吳麗華 陳清

摘 要：華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠#5汽輪機(jī)組給水泵投產(chǎn)于20世紀(jì)80年代，運(yùn)行以來，給水泵耗電量和用電率都偏大。因此，該熱電廠提出節(jié)能改造方案，通過增加給水泵電動機(jī)高壓變頻器，保留給水泵液力耦合器并將其改造成工變頻切換型多功能液力耦合器。研究結(jié)果表明，這樣可以降低發(fā)電成本和廠用電率，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高熱電廠經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱電廠;給水泵;高壓變頻器;液力耦合器

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0071-03

Research on Reformation of Feedwater Pump of Steam Turbine Unit in Thermal Power Plant

WU Lihua CHEN Qing

（Guodian Nanjing Automation Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 210032）

Abstract： The #5 steam turbine unit feedwater pump of Fulaerji Thermal Power Plant of Huadian Energy Co.， Ltd. was put into production in the 1980s， since operation， the power consumption and power consumption rate of the feedwater pump were relatively high. Therefore， the thermal power plant proposed an energy-saving transformation plan， namely retaining the feedwater pump hydraulic coupler and transforming it into an industrial frequency conversion switching multifunctional hydraulic coupler by adding a high-voltage inverter for the feedwater pump motor. The research results show that this can reduce power generation costs and plant power consumption rates， effectively achieve energy saving and consumption reduction， and improve the economic benefits of thermal power plants.

Keywords： thermal power plant;feedwater pump;high-voltage inverter;hydraulic coupler

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著全球人類活動的加劇，能源將成為今后相當(dāng)長時期內(nèi)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出瓶頸[1]。因此，節(jié)能減排、降低能耗、提高能源利用率就顯得尤其重要。電廠作為國內(nèi)的能源消耗大戶，通過改造，人們能降低其耗電量、優(yōu)化其調(diào)速方式，那么推廣類似的改造就很有必要?，F(xiàn)結(jié)合富拉爾基電廠實(shí)際情況，通過對汽輪機(jī)組給水泵進(jìn)行改造，對其改造經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

1 機(jī)組概況

華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠#5汽輪機(jī)組投產(chǎn)于20世紀(jì)80年代中期。設(shè)置了兩臺100%容量的電動給水泵，型號為50CHTA，進(jìn)水流量為699 t/h，揚(yáng)程為1 760 m，進(jìn)水壓力為1.5 MPa，出水壓力為15 MPa。一臺運(yùn)行，一臺備用。電動機(jī)額定電壓為6 kV，電動機(jī)（5 500 kW、596 A、1 492 r/min）通過調(diào)速型液力耦合器驅(qū)動給水泵。前置泵型號為YNKH400/300，進(jìn)水溫度為160 ℃，進(jìn)水壓力為0.7 MPa，流量為834 t/h，揚(yáng)程為110 m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)組給水泵耗電量占發(fā)電量的2.05%，占發(fā)電廠用電率的近20.5%，嚴(yán)重影響發(fā)電成本，影響能源消耗。因此，對電動給水泵的調(diào)速方式進(jìn)行優(yōu)化和改造是十分必要的。

2 節(jié)能改造方案

液力偶合調(diào)速電動給水泵是發(fā)電廠生產(chǎn)過程的主要輔機(jī)之一，因液力耦合器相對于定速泵+調(diào)節(jié)閥的控制方式有著無級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，我國在20世紀(jì)80年代開始從國外引進(jìn)該技術(shù)并逐步實(shí)現(xiàn)其國產(chǎn)化，一段時期內(nèi)，其廣泛應(yīng)用于200 MW和300 MW等級的機(jī)組中，但因其調(diào)速轉(zhuǎn)換效率隨著轉(zhuǎn)速降低而下降，綜合效率相對較低[2]。另外，液力耦合器屬于轉(zhuǎn)差損耗型調(diào)速裝置，在調(diào)速的過程中，轉(zhuǎn)差功率以熱能的形式損耗在油中，額外增加了能耗[3]。改造前給水泵機(jī)組系統(tǒng)如圖1所示。針對富拉爾基熱電廠的實(shí)際情況，采用“給水泵變頻、耦合器聯(lián)合調(diào)速”方案。該方案技術(shù)特點(diǎn)為增加給水泵電動機(jī)高壓變頻器，保留給水泵液力耦合器，給水泵正常工作時液力耦合器勺管固定置位在100%，給水泵應(yīng)用高壓變頻器調(diào)速。因給水泵電機(jī)采用變頻調(diào)速，轉(zhuǎn)速可能最低至1 000 r/min，為確保工作油壓和潤滑油壓，人們需要外置或增減外置補(bǔ)償油泵。改造后示意圖如圖2所示。液力耦合器改造方案是，液力耦合器不動，將液力耦合器改造成工變頻切換型多功能液力耦合器方案。所謂工變頻切換型多功能液力耦合器，就是保留液力耦合器不動，應(yīng)用泵論調(diào)速法對液力耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行改造，使同一臺液力耦合器具有兩種運(yùn)行方式（工頻定速輸入時，作為調(diào)速型液力耦合器;變頻調(diào)速輸入時，作為增速齒輪箱），而且兩種運(yùn)行方式可以切換運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)這一改造后，液力耦合器具有兩種功能，一是工頻運(yùn)行時的液力耦合器的調(diào)速功能，二是變頻調(diào)速運(yùn)行時的增速齒輪箱的輸出功能。兩種功能可以互相切換。

具體改造方法是，對液力耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行改造，解除由液力耦合器輸入軸通過齒輪驅(qū)動的潤滑油泵和工作油泵，在潤滑油系統(tǒng)和工作油系統(tǒng)安裝兩臺潤滑油泵，兩臺工作油泵，一用一備，潤滑油泵和工作油泵的安裝位置選在距離液力耦合器油箱較近處，使液力耦合器油箱油位對油泵產(chǎn)生倒灌揚(yáng)程。

#5機(jī)機(jī)組配置2臺全容量給水泵，運(yùn)行方式為一運(yùn)一備，調(diào)速方式為液力耦合器調(diào)節(jié)。

#5機(jī)組2臺給水泵組排列布置于汽機(jī)廠房零米基準(zhǔn)面（水平面），泵組南面-2 m布置疊式工作冷油器及潤滑冷油器。冷油器油管路、冷卻水管路布置均在-2～0 m。耦合器油箱正常油位與零米高度介于150～200 mm，不能滿足多功能油泵吸入高度揚(yáng)程要求。多功能油泵需要安裝在汽機(jī)零米地面以下。液力耦合器油系統(tǒng)原供油方式結(jié)構(gòu)為同軸驅(qū)動安裝一體的工作油泵和潤滑油泵，工作油系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)分路供油互不關(guān)聯(lián)。輔助潤滑油泵配置流量約為350 L/min，潤滑油壓正常值為0.12～0.25 MPa，工作油泵流量約為250 L/min，工作油壓正常值為0.12～0.30 MPa。根據(jù)以上原有管路布置、油系統(tǒng)參數(shù)、液力耦合器的構(gòu)造特點(diǎn)，將其改造成工變頻切換型液力耦合器，多功能油泵和油管路的安裝布置采取以下方案。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量，為方便運(yùn)行人員檢查和檢修人員維護(hù)，外置多功能油泵安裝在零米側(cè)面較為合適。為滿足多功能油泵吸入高度揚(yáng)程，多功能油泵安裝位置挖2 800 mm×3 000 mm×-700 mm基礎(chǔ)坑，多功能工作油泵及多功能潤滑油泵入口管路與油箱連接處開孔尺寸為300 mm×-1 500 mm。油箱運(yùn)行最低油位與多功能油泵布置高度為600～700 mm，以滿足油泵的允吸高度要求。原潤滑油泵流量約為350 L/min，出口壓力最高值為0.30 MPa，現(xiàn)潤滑油泵流量為350 L/min，出口壓力最高值為0.36 MPa，減去管道阻力損失，能夠滿足潤滑油壓正常值（0.12～0.25MPa）。原工作油泵流量約為200 L/min，出口壓力最高值為0.33 MPa，現(xiàn)多功能工作油泵選用2臺（一工一備），流量為250 L/min，出口壓力最高值為0.33 MPa，減去管道阻力損失，與工作油泵正常值0.12～0.25MPa的油壓相符。

此次改造安裝2臺多功能工作油泵（一工一備），安裝2臺多功能潤滑油泵（一工一備），隨機(jī)同步運(yùn)行。重新配置外置多功能油泵管路。將液力耦合器油箱內(nèi)油排盡，解體耦合器箱蓋，吊出液力耦合器。拆除液力耦合器輸入端與箱體內(nèi)主油泵（工作油泵及潤滑油泵）傳動齒輪，拆除同軸驅(qū)動的工作油泵和潤滑油泵。油箱充入經(jīng)檢驗(yàn)合格的油品并進(jìn)行油循環(huán)，試運(yùn)時根據(jù)油泵出口壓力，調(diào)整工作油壓及潤滑油壓。油循環(huán)中檢查新配置的管路、油泵、法蘭連接處滲漏油點(diǎn)并消除。同時，對給水泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造，采用“一拖二”的運(yùn)行方式，即一臺變頻器帶兩臺給水泵電機(jī)，任何時候變頻器只帶其中一臺給水泵變頻運(yùn)行，另一臺工頻備用。

兩臺泵間的變頻切換如下：通過切換，兩臺泵都可以變頻運(yùn)行，兩臺泵也都可以工頻運(yùn)行;可以在給水泵停止?fàn)顟B(tài)下切換，也可以在給水泵運(yùn)行狀態(tài)下切換，這種方式既滿足給水泵的運(yùn)行要求，也使得變頻器的使用效率得到提高。

3 改造后節(jié)能效果分析

根據(jù)現(xiàn)場工況調(diào)查可知，#5機(jī)組給水泵電機(jī)幾種常見負(fù)荷下的基本運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

3.1 變頻改造前給水泵工頻功率

變頻改造前，給水泵工頻功率計(jì)算公式為：

[P1=U×I×1.732×cosφ×η]? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[P1]為單一負(fù)荷下工頻運(yùn)行功率，kW;[U]為電機(jī)電壓，kV;[I]為電機(jī)電流，A;[cosφ]為單一負(fù)荷下運(yùn)行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù);[η]為電機(jī)效率，一般為0.95。

根據(jù)式（1）計(jì)算改造前的給水泵工頻功率，60%負(fù)荷下[P1]=3 076 kW，70%負(fù)荷下[P1]=3 284 kW，80%負(fù)荷下[P1]=3 528 kW。

3.2 變頻改造后給水泵工頻功率

變頻改造后，給水泵工頻功率計(jì)算公式為：

[P2=Q×H×ρ102×3 600/η2×η3×η1]? ? ? ? ? ?（2）

式中，[P2]為變頻改造后的給水泵工頻功率，kW;[Q]為單一負(fù)荷的運(yùn)行流量，m3/h;[H]為單一負(fù)荷的壓力，m;[ρ]為流體密度;[η1]為液耦裝置效率，一般為0.97;[η2]為水泵效率，改造后取效率最高值，一般為0.76～0.86，此處取0.86;[η3]為變頻裝置效率，一般為0.90～0.97，此處取0.95。

根據(jù)式（2）計(jì)算改造后的給水泵工頻功率，60%負(fù)荷下[P2]=1 959 kW，70%負(fù)荷下[P2]=2 203 kW，80%負(fù)荷下[P2]=2 392 kW。

3.3 單臺機(jī)組給水泵電機(jī)變頻改造后的節(jié)電率

單臺機(jī)組給水泵電機(jī)變頻改造后，60%負(fù)荷下節(jié)電率為：

[η=P1-P2P1=3 076-1 959/3 076=36.3%]? ? ? （3）

單臺機(jī)組給水泵電機(jī)變頻改造后，70%負(fù)荷下節(jié)電率為：

[η=P1-P2P1=3 284-2 203/3 284=32.9%]? ? ? （4）

單臺機(jī)組給水泵電機(jī)變頻改造后，80%負(fù)荷下節(jié)電率為：

[η=P1-P2P1=3 528-2 392/3 528=32.2%]? ? ? （5）

考慮變頻器自身損耗及其他環(huán)節(jié)不可避免的損耗約5%，變頻改造后，機(jī)組給水泵相對節(jié)電率如表2所示。

3.4 節(jié)電計(jì)算

機(jī)組年運(yùn)行4 200 h，上網(wǎng)電價（不含稅）為0.277 19元/（kW·h），經(jīng)計(jì)算，60%負(fù)荷年節(jié)約電費(fèi)=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×25%×（3 076 kW-1 959 kW）=32.51萬元;70%負(fù)荷年節(jié)約電費(fèi)=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×37.5%×（3 284 kW-2 203 kW）=47.2萬元;80%負(fù)荷年節(jié)約電費(fèi)=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×37.5%×（3 528 kW-2 392 kW）=49.6萬元。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，單臺給水泵變頻改造后，預(yù)計(jì)年節(jié)約電費(fèi)129.31萬元。

由于機(jī)組負(fù)荷和運(yùn)行時間每年都不是固定的，實(shí)際節(jié)能節(jié)電效果略有差異，但對比改造前，對給水泵進(jìn)行改造的效果還是很明顯的。

4 結(jié)語

通過對富拉爾基熱電廠給水泵進(jìn)行技術(shù)改造可以看到，采用“給水泵變頻、耦合器聯(lián)合調(diào)速”方案，能有效減少廠用電，降低煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。改造工程可以跟廠內(nèi)機(jī)組大修同時進(jìn)行，減少停機(jī)時間，兩者相結(jié)合，既響應(yīng)了國家節(jié)能減排的要求，又促進(jìn)了熱電廠的可持續(xù)發(fā)展。

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