楊新生

摘 要： 給水泵是每個發(fā)電企業(yè)必備的重要輔機之一，承擔著鍋爐上水的重要任務，雖然在特大型火力發(fā)電廠主力給水泵采用汽泵方式，但是電動給水泵也作為機組啟動泵或應急備用泵存在，因此電動給水泵的耗電仍影響整個電廠的能耗。經過對國內外新技術的調研，我司引進全球第一臺機電體化電動給水泵調速裝置，經過應用，節(jié)能效果顯著。在目前節(jié)能、綠色環(huán)保要求越來越嚴的大形式下，推廣這種新技術，對建設美麗中國的部署又邁出了堅實的一步。

關鍵詞： 節(jié)能;電動給水泵;調速

【中圖分類號】 TK223.5? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ?【文章編號】1674-3733（2020）14-0183-02

1 改造前設備概況

我司2×330MW熱電聯(lián)產機組于2009年投產的單元制運行方式，每臺機組鍋爐給水系統(tǒng)配套一臺除氧器、兩臺50%容量的電動調速給水泵組、三臺高壓加熱器。正常運行時兩臺電泵組運行，無備用給水泵。給水泵組是上海電力修造總廠生產的DGT600-250型調速給水泵組，整個泵組包括：FA1D56型前置泵、DG600型給水泵、YKS5500電動機及R16K400M型液力耦合器。 電動機、液力偶合器輸入軸與前置泵同軸，給水泵與液力偶合器輸出軸同軸。整個泵組的調速裝置采用德國福伊特有限公司生產的液力耦合器，參數如下：

我司兩臺給水泵長期運行，機組耗能較高，下面是2016年全年的機組發(fā)電情況和給水泵耗電率統(tǒng)計：

可以看出：1）在負荷率58%～82%區(qū)間段，給水泵組平均耗電率在2.91%～3.45%之間，平均為3.06%。2）給水泵組平均耗電率隨著負荷率下降呈快速上升趨勢。

2 機電一體化調速裝置技術原理

隨著電力行業(yè)改革的不斷深化和發(fā)展，以及國家節(jié)能減排大政方針的指引，降低發(fā)電廠的廠用電率，降低發(fā)電成本，提高上網電價的競爭力已成為各發(fā)電廠實現節(jié)能降耗的重要方向之一。

電動給水泵通過液力偶合器驅動和調速，前置泵和給水泵由電動機同軸驅動，前置泵屬于定速運行，而給水泵根據機組負荷及運行優(yōu)化曲線通過液力偶合器進行調速，改變泵組出口流量和壓力，匹配機組運行需要。液力偶合器是電動給水泵實現調速的關鍵。

下式來形象表述了電動給水泵組的能量傳遞過程：

機組負荷一定，亦即給水泵有效功率和前置泵有效功率確定，決定電動給水泵組耗功的因素就取決于電機效率、液力偶合器效率、給水泵效率和前置泵效率。一般而言，電動機、給水泵和前置泵，其設計、制造、安裝以及日常運行業(yè)已相當成熟，極少存在效率偏低的現象。因此，決定電動給水泵組耗功的最主要矛盾在于液力偶合器的效率，我司經過論證，引進了德國福伊特公司新研發(fā)的機電一體化調整系統(tǒng)，并且這是全球第一臺實際應用案例。

機電一體化調速方案（ VECO-Drive）是在基于功率分流原理的機械調速行星齒輪方案上再加以改進，將傳統(tǒng)的機械調速行星齒輪用于傳遞的調節(jié)功率的液力變矩器改為兩臺低壓小功率變頻伺服電機，結合了機械調速的高可靠性和電子調速的高效率，進一步提高了低負荷區(qū)域的傳動效率。機電一體化調速裝置的原理圖如下圖：

行星齒輪效率曲線基于功率分流原理的調速行星齒輪傳動中大部分功率不參與調速而是以剛性傳遞方式從電動機傳遞到行星齒輪組的外齒圈，避免了傳統(tǒng)液力偶合器的滑差損失，確保了整機高效率，為減小傳統(tǒng)調速行星齒輪液力變矩器的能量損失，進一步提高極低負荷下能量傳遞效率，采用兩個低壓小功率的變頻伺服電機替換效率較低的液力變矩器。該低壓變頻伺服電機為一套可四象限運行的低壓電動機，當給水泵在較高轉速范圍工作時，伺服電機作為電動機向行星齒輪輸出功率;當給輸泵運行在較低轉速范圍內，伺服電機作為發(fā)電機，回收一部分能量，集合了機械調速的高可靠性和電子調速的高效率。

機電一體化調速裝置用恒定轉速（電機轉速）驅動行星齒輪的齒圈。通過更改行星支架轉速（受伺服電機和齒輪鏈影響），可改變從動轉速。通過更改伺服電機的轉速，可調節(jié)從動轉速。由于只有一小部分從動功率要作為調節(jié)功率供應，而且轉速低于回轉點時會將多余能量回饋至電源，因此全體機組可在整個轉速范圍中實現極高效率。

3 實際節(jié)能情況對比

根據電科院出具的電動給水泵技改前性能試驗報告，我司#1機組電動給水泵液偶調速改造前310MW、250MW、165MW三個工況平均測試結果：A給水泵效率為75.32%，B給水泵效率為75.84%。對給水泵組調速改造后，電科院又對這兩臺給水泵機電一體化調速裝置做性能試驗，報告數據如下：

經現場試驗證明，機電一體化調速裝置能夠在65～100%調速范圍內保持在95%左右的極高效率，較改造前75%左右的效率提高了20%。

根據現場6kV輔機電度表計量對比：300MW機組電動給水泵機電一體化調速改造后，180MW工況下，電泵耗電率下降1.12%;240MW工況下，電泵耗電率下降0.88%。減少給水泵電耗25～30%，機組廠用電率平均下降0.8%，折合機組供電煤耗下降2.48g/kWh，按照年發(fā)電量18億kWh（綜合廠用電率8%），年減少標煤耗量4100噸。以年減少標煤耗量4100噸計，折合二氧化碳減排10600噸（折算系數取2.6），折合二氧化硫減排4噸（入爐煤硫份取0.7%），煙塵減排1噸。

4 結語

目前國內火電機組電動給水泵調速因為需滿足大功率傳遞、高可靠性要求，基本采用液力偶合器調速。根據液力偶合器的工作原理，伴隨調速過程必產生滑差熱損耗，以300MW等級機組為例，每臺液力偶合器的工作油損耗熱量在2000000kJ左右，折合功率損耗不少于250kW，一臺機組要運行兩臺液力偶合器，一年損耗的電量超過300萬度。另外機組發(fā)電負荷受地區(qū)及季節(jié)限制，機組的年平均負荷可能在65%ECR～90%ECR之間，給水泵經常在遠離額定負荷的工況下運行，使液力偶合器調速的電動給水泵經常處于不經濟區(qū)段運行，根據前表可知，也使耗電率上升。

機電一體化調速裝置較液力偶合器，其效率大幅度提升，從75%左右提高到95%，能夠降低給水泵電耗25～30%，且其可靠性極高，無需過多維護，是踐行國家節(jié)能環(huán)保政策可值得推廣的新技術。

參考文獻

[1] 上海電力修造總廠《調速給水泵組說明書》

[2] 電力科學研究院《機組性能試驗報告》

[3] 福伊特廠家說明書