趙智龍

凝結(jié)水泵電動機節(jié)能改造分析

趙智龍

（中國華電集團公司望亭發(fā)電廠，江蘇蘇州 215155）

通過對更換電動機、減少凝結(jié)水泵的葉輪級數(shù)以及加裝變頻器3種方案進行分析，最終得出加裝變頻器為電動機運行的最佳節(jié)能方案，論述了變頻技術(shù)指標(biāo)以及變頻技術(shù)在電動機節(jié)能中的實際效果和經(jīng)濟效益。

節(jié)能；變頻器；電動機；技術(shù)改造

0 引言

隨著科技的不斷進步，越來越多的大容量、高參數(shù)機組被投放到電網(wǎng)中，導(dǎo)致電量的消耗隨之提升。我國針對節(jié)能減排出臺了一系列措施，規(guī)定在保證電網(wǎng)安全的前提下，按照上網(wǎng)機組能耗指標(biāo)的高低對電廠進行排序，能耗低的電廠優(yōu)先發(fā)電。因此，電廠必須降低輔機能耗來適應(yīng)電力市場的激烈競爭。電廠廠用電中，泵消耗電量約占廠用電量的50%，如何降低各類泵的電能消耗成為首要問題。

1 機組情況概述

中國華電集團公司望亭發(fā)電廠（以下簡稱望亭電廠）現(xiàn)有裝機容量2740MW，共有2臺300MW級亞臨界燃煤機組（＃11機組容量為310MW，＃14機組容量為330MW），2臺390MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（＃1，＃2機組）和2臺660MW超超臨界燃煤機組（＃3，＃4機組）。

2 節(jié)能方案分析

在望亭電廠＃1，＃2機組的6 kV輔機中，凝結(jié)水泵存在較大的節(jié)能空間，其額定參數(shù)為：流量，525 t／h；出口壓力，2.49MPa；電動機功率，630 kW；電流，71.5A。機組運行時凝結(jié)水系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1 望亭電廠＃1，＃2機組凝結(jié)水系統(tǒng)參數(shù)

從表1數(shù)據(jù)分析得出，凝結(jié)水系統(tǒng)存在2個問題：一是電動機額定功率高出實際需求量20%左右，造成使用效率降低，能源被無故浪費；二是凝結(jié)水泵出口壓力偏高，低壓給水調(diào)門長期節(jié)流運行，損失較大。低壓省煤器在運行中溫度不得超過160℃，該溫度對應(yīng)壓力為0.618MPa，而目前低壓給水調(diào)門前壓力最低為1.800MPa，尚有較大節(jié)能空間。

針對該凝結(jié)水泵的現(xiàn)狀，經(jīng)研究初步確定3個方案：一是更換凝結(jié)水泵電動機；二是通過減少凝結(jié)水泵葉輪級數(shù)來降低凝結(jié)水泵出力，減少節(jié)流損失；三是加裝變頻器降低凝結(jié)水泵出力，減少節(jié)流損失。下文對3種方案分別進行分析。

2.1 更換凝結(jié)水泵電動機

更換凝結(jié)水泵電動機可以直接降低電動機功率，提高電動機效率。張家港電廠同類型機組凝結(jié)水泵額定參數(shù)為：流量，524 t／h；出口壓力，2.47 MPa；電動機功率，500 kW；電流，56.2 A。機組運行中凝結(jié)水泵部分參數(shù)見表2。

表2 張家港電廠同類型機組凝結(jié)水系統(tǒng)參數(shù)

對比表1與表2可以看出，在凝結(jié)水泵電動機功率較匹配的情況下，更換凝結(jié)水泵電動機可提高整體效率，相同工況下功率可下降約10%。表3為張家港電廠近2年凝結(jié)水泵用電使用情況統(tǒng)計。

通過同類型機組運行情況可看出，電動機功率為500 kW時已完全能滿足各種工況的需求。直接更換1臺電動機，費用約60萬元，2臺機組共需240萬元。按2011年凝結(jié)水泵用電量計算，在平均功率下降10%的情況下，可節(jié)約廠用電59萬kW·h，以目前上網(wǎng)電價計算，1年節(jié)約費用為59×0.581＝34.3（萬元）。維護費用與原來一樣，不會增加，則240÷34.3＝7（年）可以收回成本。

表3 張家港電廠近2年凝結(jié)水泵用電情況

2.2 減少凝結(jié)水泵葉輪級數(shù)

江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司（以下簡稱戚墅堰公司）同類型凝結(jié)水泵已拆除一級葉輪，取得了明顯效果。表4為戚墅堰公司凝結(jié)水泵減少葉輪后的運行工況。

表4 戚墅堰公司凝結(jié)水泵減少葉輪后運行工況

對比表1和表4可以看出，在相同工況下，減少葉輪后凝結(jié)水泵電耗下降了約20%。

減少凝結(jié)水泵葉輪后，戚墅堰公司凝結(jié)水泵運行工況良好，符合安全運行條件下降低能耗的既定目標(biāo)。但望亭電廠凝結(jié)水泵的原始狀態(tài)與其有一定差異，之前嘗試拆除一級葉輪，但泵的出力仍大于其他電廠。

要想達到戚墅堰公司凝結(jié)水泵的節(jié)能效果，望亭電廠至少需要拆除一級葉輪及小車一級葉輪，但該措施是否會影響凝結(jié)水泵的運行尚未可知，還需要相關(guān)專家進行評測。

由于基礎(chǔ)出力高，望亭電廠凝結(jié)水泵功率下降到350 kW的可能性不大。因此，在計算經(jīng)濟性時以戚墅堰公司的凝結(jié)水泵電耗下降幅度計算。以2012年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來看，1年可以節(jié)約電量約100萬kW·h，折合58.1萬元。

2.3 凝結(jié)水泵加裝變頻器

2.3.1 變頻節(jié)能技術(shù)優(yōu)勢

（1）控制啟動電流。在電動機剛啟動時，從電動機或感性負載通電的瞬間到運行平穩(wěn)的短暫時間內(nèi)會產(chǎn)生電流波動，這個電流一般是額定電流的4～7倍。這個沖擊電流將大大增加電動機繞組的電應(yīng)力，并產(chǎn)生熱量，從而降低電動機的壽命。變頻調(diào)速在適當(dāng)增加轉(zhuǎn)矩后，可以零速、零電壓啟動電動機，能充分降低啟動電流，從而降低電動機的維護成本，并延長電動機的使用壽命。

（2）降低線路電壓波動。電壓波動是指電壓均方根值發(fā)生一系列相對快速變動或連續(xù)改變的現(xiàn)象。在電動機工頻啟動、電流劇增的同時也會產(chǎn)生大幅的電壓波動。電壓下降的幅度取決于啟動電動機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機傳感器接近開關(guān)和接觸器等均會動作出錯。采用變頻調(diào)速后，能最大限度地消除電壓下降。

（3）啟動功率低。電動機的功率是電流和電壓的乘積，即電動機啟動時損耗的電流或電壓越大，損耗的功率就越大，那么電動機通過變頻啟動消耗的功率將遠遠小于通過工頻直接啟動所消耗的功率。

（4）加速可控。電動機通過工頻啟動時，自身和相連機械部分的軸、齒輪等都會產(chǎn)生劇烈振動，這種振動將進一步加劇機械磨損并降低電動機和機械部件的使用壽命。而變頻調(diào)速可以做到零速啟動，并按照用戶的需要進行較為平穩(wěn)的加速，而且有多種加速曲線，如直線加速、S形加速和自動加速等。

（5）運行速度可調(diào)。運用變頻調(diào)速能優(yōu)化運行過程，并能根據(jù)運行工況迅速改變運行轉(zhuǎn)速，還能通過遠控可編程邏輯控制器（PLC）或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。由于最終的能耗與電動機轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以加裝變頻器后凝結(jié)水泵有很高的節(jié)能效益。

（6）短時失電保護。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)重合閘等短時失電時，工頻運行的泵會隨之停止運行，但變頻運行的泵會因變頻器內(nèi)部的儲能元件短時維持失電前的轉(zhuǎn)速運行，保證了設(shè)備運行的不間斷性。例如，望亭電廠在＃11，＃14機組一次風(fēng)機變頻器上增加的失電跨越功能，較好地解決了短時失電運行問題。

2.3.2 變頻器的2種布置方式

變頻改造主流措施主要有“一拖一加旁路”或“一拖二加旁路”2種方式?！耙煌弦弧狈绞絻?yōu)點為運行方式比較靈活，缺點為投資較大；“一拖二”方式相對“一拖一”方式的優(yōu)點是可以節(jié)約一部分成本，但是運行方式較為單一。結(jié)合望亭電廠實際情況，參考年使用小時數(shù)，凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造應(yīng)采用“一拖二加電動旁路”的方案，即單機配備1臺高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的凝結(jié)水泵上去。該方案一次回路接線如圖1所示。高壓變頻器可以拖動甲凝結(jié)水泵電動機實現(xiàn)變頻運行，也可以通過切換拖動乙凝結(jié)水泵電動機實現(xiàn)變頻運行。2臺凝結(jié)水泵電動機均具備工頻旁路功能，可實現(xiàn)任意一臺電動機變頻運行，另外一臺處于工頻備用的工況。當(dāng)高壓變頻器故障時，系統(tǒng)可聯(lián)鎖啟動另一臺工頻電動機及時投運，并可按照原正常倒泵時間切換。

圖1 凝結(jié)水泵變頻器“一拖二”系統(tǒng)原理

同類型機組已采取過此方案，每臺機組安裝1臺變頻器，采用“一拖二加電動旁路”的方案，運行情況良好。正常工況下安排1臺凝結(jié)水泵變頻運行，1臺凝結(jié)水泵工頻備用。加裝變頻器后的節(jié)能效果見表5。

表5 加裝變頻器后凝給水系統(tǒng)參數(shù)

由表2、表5可以看出，節(jié)能效果良好，400，350和280MW負荷下，凝結(jié)水泵功率分別下降了25%，33%和42%。

從已加裝凝結(jié)水泵變頻器的同類型機組運行情況看，凝結(jié)水泵運行情況良好。低壓給水調(diào)門前壓力為1MPa左右，對應(yīng)飽和溫度約為180℃，滿足低壓省煤器的運行要求，尚有20℃以上的裕量。

2.3.3 節(jié)能效益分析

如果采取每臺機組加裝1臺變頻器（一拖二）的方案，加上材料、調(diào)試、人工等費用，總費用為245萬元左右。從節(jié)能效果看，總體負荷越低，凝結(jié)水泵加裝變頻器后節(jié)能效果越明顯，凝結(jié)水泵功率下降幅度在33%以上。初步估算可以節(jié)約廠用電量220萬kW·h，按當(dāng)前上網(wǎng)電價折合128萬元，預(yù)計2年可以收回成本。

以2012年為例，＃1，＃2機組共啟、停133次，其中11次冷態(tài)啟動，冷態(tài)啟、停1次時間約為5 h，熱態(tài)啟、停1次時間約為2 h，則啟、?？倳r間約為300 h，占機組總運行時間的3%。在計算經(jīng)濟效益時，按照節(jié)能33%估算，如果每天使用變頻凝結(jié)水泵，按照平均功率計算。

根據(jù)統(tǒng)計，工頻運行時凝結(jié)水泵電能表常數(shù)為5.70 r／（kW·h），變頻運行時為3.47 r／（kW·h）。

2012年，＃1，＃2機組凝泵電耗分別為332和259萬kW·h，則每年可以節(jié)約電量＝（332+ 259）×（1-3%）×（5.70-3.47）÷5.70＝224.3（萬kW·h）。

變頻裝置冷卻系統(tǒng)使用單臺3匹空調(diào)冷卻，該空調(diào)單匹每小時耗電量約為0.7457 kW·h，按機組1年運行300 d統(tǒng)計，則總耗電量為0.745 7×3× 24×300≈16107（kW·h）。則2臺機組合計凈節(jié)能2 243 000-2×16 107＝2 210 786（kW·h），約221萬kW·h。

按照目前上網(wǎng)電價計算，可節(jié)約資金221× 0.58＝128（萬元），回收資金時間約為245÷128＝1.91（年）。

綜上所述，加裝變頻器應(yīng)為最佳方案，雖然投資較大，但按照近2年機組發(fā)電量來看，2年即可收回成本，且有利于供電氣耗、廠用電率等指標(biāo)的完成，提高電廠機組的綜合競爭力。

3 結(jié)束語

發(fā)電機組輔機能耗問題一直困擾著整個電力行業(yè)，就當(dāng)前形勢來看，發(fā)電機組進行變頻技術(shù)改造，風(fēng)險小、節(jié)能效果顯著，可在確保機組運行安全的前提下大幅降低廠用電率，降低發(fā)電成本，符合國家節(jié)能減排新政策，值得推廣使用。

［1］趙勇，武志敏，李忠，等.臨河熱電廠凝結(jié)水泵變頻調(diào)速改造實例［J］.變頻器世界，2010（2）：69-73.

［2］徐傳海，徐世華.300MW機組變頻調(diào)速凝結(jié)水泵應(yīng)用探討［J］.熱機技術(shù)，2004（1）：27-34.

（本文責(zé)編：弋洋）

TM 303

：B

：1674-1951（2015）03-0073-03

趙智龍（1988—），男，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，從事電廠運行及檢修方面的工作（E-mail：zhao880402＠163. com）。

2014-06-26；

2014-12-01