù)期

因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷的變化，所需要的循環(huán)水量也會(huì)不同，如果循泵只能定速運(yùn)行的話，過量的循環(huán)水只能造成浪費(fèi)，循泵變頻改造減少電耗的前景是可以預(yù)期的，但同時(shí)，變頻器的成本約120W，以及變頻器維護(hù)費(fèi)用，成本預(yù)算較高，而夏季海水溫度較高時(shí)，循泵一般滿出力運(yùn)行，節(jié)能空間較小，兩相結(jié)合，在北方，冬季時(shí)間較長，循泵變頻改造能取得更好的效果，南方冬季時(shí)間較短，循泵變頻改造空間較小。

二、工程實(shí)例

某電廠安裝3×350MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用海水直流供水系統(tǒng)，取排水口均設(shè)在海邊。流程為：海水→前池→凈水間→循環(huán)水泵房→壓力管→凝汽器及輔機(jī)冷卻器→排水孔→虹吸井→排水溝→大海。循環(huán)水系統(tǒng)采用雙母管制供水，三套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配套三臺(tái)循環(huán)水泵。循環(huán)水泵額定流量為7.05m3/s，揚(yáng)程23m。單臺(tái)循環(huán)水泵電機(jī)2200KW，電壓6KV。

（一）循泵改造的必要性

該電廠三臺(tái)機(jī)組配備三臺(tái)循泵，為滿足夏季海水溫度最高時(shí)的循環(huán)冷卻需要，三臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行；冬季工況下可以按照三機(jī)兩泵運(yùn)行，在滿足冷卻需要的情況下冬季運(yùn)行可節(jié)約廠用電。根據(jù)設(shè)計(jì)說明，循環(huán)水量確定按照冬季工況50倍循環(huán)倍率，夏季65倍循環(huán)倍率確定。下表為冬夏季工況循環(huán)水量設(shè)計(jì)值。

可見，在機(jī)組的不同負(fù)荷條件之下，機(jī)組需要的循環(huán)冷卻水量差異較大，由于單臺(tái)循泵額定流量為25380 m3/h，所以在冬季工況和低負(fù)荷時(shí)，循環(huán)水量過剩，因此而導(dǎo)致的能量損失是非常大的。所以進(jìn)行循泵變頻改造十分必要。

（二）變頻改造的可行性

對兩臺(tái)循泵進(jìn)行變頻改造，以兩臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)循泵為例，分析2臺(tái)機(jī)2臺(tái)變頻泵冬季運(yùn)行工況，針對50%、75%和100%負(fù)荷下，滿足冬季工況循環(huán)水量的最低變頻頻率，得：

100%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季所需循環(huán)水量為40690 m3/h，即11.30 m3/s。

75%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季所需循環(huán)水量為33600 m3/h，即9.33 m3/s。

50%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季所需循環(huán)水量為27200 m3/h，即7.56 m3/s。

通過2機(jī)2泵工況曲線分析得：

100%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季循環(huán)水量為11.30 m3/s，對應(yīng)的揚(yáng)程為17.98m，對應(yīng)的運(yùn)行頻率為43.2HZ，對應(yīng)水泵效率約為87%，每臺(tái)泵軸功率約為1180KW。

75%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季循環(huán)水量為9.33 m3/s，對應(yīng)的揚(yáng)程為15.70m，對應(yīng)的運(yùn)行頻率為39.2HZ，對應(yīng)水泵效率約為83%，每臺(tái)泵軸功率約為830KW。

50%負(fù)荷時(shí)2機(jī)2泵冬季循環(huán)水量為7.56 m3/s，對應(yīng)的揚(yáng)程為14.20m，對應(yīng)的運(yùn)行頻率為36.1HZ，對應(yīng)水泵效率約為78%，每臺(tái)泵軸功率約為620KW。

由上可知，在滿足機(jī)組循環(huán)水量的前提下，降低循泵運(yùn)行頻率可大幅降低泵的功率，以2機(jī)2泵工況來說，當(dāng)2臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，單臺(tái)泵的軸功率可降至1180KW，在3個(gè)月的冬季，泵節(jié)約的功率=2200×2-1180×2=2040KW，冬季節(jié)約的電量=2040KW×2160h=4406400kwh，冬季節(jié)約的成本=4406400kwh×0.63元/kwh=2776032元，可見，循泵改造節(jié)能是相當(dāng)大的。

綜上所述，通過對循泵的變頻改造，既可以滿足機(jī)組各種運(yùn)行工況的需求，還可以大幅度的降低電廠的用電效率，有利于減低發(fā)電成本，實(shí)現(xiàn)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行循泵變頻改造的過程中，應(yīng)依據(jù)電廠的具體情況以及循泵的具體情況，采取合理的措施和改造技術(shù)，確保改造后的循泵能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的主要作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊順虎.燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]郭立君.泵與風(fēng)機(jī).北京：中國電力出版社，2001.

[3]孫傳森.變頻器技術(shù).北京：高等教育出版社，2008.