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        320 MW機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)雙速改造節(jié)能分析

        2021-09-26 00:50:49龐慶勛
        機(jī)電信息 2021年24期

        摘要:介紹了320 MW機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)雙速改造的應(yīng)用情況,對比分析了改造前后機(jī)組運(yùn)行的參數(shù)以及改造后取得的節(jié)能效益。結(jié)果表明,電機(jī)的雙速改造有利于降低煤耗量和廠用電量,提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

        關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;雙速電機(jī)改造;節(jié)能增效

        0 ? ?引言

        目前,火力發(fā)電仍占據(jù)我國電力行業(yè)的主導(dǎo)地位[1]?;痣姀S主要的高耗能設(shè)備為引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵和循環(huán)水泵等大型的風(fēng)機(jī)和水泵機(jī)組以及磨煤機(jī)等燃料處理設(shè)備,占據(jù)了發(fā)電廠用電量的主要份額。降低泵與風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備的功耗對于降低生產(chǎn)用電率,提高機(jī)組的效率起到至關(guān)重要的作用。循環(huán)水泵作為發(fā)電廠中的高耗能設(shè)備,其主要功能是實現(xiàn)冷卻水在凝汽器和冷卻塔中的循環(huán),對凝汽器內(nèi)部的蒸汽進(jìn)行冷卻[2]。循環(huán)水泵的運(yùn)行方式直接影響到發(fā)電廠的安全和生產(chǎn)用電率,對循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造以保證水泵的高效運(yùn)行,能有效地提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[3-5]。

        1 ? ?機(jī)組概況

        廣州珠江電廠#3機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的一次中間再熱、亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽凝汽式汽輪機(jī)組,型號為N320-16.67/538/538。#3機(jī)組原先配套所用#5、#6循環(huán)水泵為兩臺由長沙工業(yè)泵廠研究所設(shè)計、湘東化工機(jī)械廠生產(chǎn)的1600HLB-16型循泵。循環(huán)水泵為單速運(yùn)行,所用循泵臺數(shù)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及冷卻水溫度進(jìn)行安排。由于循環(huán)水進(jìn)水溫度受季節(jié)影響較大,依據(jù)往年機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)情況來看,冬季機(jī)組停運(yùn)備用時間多,冬季大部分時間“兩機(jī)三泵”節(jié)能措施無法執(zhí)行,機(jī)組廠用電率較高。為降低機(jī)組能耗,對#5、#6循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行雙速改造,在冷卻水溫低時將電機(jī)由高速切至低速運(yùn)行,以達(dá)到節(jié)能增效的目的。

        2 ? ?循環(huán)水泵改造狀況

        根據(jù)離心泵相似定律,在小范圍內(nèi)對泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整,泵效率近似不變,表示為:

        式中:Q為水泵的流量;H為揚(yáng)程;P為功率;n為轉(zhuǎn)速。

        循環(huán)水泵的功耗與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比,通過在小范圍內(nèi)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可使循環(huán)水泵由高速運(yùn)行狀態(tài)切換至低速運(yùn)行狀態(tài),實現(xiàn)循環(huán)水泵耗功量的大幅降低。

        根據(jù)這一原理,對電廠#3機(jī)組原先的#5、#6循環(huán)水泵進(jìn)行了整體更換改造,采用湖南湘電長沙水泵有限公司制造的型號為64LKXA-16.5,立式單級、可抽芯、導(dǎo)葉式混流泵;電機(jī)更換為雙速電機(jī),型號為YKKLD1250/900-16/18/

        1340-1WTH,高低轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為370 r·min-1和330 r·min-1。循環(huán)水泵揚(yáng)程可按下式進(jìn)行計算:

        式中:P1為循環(huán)泵進(jìn)水壓力(Pa);P2為循環(huán)泵出水壓力(Pa);ρ為冷卻水密度(kg·m-3);z1為進(jìn)水面標(biāo)高(m);z2為循環(huán)泵出水管道中心線標(biāo)高(m);v1為循環(huán)泵進(jìn)水流速(m·s-1);v2為循環(huán)泵出水流速(m·s-1);g為重力加速度,約為9.8 m·s-2。

        循環(huán)水泵有效軸功率和效率可按下式進(jìn)行計算:

        式中:Pu為循環(huán)水泵的有效軸功率(kW);Q為循泵出口水流量(m3·s-1);η為循環(huán)水泵效率(%);Pgr為循環(huán)水泵電機(jī)有功功率(kW);ηgr為循環(huán)水泵電機(jī)效率(%)。

        經(jīng)試驗,電機(jī)雙速改造后在高低轉(zhuǎn)速下的參數(shù)對比如表1所示。

        3 ? ?循環(huán)水泵運(yùn)行工況說明

        為探究機(jī)組運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)性,在不同運(yùn)行方式下對循環(huán)水泵進(jìn)行了一系列測試。在不同機(jī)組負(fù)荷下,改造后的#5、#6循環(huán)水泵按一機(jī)兩泵高速并聯(lián)的方式運(yùn)行,對比了改造前后循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù),結(jié)果如表2所示。

        在#2機(jī)組和#3機(jī)組同時運(yùn)行的情況下,對比了循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)。此次試驗中,機(jī)組的負(fù)荷約為240 MW,#2機(jī)組匹配的循環(huán)水泵為#3和#4循泵,#3機(jī)組匹配的循環(huán)水泵為#5、#6循泵。#2機(jī)組和#3機(jī)組循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)對比如表3所示。

        為探究冬季#5、#6循環(huán)水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及較佳的并列運(yùn)行方式,進(jìn)行了#3機(jī)組#5、#6循環(huán)水泵高/低速與#4機(jī)組#7、#8循環(huán)水泵并列運(yùn)行試驗(兩機(jī)三泵運(yùn)行方式),包括以下3種工況:

        (1)工況1:#5(低速)、#6(高速)循環(huán)水泵與#7泵并列運(yùn)行;

        (2)工況2:#5(低速)循環(huán)水泵與#7、#8泵并列運(yùn)行;

        (3)工況3:#5(高速)、#6(高速)循環(huán)水泵與#7泵并列運(yùn)行。

        對比試驗中循環(huán)水泵運(yùn)行參數(shù)如表4所示。

        4 ? ?節(jié)能改造效果分析

        據(jù)表2中數(shù)據(jù),同機(jī)組負(fù)荷下,改造后的循環(huán)水泵運(yùn)行過程中的機(jī)組真空和循環(huán)水流量均優(yōu)于改造前。一方面,按照機(jī)組真空提高0.1 kPa可降低發(fā)電煤耗0.2 g/(kW·h),#3機(jī)組年發(fā)電量以12億kW·h計算,可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約240 t。按照標(biāo)煤價格720元/t計算,#3機(jī)組改造后每年因煤耗量降低所節(jié)約的成本約為17.28萬元。另一方面,循泵電流由于改造后電機(jī)功率因數(shù)較低,改造后高速運(yùn)行電流約165 A,改造前運(yùn)行電流約151 A,電機(jī)功率因數(shù)按改造后高速0.68/低速0.60、改造前0.80計算,改造后循泵高速運(yùn)行較改造前每小時節(jié)電約89 kW·h。按照兩臺循泵一年高速運(yùn)行5 800 h,電價0.45元/(kW·h)計算,則一年兩臺循泵高速運(yùn)行節(jié)省電費(fèi)約53.76萬元。

        據(jù)表3中數(shù)據(jù),在保持#2機(jī)組和#3機(jī)組負(fù)荷一致的情況下,兩機(jī)組運(yùn)行參數(shù)基本一致,經(jīng)節(jié)能改造后循泵循環(huán)水流量有所提高,循泵功率降低。#3機(jī)組循泵每小時實際消耗電量較#2機(jī)組循泵每臺降低約61.2 kW,按循泵一年運(yùn)行5 800 h,電價0.45元/(kW·h)計算,則#3機(jī)組循泵較#2機(jī)組循泵每年每臺節(jié)約電費(fèi)約15.97萬元。

        據(jù)表4中數(shù)據(jù),在實行兩機(jī)三泵運(yùn)行策略的情況下,將電機(jī)轉(zhuǎn)速由高速切換至低速能有效降低機(jī)組運(yùn)行的用電量。在機(jī)組負(fù)荷為270 MW、循環(huán)水進(jìn)水溫度為17.3 ℃的情況下,機(jī)組真空已低于96.5 kPa,此時需要啟動備用循泵,關(guān)閉循環(huán)水母管聯(lián)絡(luò)門,實行一機(jī)兩泵運(yùn)行方式。建議在冬季運(yùn)行工況時,#3、#4機(jī)組同時運(yùn)行時優(yōu)先選擇兩機(jī)三泵運(yùn)行;在循環(huán)水進(jìn)水溫度低于17 ℃時,將#5、#6循環(huán)水泵其中一臺切至低速,另一臺維持高速運(yùn)行,對運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化。

        5 ? ?結(jié)語

        火力發(fā)電廠的節(jié)能增效具有長遠(yuǎn)意義。對循環(huán)水泵電機(jī)的雙速改造,能夠有效降低機(jī)組煤耗和生產(chǎn)用電量,實現(xiàn)在不同季節(jié)工況下循環(huán)水泵的高效運(yùn)行,提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)而取得良好的節(jié)能效益。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] YUAN C Q,LIU S F,F(xiàn)ANG Z G,et al.Research on the energy-saving effect of energy policies in China:1982—2006[J].Energy Policy,2009,37(7):2475-2480.

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        收稿日期:2021-06-28

        作者簡介:龐慶勛(1973—),男,遼寧開原人,工程師,研究方向:電廠高效運(yùn)行與節(jié)能。

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