代昱鵬

（山西西山熱電有限責任公司， 山西 太原 030022）

引言

當前形勢下，“求生存、促發(fā)展”成為現(xiàn)代電力企業(yè)的立足之本。在某種程度上，降低電廠的發(fā)電成本是爭取更大電力市場的主要措施之一。統(tǒng)計表明，我國煤電廠的平均用電率為6.26%，其中主要耗能設備包括風機和水泵，其耗能占據電廠總耗能的70%左右。在實際發(fā)電過程中，由于電網負荷需要實時調整，電廠處于變負荷的狀態(tài)運行，而對應的給水泵和風機保持連續(xù)運行狀態(tài)，無法根據電網負荷進行調整，使得設備處于低效的工作區(qū)，從而造成嚴重的電能浪費[1]。本文以煤電廠的給水泵為例開展研究，主要實現(xiàn)對其變頻的改造，以達到最終節(jié)能的效果。

1 煤電廠給水泵概述

給水系統(tǒng)為火電廠汽水系統(tǒng)的重要組成部分，汽水系統(tǒng)的組成如圖1 所示。

圖1 汽水系統(tǒng)組成圖

如圖1 所示，煤電廠發(fā)電系統(tǒng)的工作流程如下：在鍋爐的作用下，產生的蒸汽通過主管道進入汽輪機中，高速蒸汽作用至汽輪機的葉片，進而帶動其轉動，從而實現(xiàn)了機械能到電能的轉換。給水泵系統(tǒng)的主要作用是將冷凝水的壓力提高，再通過高壓加熱器加熱至一定溫度后繼續(xù)供給鍋爐，開始下一個循環(huán)的發(fā)電。此外，給水泵還向系統(tǒng)中各類減溫器提供溫水，最終達到對鍋爐再熱器、過熱器以及高壓旁路裝置的出口蒸汽溫度進行調節(jié)的目的[2]。

隨著煤電廠機組容量增加，給水泵將繼續(xù)朝著大容量、高轉速、高自動化以及高效率的方向發(fā)展。同時，鑒于煤電廠發(fā)電工藝的特殊性，要求給水泵具有耐高溫、耐高壓、抗汽蝕性能、高效率以及根據機組負荷對供水量進行實時調節(jié)的性能，但煤電廠給水泵未具備根據機組負荷變化情況對其供水量進行實時控制的能力，導致電能浪費。目前，國內東北和寧夏某電廠給水泵已經開展了變頻改造，所采用變頻器的形式為一拖二，且節(jié)能效果明顯。同時，對上述兩企業(yè)的給水泵進行變頻節(jié)能改造后，單臺投資的回收期僅為3.3 年，每年收益約為300 萬元，每年的維護費用僅為10 萬元左右[3]。因此，采用變頻器對給水泵進行節(jié)能改造的方式是可行的，且效果明顯。故決定采用變頻器來對煤電廠的給水泵進行節(jié)能改造。

2 改造方案分析

2.1 給水泵運行現(xiàn)狀

本文所研究的煤電廠共配置有3 臺容量為50%的電動給水泵。實際生產數據表明，該煤電廠給水泵的耗電量占據其發(fā)電量的2%，其耗電量卻占據所有設備耗電量的23%，對煤電廠發(fā)電成本的影響較大。因此，急需對該煤電廠的給水泵進行升級改造。本煤電廠所配置的給水泵型號為CHTC5，該給水泵屬于筒式多級離心泵，CHTC5 給水泵的關鍵參數如表1所示。

表1 給水泵關鍵參數

2.2 給水泵改造方案的確定

針對給水泵耗能嚴重的問題，本文基于變頻裝置提出兩套改造方案。

方案一：采用1 臺變頻器拖動1 臺給水泵的方式方案。其中，當機組負荷在230 MW 以上時，1 臺變頻調速泵和1 臺耦合器調速泵并行；當機組負荷在230 MW 以下時，1 臺變頻調速泵運行，另外2 臺液力耦合調速泵備用。同時，將給水泵的原液力耦合器更換為多功能液力耦合器，并在此基礎上配置相應的高壓變頻器和真空斷路器，為實現(xiàn)給水泵的變頻調速奠定基礎[4]。

方案二：在主給水泵變頻改造的基礎上，為避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，為其增加前置泵變速運行的方案。

綜合對比上述兩種方案，并通過計算可知，從理論上采用方案一對應的電能節(jié)約率可達15.67%，而方案二的電能節(jié)約率僅為12.24%，因此，決定采用一拖一的變頻方案進行改造。該煤電廠共配置有3臺額定容量為50%的給水泵，本次變頻改造的主要內容包括對前置泵的技術改造，對液力耦合器的技術、高壓變頻器的配套改造以及對高壓變頻器進線斷路器的改造。

3 給水泵的變頻技術改造及效果分析

對給水泵的變頻進行改造的核心是為其配置匹配的變頻器。除此之外，還需對相配套的液力耦合器、前置泵等展開對應性的技術改造。結合給水泵的工作狀態(tài)，為其配置變頻器的關鍵參數如表2 所示。

表2 變頻器關鍵參數

3.1 前置泵的技術改造

煤電廠前置泵的主要作用是解決汽輪機發(fā)電系統(tǒng)的汽蝕問題。在線路安排上，前置泵位于給水泵前端，即前置泵的出口壓力值為給水泵的入口壓力值。為有效解決汽蝕問題，前置泵仍然由原電機進行驅動，并通過變頻器實現(xiàn)其變頻調速運行。值得注意的是，前置泵在變頻調速運行時，要求將給水泵的最低轉速設置為3 000 r/min。

3.2 液力耦合器的技術改造

一般情況下，液力耦合器主要包括增速齒輪和相關的泵輪、渦輪、勺管、循環(huán)油系統(tǒng)。其中，增速齒輪的主要任務是將給水泵電機的額定轉速提升至滿足實際工況的運行轉速；其余的泵輪、渦輪、勺管、循環(huán)油系統(tǒng)的主要任務首先是由勺管對循環(huán)油進行調節(jié)，從而實現(xiàn)對液力耦合器中充油量的控制，繼而是對渦輪的轉速進行控制，最終實現(xiàn)對液力耦合器轉速的無級調速控制。給水泵變頻改造前后的組成對比如圖2 所示。

圖2 給水泵改造前后對比圖

為了適應給水泵變頻改造，結合現(xiàn)場實際情況和運行工況，對液力耦合器開展如下技術改造：

1）當給水泵變頻運行時，將液力耦合器的開口開到最大，此時液力耦合器充當聯(lián)軸器的作用。

2）理論上，當給水泵變頻運行后對應的電機轉速降低，會導致系統(tǒng)的油壓和油量不足。為了保證系統(tǒng)的正常運行，將液力耦合器原配置的油泵拆除，并為其配置單獨的油站，包括工作油泵和潤滑油泵。其中，要求潤滑油泵提供潤滑油的壓力＞0.25 MPa，潤滑油進油量＞360 L/min，工作油泵提供的工作油壓力＞0.25 MPa。

3）當系統(tǒng)中的變頻器出現(xiàn)故障或者在常規(guī)的檢修時間段內，系統(tǒng)可切換至工頻狀態(tài)下運行，此時液力耦合器為調速的核心。

3.3 給水泵變頻改造效果分析

為驗證本次變頻改造的效果，將改造內容具體實施于實際生產中，對改造前后不同工作負荷下給水泵電機功率進行對比，對比結果如表3 所示。

表3 給水泵電機變頻改造效果評估

從表3 可以看出，給水泵變頻改造后具有明顯的節(jié)能效果。

4 結語

給水泵在眾多煤電廠設備中的能耗所占比例較大，因此有效解決給水泵能耗過大問題是實現(xiàn)煤電廠節(jié)能運行的重要措施。通過采用變頻器對給水泵進行改造，并對其相匹配的液力耦合器和前置泵作出相應的技術改造后，具有明顯的節(jié)能效果，實現(xiàn)了煤電廠的節(jié)能運行，降低了其運行成本，提升了煤電廠的競爭力。