320 MW 機組水環真空泵變頻改造分析

張兆亞，劉 鳳

（1.徐州華潤電力有限公司，江蘇徐州 221142；2.江蘇四方鍋爐有限公司，江蘇徐州 221142）

0 引言

徐州華潤電力公司一、二期4×320 MW 機組共配置8 臺水環真空泵，型號為NASH TC-Ⅱ，每臺機組正常運行1 臺真空泵，另1 臺泵備用。改造前11#真空泵額定電流為232 A，正常運行時電流為165 A；12#真空泵額定電流為331 A，正常運行時電流為230 A；21#真空泵額定電流為232 A，正常運行時電流為165 A；22#真空泵額定電流為331 A，正常運行時電流為220 A?，F31#、32#真空泵額定電流為235 A，正常運行時電流為185 A；41#、42#真空泵額定電流為235 A，正常運行時電流為190 A。由于機組啟動建立真空時抽空氣量大，而在機組正常運行時抽真空系統抽吸空氣量減小，此時真空泵相對來說配置裕量較大，真空泵運行時電流較大，存在較大的節能空間。

1 真空泵變頻改造的方法

經過調研，每臺機組在原有真空泵電機和泵的基礎上增加1 臺變頻器，實現真空泵的轉速可調，同時在滿足機組真空的情況下盡可能降低真空泵的轉速，以達到節能的目的。一、二期機組配置的8 臺真空泵中，11#、21#真空泵采用494 r/min 的轉速，12#、22#真空泵采用595 r/min 的轉速，31#、32#、41#、42#真空泵均采用590 r/min 的轉速。咨詢真空泵設備廠家，TC-Ⅱ型水環真空泵最高轉速設計為590 r/min，最低轉速設計為450 r/min，更低的轉速將會破壞真空泵的水環造成真空泵不出力并且泵劇烈振動。

考慮到3#、4#機組的31#、42#真空泵工作液有循環泵，且均已增加1 臺工作液板式冷卻器，冷卻水采用空調冷凍水，有利于降低夏季運行期間真空泵工作液溫度，提高真空泵的出力，減小泵葉輪的汽蝕現象。綜合考慮后，將對12#、22#、31#、42#真空泵進行變頻改造。

2 改造前評估節能效果

考慮到改造后真空泵安全穩定運行，將最低轉速控制在452 r/min 以上為宜。由于1#、2#機組的2 臺真空泵電機轉速不同，需要對每臺真空泵進行節能分析，3#、4#機組的真空泵電機轉速均一致，可以選用31#、42#真空泵進行節能分析。

2.1 改造后的電流

2.2 改造節約的電能

2.2.1 1#機組

2.2.2 2#機組

2.2.3 3#機組

2.2.4 4#機組

2.3 改造節約的電費

機組年運行小時數按4400 h 計，電費按0.4 元/kW·h 計算。

2.3.1 1#機組

11#真空泵每年節約電費：20.3×2200×0.4=1.79 萬元

12#真空泵每年節約電費：68×2200×0.4=6 萬元

由于12#真空泵改造后收益較11#真空泵好，綜合改造節能費用為8.96 萬元。

2.3.2 2#機組

21#真空泵每年節約電費：20.3×2200×0.4=1.8 萬元

22#真空泵每年節約電費：65×2200×0.4=5.7 萬元

由于22#真空泵改造后收益比21#真空泵較好，綜合改造節能費用為8.87 萬元。

2.3.3 3#機組

3#機組每年節約電費：53.6×4400×0.4=9.4 萬元

2.3.4 4#機組

4#機組每年節約電費：55.1×4400×0.4=9.7 萬元

3 變頻真空泵改造調試

3.1 調試條件

真空泵變頻改造實施簡單，施工周期較短，一般在機組調停期間一周可以完成設備改造，改造后真空泵的調試需要有針對性，分為空載和帶載調試執行調試方案。調試應具備以下開展條件：①真空泵改造后變頻器靜態調試正常；②備用泵可正常運行，且備用泵聯鎖投入；③機組負荷穩定，調試期間不進行循泵運行方式的改變。

3.2 空載調試

在非變頻泵正常運行的情況下，關閉變頻真空泵入口手動門后空載啟動變頻泵，并逐步緩慢降低變頻泵轉速，真空泵轉速的改變在DCS（集控系統）操作畫面上以改變頻率輸入數值來實現。12#、22#真空泵電機原轉速595 r/min，頻率每變化1 Hz，轉速變化約11.9 r/min；31#、42#真空泵電機原轉速590 r/min，頻率每變化1 Hz，轉速變化約11.8 r/min。

變頻真空泵轉速的降低亦分為2 個階段：第1 階段頻率從50 Hz 降至40 Hz 時以1 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩定2 min，就地檢查真空泵運行情況，確認無異常后再進行下一步操作；第2 階段頻率從40 Hz 向下降低時以0.5 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩定2 min，就地檢查真空泵運行情況并確認無異常。

空載調試的目的是驗證其空載情況下的最低轉速能否降至450 r/min 或更低，判斷依據為該變頻真空泵空載運行時泵體無異音、振動正常，并記錄下該真空泵的最低運行轉速。

3.3 帶載調試

第一階段：在非變頻泵正常運行的情況下，打開變頻泵入口手動門，帶載啟動變頻泵，并逐步緩慢降低變頻泵轉速，真空泵轉速的改變在DCS 操作畫面上以改變頻率輸入數值來實現。

變頻真空泵轉速的降低亦分為2 個階段：第1 階段頻率從50 Hz 降至40 Hz 時以1 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩定2 min，就地檢查真空泵運行情況，確認無異常后再進行下一步操作；第2 階段頻率從40 Hz 向下降低時以0.5 Hz 為單位逐步變化，頻率每改變一次、維持穩定2 min，就地檢查真空泵運行情況并確認無異常。

該階段的目的是驗證其帶載情況下的最低轉速能否降至450 r/min（或者更低的轉速），判斷依據為該變頻真空泵帶載運行時泵體無異音，振動正常，并記錄下該臺真空泵的最低運行轉速。

第二階段：將變頻真空泵轉速再緩慢的升高至原額定轉速投入運行，確認運行正常后再停運非變頻泵。維持機組負荷穩定，逐步緩慢降低變頻真空泵的頻率，直至機組真空出現降低時或者真空泵已降低到其最低運行轉速，頻率的變化量也應分為兩個階段開展，接近最低轉速時頻率的變化量也應以0.5 Hz 的變化量進行微調，并每調整一次后維持穩定5 min，檢查確認真空泵的運行情況及機組真空的變化情況。

4 真空泵調試后的運行情況

真空泵經過空載調試后得到最低運行轉速為357 r/min、30 Hz，遠遠低于設備廠家所給的設計最低轉速450 r/min，考慮到安全裕量，將真空泵最低轉速放大10%安全裕量，定為33 Hz，對應393 r/min。由于公司各臺機組真空嚴密性試驗要求在100 Pa/min 以下，所以帶載調試后確認33 Hz 下運行對機組真空泵沒有影響，滿足運行要求，運行電流為85 A，較改造前的230 A 降低約145 A，節能效果明顯，超過了預期。

5 結論

水環真空泵變頻改造實施簡單可靠，投資回報率較高。空載調試過程需要注意緩慢降低真空泵頻率，同時測量真空泵兩端軸承的振動情況。真空泵的運行期間應定期檢測工作液換熱器的端差，對于采用開式水作為冷卻水的換熱器建議端差不超過5 ℃，否則應及時檢查清理冷卻器。