( 中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引言

《2018年能源工作指導意見》明確指出“加強能源系統(tǒng)整體優(yōu)化，提升能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和整體效率。燃煤電廠平均供電煤耗同比減少1克左右”。

空冷機組給水系統(tǒng)設置液偶調(diào)速電動給水泵，電動給水泵具有響應速度快、運行穩(wěn)定、可靠性高、不受外部環(huán)境變化影響等特點[1]，但是電動給水泵是電廠運行中主要的耗電設備，其廠用電占比約為25%，對全廠的供電煤耗影響很大，尤其是長期在低負荷工況運行，采用液力偶合器調(diào)速能耗損失更大，轉換效率低，經(jīng)濟性比較差。因此，為落實國家節(jié)能減排政策，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，有必要對電動給水泵進行改造。

1 工程概況

國華某電廠二期2×660 MW空冷燃煤機組，給水系統(tǒng)設置3臺35%容量的液偶調(diào)速電動給水泵。電動給水主泵與前置泵不考慮交叉運行，機組正常工況下3臺電動給水泵同時運行，能夠保證機組滿負荷，還可以滿足空冷機組因氣候變化引起的負荷波動。設備利用率高、可靠性強，調(diào)節(jié)靈活，有利于機組調(diào)峰。當單臺電動給水泵故障時，另外2臺電動給水泵可滿足機組70%左右額定負荷運行。液力偶合器采用日本某制造廠產(chǎn)品，額定工況設計效率為94%。

2 實際運行存在問題

電動給水泵容量按照鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量 (boiler maximum continue rate，BMCR)工況對應的給水量進行設計，按照規(guī)范要求，需要額外考慮10%的余量。液力偶合器是按照給水泵的流量配套選型，當機組在額定工況下運行時，給水泵液力偶合器已經(jīng)偏離額定工況10%，機組負荷率越低，液力偶合器的效率衰減越嚴重，液力偶合器效率越低，能耗越大，工作油溫度越高，運行中經(jīng)常出現(xiàn)勺管卡澀、油質(zhì)顆粒度超標、軸承供油管振動大、漏油、聯(lián)軸器螺栓斷裂等異常情況。從電廠提供的性能試驗報告可以看出，3號機組實際的供電煤耗 314.68 g/(kW·h)，4號機組供電煤耗314.67 g/(kW·h)，距離國華集團要求的310 g/(kW·h)還有一定的差距，其主要原因是機組在低負荷運行的時間較長，液力偶合器調(diào)速電動給水泵的效率較低，能耗較大。

3 改造方案

目前，國內(nèi)660 MW級機組給水泵調(diào)速方案主要有四種，即給水泵汽輪機驅動調(diào)速、傳統(tǒng)液力偶合器調(diào)速、高效調(diào)速行星齒輪調(diào)速及電動機變頻器調(diào)速。

空冷機組采用汽動給水泵的方案需要經(jīng)過較為全面的技術論證方可實施，目前國內(nèi)新建空冷機組配備汽動給水泵的方案較少，空冷機組改造給水泵汽輪機驅動調(diào)速的項目則更少[2]。如機組采用空冷方式，給水泵汽輪機受環(huán)境溫度影響比較大，不利于給水系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)；如采用濕冷方式，違背了電廠采用空冷機組降低水耗的理念。因此，針對空冷機組給水系統(tǒng)電動給水泵采用液偶調(diào)速方案存在的實際問題，本文給出行星齒輪和變頻調(diào)速改造的方案并進行技術經(jīng)濟比較。

3.1 行星齒輪方案

調(diào)速行星齒輪由一個可調(diào)節(jié)液力變扭器、一個旋轉行星齒輪，一套平行軸增速齒輪組成，通過液力變扭器實現(xiàn)動力傳遞和力的矢量疊加，達到轉速調(diào)節(jié)目的和獲得較高的效率，其調(diào)節(jié)范圍為65%～100%。

采用調(diào)速行星齒輪可以大幅提高給水泵在不同工況下的運行效率，且效率穩(wěn)定。圖1為國華某電廠改造前后液力偶合器與調(diào)速行星齒輪效率對比圖，從圖1中可以看出，機組低負荷運行時，調(diào)速行星齒輪都具有很高的效率，尤其在50%負荷以上，設備都可以處于高效運行區(qū)域，效率均在90%以上。

調(diào)速行星齒輪除效率高以外，壽命也較長，一般大于30年，而且在冷、熱、粉塵等苛刻條件下均能安全運行，對環(huán)境的適應性較強，技術比較成熟，故障率較低。

3.2 變頻調(diào)速方案

針對原有電動給水泵液偶調(diào)速方式，現(xiàn)有三種可實現(xiàn)的變頻改造方案，方案一是將液力偶合器整體替換為增速齒輪箱，實現(xiàn)調(diào)速功能，此方案需要拆除原液力偶合器裝置，重新按照功率和轉速選標配增速齒輪箱和相應的油站，此方案只能實現(xiàn)變頻一拖一方式，無法實現(xiàn)工變頻切換，可靠性較差。方案二是保留液力偶合器的基礎和外形，掏空內(nèi)腔，重新選配增速齒輪箱，該方案運行方式同方案一，但不需要更換設備基礎，此方案屬于非標準設計制造，同樣存在只能實現(xiàn)變頻一拖一的缺陷。方案三是將液力偶合器改造為工變頻切換型的液力偶合器，保持液力偶合器的連接方式和狀態(tài)結構不變，只將偶合器勺管拉滿，變頻時，勺管固定在100%的位置，把偶合器當作齒輪箱使用。這種方式對原有改造最小，可靠性較高，缺點是節(jié)能效果降低，尤其是在高負荷區(qū)間，沒有明顯的節(jié)能效果。

綜上，對于3×35%容量配置方式，方案一和方案二，電機均不能工頻運行，一旦變頻故障，將造成該泵停運，直接影響生產(chǎn)；從運行可靠性考慮，方案三比較適合本電廠的變頻改造。

變頻調(diào)速方案中變頻器壽命只有10年左右，大部分的電器元件在5年以后出現(xiàn)不同程度的老化問題，在整個電廠運行期內(nèi)需要更換2～3次，故障率相對較高。此外，變頻器對環(huán)境條件要求較高，需要設置獨立的變頻間，保障恒溫、恒濕、少塵等條件。

3.3 改造方案對比

根據(jù)電廠提供的運行數(shù)據(jù)，年利用小時數(shù)按照5 000 h考慮進行負荷率分配計算，部分負荷兩臺泵運行時，行星齒輪改造后的節(jié)能計算見表1，變頻調(diào)速方案見表2。

機組容量為455 MW時，只開兩臺電泵計算，一年所節(jié)約的總電量為1.253×107kW·h，按照上網(wǎng)電價為0.36元/kW·h計算，全廠年節(jié)約451萬元；機組容量為345 MW時，只開兩臺電泵計算，一年所節(jié)約的總電量為1.103×107kW·h，按照上網(wǎng)電價為0.36元/kW·h計算，全廠年節(jié)約397萬元。

表1 行星齒輪方案兩臺給水泵同時運行節(jié)能計算

表2 變頻調(diào)速方案兩臺給水泵同時運行節(jié)能計算

機組容量為455 MW時，只開兩臺電泵計算，一年所節(jié)約的總電量為5.451×106kW·h，按照上網(wǎng)電價為0.36元/kW·h計算，全廠年節(jié)約196萬元；機組容量為345 MW時，只開兩臺電泵計算，一年所節(jié)約的總電量為1.053×107kW·h，按照上網(wǎng)電價為0.36元/kW·h計算，全廠年節(jié)約379萬元。

4 結論

調(diào)速行星齒輪與變頻改造方案相比，效率高、維護條件好、故障率低、使用壽命長、節(jié)能效果好、對現(xiàn)有空間布置影響最小。

年利用小時數(shù)按5 000 h計算時，機組容量為455 MW時，只開兩臺電泵計算，行星齒輪方案多收益255萬元；機組容量為345 MW時，只開兩臺電泵計算，行星齒輪方案多收益18萬元，經(jīng)濟性較好。由此可見，機組低負荷運行時，采用行星齒輪改造方案要優(yōu)于液偶調(diào)速方案。