關于循環水泵的變頻改造實踐

摘 要：文章根據循環水泵變頻改造后，在不同冷卻水溫度與變負荷條件下，得到對應的最佳真空值，以此為依據使用不同的循環水泵組運行方式，在維持機組安全運行的基礎上，大大提高機組經濟性，按一年度機組負荷估算，單臺循環水泵變頻改造后每天節約用電7000kWh，平均節電率為13.9%，全年節省費用約50萬元，經濟效益顯著。

關鍵詞：循環水泵；節能改造技術；最佳真空

1 概述

目前，我國已經把節能戰略提高到國民經濟發展重要的位置中，水泵節能是我國重大節能領域的研究焦點。根據我國節能發展組委會調查結果顯示，我國沒有改造的水泵產品整體效率相比起國外而言改造過的水泵產品整體效率下降12.22%～15.54[1]。水力模型的落后以及科研成果的不足等均導致了我國的水泵產品技術仍然停留在20世紀50/60年代。上述種種均造成諸多水泵制造廠能源消耗較高而效率較為低下，進一步影響到了水泵的生產使用過程。相關資料研究結果顯示，一套水泵系統在終生使用過程中，其購置成本僅僅占總成本的4.55%～7.85%左右，但是在維修過程中，所占用的成本高達11.25%～16.14%左右，運行過程中電費成本占總成本的76.66%～86.36%[2]。從上述研究數據不難看出，廣泛提高水泵系統的整體運行效率，能夠提高整體經濟效益且降低企業的成本。

人們對于水泵節能的認識不夠全面，會在一定程度上影響到水泵的節能效果。出現上述情況的主要原因是：（1）水泵企業忽略了水泵的具體節能指標，重點考慮的知識產品是否能夠滿足企業的整體生產需求，重點關注的是價格高低問題；（2）水泵生產商對于經濟利益的追求比較高，但是對于設備的節能型需求沒有很好的進行研究；（3）選用較大容量的水泵導致水泵在低效率和高耗能的狀態下運行，導致系統能耗被廣泛提高，與此同時還出現電機過熱問題。一般情況下，水泵的應用應該選擇流量比較大的，以期能夠在高峰期運轉。根據相關資料研究結果顯示，我國水泵的生產和制造大多數采用的是木模具，整體制造工藝相對來說較為落后[3]?；诖耍覈芯康母咿D速離心泵葉片扭曲的程度會比較大，因此出現造型誤差等問題非常普遍[4-5]。另外一個角度來看，水泵本身的應用條件很復雜，因此對于水泵系統的制造工藝也要求更高，盡管部分性能待測，但是費用成本消耗過多，不利于水泵的發展。國內許多學者對循環水泵變頻改造提出了很多方案，例如對循環水泵雙速改造與變頻改造進行節能效果分析比較，還有針對變頻改造過程中暴露的問題進行了分析并提出了解決方法，同時總結了循環泵優化運行的實際經驗。[6-10]

文章根據循環水泵的實際情況，進行變頻改造后，在不同冷卻水溫度與變負荷條件下，得到對應的最佳真空值，以此為依據使用不同的循環水泵組運行方式，保證機組安全運行基礎上，達到經濟節能的目的。

2 循環水系統現狀

本公司為佛山市順德五沙熱電2×300MW亞臨界，中間再熱，雙缸雙排汽，抽汽凝汽式機組，每臺機組配備兩臺循環水泵，其出口采用液控蝶閥，只有全開全關兩個位置，冷卻水量只有靠啟停運行泵的數量以及凝汽器回水門來調整，由于季節或者晝夜溫差大，經常出現使用一臺循環水泵時流量不夠，使用兩循環水泵時流量過大，廠用電率過大的情況，因此合理選擇調速方式對循環水泵進行調整節能改造成為當務之急，同時水泵還存在以下幾個方面的問題：水泵運行能耗較高且運行效率較低；水泵泵體振動比較大，導致葉輪等主要部件使用壽命過短，需要頻繁進行檢修。實際運行工況如表1所示，循環水系統示意圖如圖1所示：

3 水泵節能改造方案分析

變頻水泵的工作原理可以知道，流量Q與轉速N成正比，揚程H與轉速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉速N的三次方成正比，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節能效果：

（1）

在進入汽輪機的主蒸汽壓力、溫度及流量不變時，提高汽輪機的真空，就可使汽輪機的出力增加。若進入凝結器的冷卻水溫度不變，要提高真空只有增加冷卻水量，而增加冷卻水量就必須多消耗廠用電。最有利真空是指汽輪機因真空的提高所增加的出力和增大循環水多消耗功率之差為最大時的真空。

max？駐N=？駐N1-？駐N2 （2）

式中？駐N1為按某一基準計算的汽輪機增發功率，？駐N2為循環水泵功率增加量。

圖中Dw為冷卻水量，P為凝汽器真空，當？駐N到達最大值即a點時，對應的真空度就是最有利真空，對應a點的循環水量就是最佳的冷卻水量，通過確定最有利真空并以此為依據來控制冷卻水量，使汽輪機排氣壓力維持在最佳位置，保證機組最經濟運行。

為了節約能源，降低廠用電率，簡化運行方式，同時滿足負荷及循環水冷卻水流量的情況下，采用在機組中先對#1循環水泵進行變頻改造，#2循環水泵維持在工頻狀態。采用一變頻一工頻的運行方式。

4 循環水泵改造方案

電氣方面，QF為循環水泵6KV開關，QS1、QS2和QS3為隔離開關，QS1與QS3不能同時閉合，實行機械閉鎖。工頻運行時：QS3閉合，QS1與QS2斷開；變頻運行時：QS3斷開，QS1與QS2閉合。同時加裝電氣保護，變頻器U故障時，跳開QF開關。

機械方面考慮到管道沿程阻力及凝汽器銅管高度4米，循環水泵最小淹沒深度為3.5米，根據水泵制造廠給出的最小汽蝕余量，決定了循環水泵泵最小頻率為37Hz，循環水泵母管壓力不能低于0.04Mpa。

熱工邏輯方面，考慮到循環水系統水錘影響，改造后循環水泵啟動改為程序啟動：DCS發出程序啟動指令后，合上循環水泵6KV開關，變頻器自動增加轉速至375rpm（37Hz），在轉速大于149rpm或循環水泵出口壓力大于0.05Mpa時，開啟循環水泵出口液控蝶閥。程序停運：DCS上將轉速降低至375rpm，發程序停運指令后，關閉循環水泵出口液控蝶閥，當出口蝶閥模擬量或者開關量低于75%時，斷開變頻器開關及6KV開關，停運循環水泵。

5 循環水泵變頻改造后節能情況

#1循環水泵經過安裝、調試后正式投入使用。結合機組最有利真空，實際運行表明#1循環水泵變頻調速裝置運行可靠，節電效果明顯。

圖4是測試循環水溫度在25℃工況下一變頻一工頻的方式下300MW負荷的最佳真空曲線，通過不同運行方式和試驗，得到不同負荷下最佳真空及流量，如表2所示。

如圖5所示，6月份采用一工頻一變頻方式運行，可以計算得到：

由于冷卻水溫度是隨著季節性變化的，而發電功率由于受到電網調頻的波動影響，也是不斷變化的，因此實際運行最佳真空值也是不斷變化的。但是可以根據最佳真空值來指導運行工作，結合季節性變化的冷卻水溫度，提出不同運行方式。

（1）全年冷卻水溫度低于20℃的時間大約有100天，采用一臺循環水泵工頻運行時，采用調節凝汽器回水門開度的方法來調整循環水流量，不同負荷下基本能滿足機組經濟運行；

（2）冷卻水溫度在20℃至28℃的天數約有180日，采用一臺循環水泵變頻運行，一臺工頻運行，可以滿足負荷變化同時維持機組經濟運行；

（3）冷卻水溫度高于28℃時，為了確保機組安全，同時減少設備的啟停次數，這段時間采用兩臺循環水泵工頻運行，適當犧牲部分經濟性，降低運行風險，保證機組安全。

采用上述運行方式大大提高了機組的安全經濟性，機組在變工況的情況下，及時調整變頻循環水泵的出力，保證了機組對冷卻水量的需求，同時降低廠用電，在循環水泵采用變頻方式運行的月度，節電率達到27.9%，年平均節電率達到13.9%。

6 結束語

綜上所述，變頻改造在改造水泵設計方面具有顯著優勢，不僅僅能夠實現節能降耗的目標，而且還能夠提高水泵的整體運行效率，根據改造后調試數據及運行方式，按一年度機組負荷估算，平均節電率為13.9%，單臺循環水泵變頻改造后每天節約用電7000kWh，按0.4元/kWh計算，全年節省費用約50萬元，經濟效益顯著。

參考文獻

[1]周文啟，呂曉梅.循環水系統能效優化分析[J].江蘇科技信息，2014，12（8）：62-63.

[2]趙凱智，張萬偉，焦玉香，等.大型合成氨廠循環水泵的節能技術改造[J].石油化工應用，2011，30（2）：94-96.

[3]謝明均.YJG4017型循環水泵節能改造探討[J].四川電力技術，2008，31（4）：24-26，53.

[4]羅彥，蘇利紅.循環水泵的節能技術改造之淺見[J].科技視界，2014，12（18）：250-250，302.

[5]楊明海.淺談三元流葉輪應用于循環水泵的節能[J].中國石油和化工標準與質量，2012，32（2）：56，58.

[6]劉紅春，周新平，陳堅，等.熱電廠循環水泵節能改造[J].杭州化工，2014，44（4）：37-39.

[7]卞國強，岳勇，黃先平.熱電廠循環水泵改造實踐[J].上海節能，2007（5）：34-36.

[8]李學忠，孫偉鵬，江永.循環水泵雙速節能改造及汽輪機冷端運行優化[J].中國電力，2011，44（2）：54-57.

[9]戴嵐華.大型火電站循環水泵節能改造分析[J].水泵技術，2010（6）：45-46.

[10]馬召朋.火電廠機組循環水泵節能改造[J].中國科技縱橫，2010（9）：80.