摘 要：文章根據(jù)循環(huán)水泵變頻改造后，在不同冷卻水溫度與變負(fù)荷條件下，得到對應(yīng)的最佳真空值，以此為依據(jù)使用不同的循環(huán)水泵組運(yùn)行方式，在維持機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，大大提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，按一年度機(jī)組負(fù)荷估算，單臺(tái)循環(huán)水泵變頻改造后每天節(jié)約用電7000kWh，平均節(jié)電率為13.9%，全年節(jié)省費(fèi)用約50萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵；節(jié)能改造技術(shù)；最佳真空

1 概述

目前，我國已經(jīng)把節(jié)能戰(zhàn)略提高到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的位置中，水泵節(jié)能是我國重大節(jié)能領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。根據(jù)我國節(jié)能發(fā)展組委會(huì)調(diào)查結(jié)果顯示，我國沒有改造的水泵產(chǎn)品整體效率相比起國外而言改造過的水泵產(chǎn)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(dǎo)致了我國的水泵產(chǎn)品技術(shù)仍然停留在20世紀(jì)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(jìn)一步影響到了水泵的生產(chǎn)使用過程。相關(guān)資料研究結(jié)果顯示，一套水泵系統(tǒng)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(dá)11.25%～16.14%左右，運(yùn)行過程中電費(fèi)成本占總成本的76.66%～86.36%[2]。從上述研究數(shù)據(jù)不難看出，廣泛提高水泵系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，能夠提高整體經(jīng)濟(jì)效益且降低企業(yè)的成本。

人們對于水泵節(jié)能的認(rèn)識不夠全面，會(huì)在一定程度上影響到水泵的節(jié)能效果。出現(xiàn)上述情況的主要原因是：（1）水泵企業(yè)忽略了水泵的具體節(jié)能指標(biāo)，重點(diǎn)考慮的知識產(chǎn)品是否能夠滿足企業(yè)的整體生產(chǎn)需求，重點(diǎn)關(guān)注的是價(jià)格高低問題；（2）水泵生產(chǎn)商對于經(jīng)濟(jì)利益的追求比較高，但是對于設(shè)備的節(jié)能型需求沒有很好的進(jìn)行研究；（3）選用較大容量的水泵導(dǎo)致水泵在低效率和高耗能的狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗被廣泛提高，與此同時(shí)還出現(xiàn)電機(jī)過熱問題。一般情況下，水泵的應(yīng)用應(yīng)該選擇流量比較大的，以期能夠在高峰期運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)相關(guān)資料研究結(jié)果顯示，我國水泵的生產(chǎn)和制造大多數(shù)采用的是木模具，整體制造工藝相對來說較為落后[3]。基于此，我國研究的高轉(zhuǎn)速離心泵葉片扭曲的程度會(huì)比較大，因此出現(xiàn)造型誤差等問題非常普遍[4-5]。另外一個(gè)角度來看，水泵本身的應(yīng)用條件很復(fù)雜，因此對于水泵系統(tǒng)的制造工藝也要求更高，盡管部分性能待測，但是費(fèi)用成本消耗過多，不利于水泵的發(fā)展。國內(nèi)許多學(xué)者對循環(huán)水泵變頻改造提出了很多方案，例如對循環(huán)水泵雙速改造與變頻改造進(jìn)行節(jié)能效果分析比較，還有針對變頻改造過程中暴露的問題進(jìn)行了分析并提出了解決方法，同時(shí)總結(jié)了循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。[6-10]

文章根據(jù)循環(huán)水泵的實(shí)際情況，進(jìn)行變頻改造后，在不同冷卻水溫度與變負(fù)荷條件下，得到對應(yīng)的最佳真空值，以此為依據(jù)使用不同的循環(huán)水泵組運(yùn)行方式，保證機(jī)組安全運(yùn)行基礎(chǔ)上，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。

2 循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)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(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配備兩臺(tái)循環(huán)水泵，其出口采用液控蝶閥，只有全開全關(guān)兩個(gè)位置，冷卻水量只有靠啟停運(yùn)行泵的數(shù)量以及凝汽器回水門來調(diào)整，由于季節(jié)或者晝夜溫差大，經(jīng)常出現(xiàn)使用一臺(tái)循環(huán)水泵時(shí)流量不夠，使用兩循環(huán)水泵時(shí)流量過大，廠用電率過大的情況，因此合理選擇調(diào)速方式對循環(huán)水泵進(jìn)行調(diào)整節(jié)能改造成為當(dāng)務(wù)之急，同時(shí)水泵還存在以下幾個(gè)方面的問題：水泵運(yùn)行能耗較高且運(yùn)行效率較低；水泵泵體振動(dòng)比較大，導(dǎo)致葉輪等主要部件使用壽命過短，需要頻繁進(jìn)行檢修。實(shí)際運(yùn)行工況如表1所示，循環(huán)水系統(tǒng)示意圖如圖1所示：

3 水泵節(jié)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(zhuǎn)速N成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比，由此可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果：

（1）

在進(jìn)入汽輪機(jī)的主蒸汽壓力、溫度及流量不變時(shí)，提高汽輪機(jī)的真空，就可使汽輪機(jī)的出力增加。若進(jìn)入凝結(jié)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(jī)因真空的提高所增加的出力和增大循環(huán)水多消耗功率之差為最大時(shí)的真空。

max？駐N=？駐N1-？駐N2 （2）

式中？駐N1為按某一基準(zhǔn)計(jì)算的汽輪機(jī)增發(fā)功率，？駐N2為循環(huán)水泵功率增加量。

圖中Dw為冷卻水量，P為凝汽器真空，當(dāng)？駐N到達(dá)最大值即a點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的真空度就是最有利真空，對應(yīng)a點(diǎn)的循環(huán)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(jù)來控制冷卻水量，使汽輪機(jī)排氣壓力維持在最佳位置，保證機(jī)組最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

為了節(jié)約能源，降低廠用電率，簡化運(yùn)行方式，同時(shí)滿足負(fù)荷及循環(huán)水冷卻水流量的情況下，采用在機(jī)組中先對#1循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造，#2循環(huán)水泵維持在工頻狀態(tài)。采用一變頻一工頻的運(yùn)行方式。

4 循環(huán)水泵改造方案

電氣方面，QF為循環(huán)水泵6KV開關(guān)，QS1、QS2和QS3為隔離開關(guān)，QS1與QS3不能同時(shí)閉合，實(shí)行機(jī)械閉鎖。工頻運(yùn)行時(shí)：QS3閉合，QS1與QS2斷開；變頻運(yùn)行時(shí)：QS3斷開，QS1與QS2閉合。同時(shí)加裝電氣保護(hù)，變頻器U故障時(shí)，跳開QF開關(guān)。

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

熱工邏輯方面，考慮到循環(huán)水系統(tǒng)水錘影響，改造后循環(huán)水泵啟動(dòng)改為程序啟動(dòng)：DCS發(fā)出程序啟動(dòng)指令后，合上循環(huán)水泵6KV開關(guān)，變頻器自動(dòng)增加轉(zhuǎn)速至375rpm（37Hz），在轉(zhuǎn)速大于149rpm或循環(huán)水泵出口壓力大于0.05Mpa時(shí)，開啟循環(huán)水泵出口液控蝶閥。程序停運(yùn)：DCS上將轉(zhuǎn)速降低至375rpm，發(fā)程序停運(yùn)指令后，關(guān)閉循環(huán)水泵出口液控蝶閥，當(dāng)出口蝶閥模擬量或者開關(guān)量低于75%時(shí)，斷開變頻器開關(guān)及6KV開關(guān)，停運(yùn)循環(huán)水泵。

5 循環(huán)水泵變頻改造后節(jié)能情況

#1循環(huán)水泵經(jīng)過安裝、調(diào)試后正式投入使用。結(jié)合機(jī)組最有利真空，實(shí)際運(yùn)行表明#1循環(huán)水泵變頻調(diào)速裝置運(yùn)行可靠，節(jié)電效果明顯。

圖4是測試循環(huán)水溫度在25℃工況下一變頻一工頻的方式下300MW負(fù)荷的最佳真空曲線，通過不同運(yùn)行方式和試驗(yàn)，得到不同負(fù)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(yùn)行，可以計(jì)算得到：

由于冷卻水溫度是隨著季節(jié)性變化的，而發(fā)電功率由于受到電網(wǎng)調(diào)頻的波動(dòng)影響，也是不斷變化的，因此實(shí)際運(yùn)行最佳真空值也是不斷變化的。但是可以根據(jù)最佳真空值來指導(dǎo)運(yùn)行工作，結(jié)合季節(jié)性變化的冷卻水溫度，提出不同運(yùn)行方式。

（1）全年冷卻水溫度低于20℃的時(shí)間大約有100天，采用一臺(tái)循環(huán)水泵工頻運(yùn)行時(shí)，采用調(diào)節(jié)凝汽器回水門開度的方法來調(diào)整循環(huán)水流量，不同負(fù)荷下基本能滿足機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

（2）冷卻水溫度在20℃至28℃的天數(shù)約有180日，采用一臺(tái)循環(huán)水泵變頻運(yùn)行，一臺(tái)工頻運(yùn)行，可以滿足負(fù)荷變化同時(shí)維持機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

（3）冷卻水溫度高于28℃時(shí)，為了確保機(jī)組安全，同時(shí)減少設(shè)備的啟停次數(shù)，這段時(shí)間采用兩臺(tái)循環(huán)水泵工頻運(yùn)行，適當(dāng)犧牲部分經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，保證機(jī)組安全。

采用上述運(yùn)行方式大大提高了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組在變工況的情況下，及時(shí)調(diào)整變頻循環(huán)水泵的出力，保證了機(jī)組對冷卻水量的需求，同時(shí)降低廠用電，在循環(huán)水泵采用變頻方式運(yùn)行的月度，節(jié)電率達(dá)到27.9%，年平均節(jié)電率達(dá)到13.9%。

6 結(jié)束語

綜上所述，變頻改造在改造水泵設(shè)計(jì)方面具有顯著優(yōu)勢，不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且還能夠提高水泵的整體運(yùn)行效率，根據(jù)改造后調(diào)試數(shù)據(jù)及運(yùn)行方式，按一年度機(jī)組負(fù)荷估算，平均節(jié)電率為13.9%，單臺(tái)循環(huán)水泵變頻改造后每天節(jié)約用電7000kWh，按0.4元/kWh計(jì)算，全年節(jié)省費(fèi)用約50萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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