高明亮

（濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng) 457004）

循環(huán)泵節(jié)能改造分析

高明亮

（濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng) 457004）

以實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，對(duì)循環(huán)泵主要工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。同時(shí)，以某發(fā)電公司為例，對(duì)其循環(huán)泵使用情況進(jìn)行調(diào)查分析，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明循環(huán)泵節(jié)能改造的必要性。從節(jié)能改造調(diào)研情況、循環(huán)泵電機(jī)雙速改造方案兩個(gè)方面，對(duì)循環(huán)電機(jī)雙速節(jié)能改造情況加以分析。最后，對(duì)雙速改造電機(jī)的主要運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總結(jié)，并探究雙速改造的實(shí)際效果，分析雙速電機(jī)改造過(guò)程中應(yīng)該注意的相關(guān)事項(xiàng)，旨在分析循環(huán)泵節(jié)能改造方法及效益，最大程度減少能耗。

循環(huán)泵；分析；節(jié)能改造

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域中開(kāi)展節(jié)能減排已經(jīng)逐漸成為常態(tài)，對(duì)于石化行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、水處理等領(lǐng)域，提出更為詳細(xì)、嚴(yán)格的節(jié)能減排任務(wù)。從實(shí)際使用狀況來(lái)看，水泵是開(kāi)展工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水泵耗能較高，因此具備較大的節(jié)能空間。為此，積極采取有效措施，對(duì)循環(huán)泵開(kāi)展節(jié)能改造，能夠最大程度上節(jié)約能耗，提高泵體本身的運(yùn)行效率。

1 循環(huán)泵原理分析

循環(huán)泵能夠促進(jìn)水資源循環(huán)利用，其裝置特點(diǎn)主要為一般采用單級(jí)離心泵，能夠發(fā)揮輸送、吸收、分離等作用，是比較常見(jiàn)的循環(huán)液用泵。在各方面條件適宜的情況下，循環(huán)泵流量變化幅度比較小，而且其揚(yáng)程比較低。

對(duì)于循環(huán)泵而言，主要強(qiáng)調(diào)其作用。而離心泵則根據(jù)其結(jié)構(gòu)定義使用性能。循環(huán)泵的主要工作原理在于突出水的循環(huán)作用。如在很多水暖供熱管道中，熱水主要依靠循環(huán)泵，發(fā)揮循環(huán)效果。對(duì)于生活熱水系統(tǒng)而言，采用的控制策略主要為利用二次側(cè)供水管道，在其內(nèi)部設(shè)置一定的溫度傳感器，從而控制一次側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而保證水溫。當(dāng)管內(nèi)水溫度比較高時(shí)，則增加水閥的寬度。相關(guān)測(cè)試工作結(jié)果顯示，在用水高峰階段，供水溫度基本上能夠達(dá)到恒定，證明實(shí)現(xiàn)有控制系統(tǒng)的管理效果比較良好。

2 案例分析

某發(fā)電公司采用4臺(tái)循環(huán)泵開(kāi)展日常作業(yè)，對(duì)其工作運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)定，一般情況下，均將其設(shè)置為定速運(yùn)行方式。而對(duì)于其容量而言，則根據(jù)最大供水量加以正確選擇。研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)組凝汽器在進(jìn)行工作時(shí)，所需要的循環(huán)水量很大，并與水溫存在密切的聯(lián)系。通常，通過(guò)增加或減少運(yùn)行泵的數(shù)量，來(lái)對(duì)循環(huán)水的流量進(jìn)行改變。

從實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，很多循環(huán)泵多數(shù)情況下，其所需要的水量往往低于設(shè)計(jì)的供水量。這種條件下，若電機(jī)仍然按照額定電壓，并根據(jù)額定轉(zhuǎn)速實(shí)施運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致大量電能消耗。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，需要對(duì)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，并在此基礎(chǔ)上減少用電頻率，才能實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能、減排、降耗目標(biāo)。

3 循環(huán)電機(jī)雙速節(jié)能改造

3.1 節(jié)能改造調(diào)研情況分析

經(jīng)過(guò)循環(huán)泵生產(chǎn)廠商的確定，對(duì)原有循環(huán)泵進(jìn)行改造，使其形成雙速運(yùn)行條件，符合循環(huán)泵運(yùn)行原理，改造后，水泵也可正常運(yùn)行。為此，在改造前對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行方式進(jìn)行了解。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，改造前的循環(huán)水泵運(yùn)行模式比較單一，不僅對(duì)正常運(yùn)行造成明顯影響，同時(shí)也會(huì)制約到水量調(diào)節(jié)，導(dǎo)致其調(diào)節(jié)范圍受到明顯影響。若改造每個(gè)機(jī)組中一臺(tái)設(shè)備將其運(yùn)行模式改為雙速電機(jī)，可對(duì)原有運(yùn)行模式進(jìn)行豐富，形成更多組合模式，并按照凝汽器實(shí)際用水量需要，對(duì)其進(jìn)行靈活調(diào)整。從循環(huán)泵流量、揚(yáng)程等相關(guān)參數(shù)來(lái)看，能夠滿足循環(huán)系統(tǒng)對(duì)水運(yùn)行的相關(guān)要求，同時(shí)也可顯著減少電能消耗量。

3.2 循環(huán)泵電機(jī)雙速改造方案

根據(jù)上述調(diào)研結(jié)果，結(jié)合專家分析，對(duì)循環(huán)泵電機(jī)雙速改造開(kāi)展綜合研究，確立最終改造方案。通過(guò)廣泛討論及分析后，對(duì)多個(gè)改造方案的磁角度、電角度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。根據(jù)實(shí)際狀況，該發(fā)電公司決定采用“16/18”改造方案。18級(jí)方式運(yùn)行過(guò)程中，要利用角形接線。也就是說(shuō)，將 2×630MW超臨界機(jī)組7B、8A循環(huán)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由之前的375r/min，改為333～375r/ min。根據(jù)運(yùn)行情況，將電機(jī)功率為3000kW的循環(huán)水泵16級(jí)電動(dòng)機(jī)改為16/18級(jí)雙速電動(dòng)機(jī)。這種情況下，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，循環(huán)泵流量可增加一倍左右，且揚(yáng)程達(dá)到原有16級(jí)的0.8倍，功率提高到原有2124kW的0.7倍，電機(jī)輸出功率可減少至少30%左右。若采用轉(zhuǎn)速差較小的雙速電動(dòng)機(jī)來(lái)為循環(huán)泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并按照季節(jié)變化及水溫變化情況，選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)┧窟M(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而有效達(dá)到節(jié)能減排效果，對(duì)節(jié)約更多電能資源提供有效保障。

從該發(fā)電公司循環(huán)泵改造情況來(lái)看，雙速節(jié)能改造過(guò)程中，無(wú)論是變前極，還是變后極，均采用 60°相帶換相方法進(jìn)行變極處理。在此種布置方法的幫助下，即使是兩種不同的轉(zhuǎn)速，電機(jī)仍然能夠獲得比較高效的運(yùn)行能力。在對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行切換處理時(shí)，無(wú)需特殊處理，只需在專用出線盒內(nèi)完成改接即可。循環(huán)泵節(jié)能改造后，電機(jī)每一線圈電壓、電流均會(huì)發(fā)生一定變化，且線圈數(shù)量也會(huì)產(chǎn)生顯著改變。當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生一定改變后，必然對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能產(chǎn)生較大影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生明顯影響。通過(guò)電機(jī)提供廠商的設(shè)計(jì)及相應(yīng)運(yùn)算，本次循環(huán)泵系統(tǒng)改造可達(dá)到以下幾點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)操作標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)嗡匐姍C(jī)改造為雙速電機(jī)后，將原有16級(jí)作為定子繞組的基本極。也就是說(shuō)，在保證電機(jī)定子端部性能的基礎(chǔ)上，在不改變其接線方式的前提下，將16級(jí)視為基本級(jí)，這種情況下，16極電機(jī)各項(xiàng)性能并未發(fā)生變化。但是，在18極轉(zhuǎn)速條件下，可通過(guò)丟槽方法，對(duì)電機(jī)端部進(jìn)行相應(yīng)整改，從而轉(zhuǎn)變其自身結(jié)構(gòu)中引線的連接方式，并對(duì)電機(jī)極數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變。在開(kāi)展電機(jī)雙速改造時(shí)，要保證電源進(jìn)出線位置不變，同時(shí)要保證電機(jī)零部件安裝位置與改造前相同。

4 雙速改造電機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及效果分析

4.1 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

由于每個(gè)循環(huán)泵生產(chǎn)廠家對(duì)技術(shù)的保密程度不一，要充分尊重其獨(dú)立技術(shù)的行使權(quán)，因此在接線方案改造完成后，要就其問(wèn)題開(kāi)展深入交流。針對(duì)大于2000kW電動(dòng)機(jī)而言，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定及要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)差進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，從而發(fā)揮較高的保護(hù)效果。一般情況下，其他電廠所采用的方案均為在18級(jí)運(yùn)行過(guò)程中取消，而在16極運(yùn)行狀況下恢復(fù)。例如，對(duì)于俄制機(jī)組而言，其在設(shè)計(jì)電機(jī)過(guò)程中，就充分考慮到雙速運(yùn)行情況。為此，俄制機(jī)組對(duì)鐵芯設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，主要將其布置為雙線圈，這樣不僅能夠?qū)﹄姍C(jī)性能進(jìn)行綜合考量，還能使其設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是振動(dòng)方面還是噪聲方面，均能實(shí)現(xiàn)最大程度的整合作用，從而發(fā)揮良好工況。改雙速運(yùn)行后，原有16極接線維持在既有水平，因此能夠保證運(yùn)行性能不發(fā)生變化。雖然改造后電機(jī)噪聲有所增加，且振動(dòng)方面出現(xiàn)一定變化。但是，通過(guò)精確計(jì)算，認(rèn)為其在國(guó)家規(guī)定范圍之內(nèi)。

4.2 雙速改造效果

雙速電機(jī)節(jié)能改造完成后，于2015年6月開(kāi)始低速空載試運(yùn)行，結(jié)果顯示試運(yùn)行合格，雙速改造成果明顯。同時(shí)，于當(dāng)年12月開(kāi)展高速空載試運(yùn)行，電機(jī)最大振動(dòng)達(dá)到24μm，試運(yùn)行效果滿足改造規(guī)范。與此同時(shí)，開(kāi)展低速帶載及高速帶載運(yùn)行，均未出現(xiàn)運(yùn)行故障。通過(guò)計(jì)算，改造后的電機(jī)，每年可低速運(yùn)行至少5～6個(gè)月，可節(jié)省130余萬(wàn)kW·h，從而節(jié)省將近40余萬(wàn)元費(fèi)用支出。通過(guò)上述分析，認(rèn)為循環(huán)泵電機(jī)雙速改造，不僅滿足設(shè)備日常運(yùn)行條件，同時(shí)能夠發(fā)揮較高的節(jié)能效果，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4.3 雙速改造需要注意事項(xiàng)

在對(duì)電機(jī)端引出線進(jìn)行焊接過(guò)程中，要保證焊接工藝，使其滿足相關(guān)改造規(guī)范，并且對(duì)虛焊問(wèn)題加以控制，減少過(guò)熱現(xiàn)象，避免線圈絕緣體的損壞。改造后，要對(duì)電機(jī)進(jìn)行真空浸漆處理，從而強(qiáng)化線圈本身結(jié)構(gòu)的絕緣性。與此同時(shí)，在改造過(guò)程中，要對(duì)新布置的接線盒進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)其內(nèi)部引線端進(jìn)行充分固定，從而盡量減少電機(jī)高轉(zhuǎn)速及低轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)，避免引線接線出現(xiàn)松動(dòng)，減少運(yùn)行安全隱患。此外，要對(duì)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的噪聲進(jìn)行合理控制，無(wú)論是在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還是在高速運(yùn)行時(shí)，均要保證噪聲不能過(guò)大，從而減少其對(duì)相關(guān)人員聽(tīng)力的影響。在電機(jī)進(jìn)行改造后，要開(kāi)展一定的動(dòng)平衡試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)施高壓試驗(yàn)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取必要措施進(jìn)行整改。利用循環(huán)水出口母管制，改造后根據(jù)不同負(fù)荷、不同季節(jié)，增加了循泵的運(yùn)行調(diào)整方式，有利于提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，提高真空度，達(dá)到能耗的降低標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，循環(huán)泵供熱系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)條件等，以制定循環(huán)泵配置方案。理論上循環(huán)泵水壓圖中的零件越接近熱源，系統(tǒng)提供給熱用戶的作用壓頭越小，于是采用分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)獲得的節(jié)能率也越高。對(duì)于熱用戶較多且在近熱源端熱負(fù)荷較大、支干線規(guī)模較小，熱網(wǎng)干線較長(zhǎng)、比摩阻較大的熱網(wǎng)宜改造成分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)，單熱源枝狀熱網(wǎng)的改造能夠獲得較高的收益，而復(fù)雜熱網(wǎng)由于在設(shè)計(jì)階段出于對(duì)調(diào)度工況、可靠性等的考慮，以及本身水力工況的特點(diǎn)，使得熱用戶節(jié)流損失較小，改造后獲得的收益明顯低于單熱源枝狀熱網(wǎng)。

[1]付建華. 發(fā)電廠循環(huán)水泵變極調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能研究及應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2014.

[2]侯志毅. 既有建筑供熱、空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水泵節(jié)能改造潛力研究[D]. 天津大學(xué)，2014.

[3]許晨. 火力發(fā)電廠循環(huán)泵雙速改造節(jié)能研究[D]. 華北電力大學(xué)，2015.

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