電動給水泵變頻改造與節(jié)能分析

1、節(jié)能環(huán)保與生態(tài)建設(shè) C ~ n a S c i e n c e & T e c h n o l 。 g Y O v e r v i e w電動給水泵變頻改造與節(jié)能分析 韓靖 ( 中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公 司六盤 山熱 電廠， 寧夏固原 7 5 6 0 0 0 )【 摘 要】 寧夏六盤山熱電廠是中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司獨資建設(shè)的燃煤熱電廠， 裝機(jī)容量為3 3 0 MW X 2 ， 采用空冷技術(shù)， 廠用電率設(shè)計值為9 ． 3 5 ％。

2、2 0 1 0 年兩臺機(jī)組投入商業(yè)運行， 鍋爐給水配用3 臺半容量電動給水泵， 單泵電機(jī)額定容量6 3 o 0 k w， 運行方式兩用一務(wù) 正常運行中給水泵耗電約占廠用電的 4 5 ％左右。 鍋爐給水調(diào)節(jié)方式為電動機(jī)定逸 液力耦合器離合式調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速， 雖然比電動機(jī)定速閥門節(jié)流調(diào)節(jié)能耗低但液力耦合器的滑差功耗隨著轉(zhuǎn) 速下降而反比增加， 在機(jī)組負(fù) 荷6 5 ％一 1 0 o ％之間， 對應(yīng)存在著3 5 ％～8 ％左右的功率損耗。 實踐

3、證明， 如果機(jī)組年平均負(fù)荷率在7 5 ％， 給水泵有2 O ％左右的節(jié) 能空 間。 本文論述 了進(jìn) 一步節(jié)能技 術(shù)改造過程?！?關(guān)鍵詞】電動給水泵 變頻 改造 為 落實國家提 出的節(jié)能減排政策 ， 提高企業(yè) 的經(jīng)濟(jì)效益 ， 促進(jìn) 可持續(xù)發(fā)展 ， 若按年6 0 0 0 可利用小時 、 平均負(fù)荷率7 6 ． 7 ％計 ， 根據(jù)鍋 爐各工況給水泵液調(diào)改變頻節(jié) 電率綜合估算 ， 全年可節(jié) 電約 1 2 7 6 萬 度 ， 發(fā) 電 煤耗3 1 7

4、 g ／ k Wh ， 折合 標(biāo)煤約4 0 4 5 萬噸 ， 經(jīng)濟(jì)效益十分明顯 。用 電動機(jī)變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速技術(shù)替代液力耦合器調(diào)速 ， 對2 號機(jī)組 給水泵 的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改造是必要 的。1設(shè)備運行現(xiàn)狀分析 六盤 山熱 電廠鍋爐給水系統(tǒng)配置3 臺半容量液力耦合調(diào)速電動 給水泵 ， 單 臺水泵 電機(jī)額定功率為6 3 0 0 k W， 采用兩用一備的運行方 式 。1 ． 1 給 水 泵液 力耦 合 器調(diào) 節(jié) 存在 滑 差 功耗 液力耦合調(diào)速 電

5、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 ， 我國在上個 世紀(jì)八十年代開始從國外引進(jìn) 并逐步實現(xiàn)國產(chǎn) 化 ， 一段時期內(nèi)廣泛應(yīng)用于2 0 0 MW和3 0 0 MW等級的機(jī) 組中， 但液力 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 ， 因此其調(diào)速轉(zhuǎn)換效率隨著 轉(zhuǎn)速 降低而下降 ， 綜

6、合效率相對較低 。 圖1 中的液力耦合器效率曲線 表明了液力耦合器的這種轉(zhuǎn)換特性， 從 圖中可以清楚地看到即便液 力耦合給水泵能夠利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式控制給水量 ， 但在變負(fù)荷工況 下 ， 尤其在低負(fù)荷時 ， 如給水泵轉(zhuǎn)速在液耦輸出轉(zhuǎn)速的6 0 ％工作時 ，液耦的能量 損耗可達(dá)到4 2 ％左右。 而社會需求 電量的方式?jīng)Q定 了發(fā) 靛事 ·1 ． OO． 90． 8O． 7O． 6O． 5 O． 4O． 3 O． 2圖 1液 力耦合

7、器調(diào)速和變頻調(diào)速的效率 對比 轅 出轉(zhuǎn) 遣 比電機(jī)組絕無可能始終維持在9 0 ％E C R 以上 負(fù)荷 運行。 因此 ， 在技術(shù) 可行且不產(chǎn)生安全隱患的前提下降低 電泵運行 電 耗是 十分必要的 。1 ． 2液力耦合器效率特 性分析 液耦效 率 t 7 o ： 耦 合器 在運行中 ， 泵輪轉(zhuǎn) 速，要稍大于 渦輪的 轉(zhuǎn)速扎 r ， 只有這樣泵輪出 口油壓才能高于渦輪人 口油壓 ， 從 而完成 扭矩傳遞 。 泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之

8、比稱作液力耦合器的 滑差 ， 用S 表示 ：S 一( n s 一， l r ) ~ r i mT l o=' ， 叩 mJ l( 2 )液力耦 合器 在工作過程中的能量損 失主要是液體在工作腔 內(nèi)的流動損失和進(jìn)人工作輪入 口 處的沖擊損失、 工作 輪與空氣的摩擦 損失， 以及軸 承、 密封 、 齒 輪齒 等的機(jī) 械損 失 ， 因此液力耦合器 的輸 出功率P 2 總是小于輸入功率 ， 二者的比 值就是耦合器的傳動效率 式中、

9、9; 7 m、分 別為容積 效率 、 機(jī)械效率和液力效率 。 從泵 輪 中流出的工質(zhì) ， 有很少一部分通過工作輪之 間的軸 向間隙直接流向泵輪入 口以及從渦輪與轉(zhuǎn)動外殼間的間隙流 出， 而未流人 渦輪， 這 就是容積損失 。 因容積損失相 當(dāng)小 ， 可忽 略， 則 一1 。機(jī)械 效率 刁 m為工 作輪輸入 扭矩 與輸 出扭 矩之 比， 其 中：‰一= 等㈤n ^’ - _ _ _ _ _ l - _ _ _ - · _ - _

10、 _ _ _ _ - -_ _ 一 = 。 - j， 1 、m原 動 機(jī) 對 泵 輪 的 輸 入 扭 矩 ^ ， 置，． ． 蔫輪輸出扭姬腳 t ， m菊爵 麗菥 ( 4 )r ／ a , n 為泵 輪的機(jī) 械效率 ， r ／ r ． 為渦輪的機(jī)械效率 ， 7 7 h 為液壓 效率 。 因此 ， 式( 2 ) 可變 為 ：。 刀‘ r ／ r r a‘( 5 )比 較 式 ( 2 ) 、 ( 5 ) 得一t } 日·

11、 f i r m ，蓋由 于、 l }均 趨 于1 ， 式( 5 ) 變 為 ：t 7 ， I( 6 )耦合器傳 動效率約 等于其傳動轉(zhuǎn)速 比。 圖2 是液力耦 合器效率 特性 曲線 ， 可 以看出液力耦合器工作在高傳動 比時傳動效率高 。 但 在較低轉(zhuǎn)速工作時傳動效率很低 。2部門提 出改造 方案及改造技術(shù)實施過程 2 ． 1通過 方案 討 論確 定 采用 “ 給水泵 電動機(jī)變頻調(diào)速、 改液力耦合器為增速齒 輪箱 方 案” 。 技術(shù)特

12、點為增加給水泵 電動機(jī) 高壓變頻器 ， 取消液力耦合器泵 輪 、 渦輪和渦 輪套 ， 用鼓形齒聯(lián)軸器柔性聯(lián)接小齒 輪泵輪軸與渦輪 作者 簡介： 韓靖( 1 9 8 2， 男， 河南， 大學(xué)本科， 工程師， 工作單位： 中 鋁 寧夏能源集團(tuán)有限公司六盤 山熱電廠電控維修部， 研 究方向： 電氣 自 動化 。42 0 15 年 2 月 下第 o 4 期總 笫 2 0 8 期C h i n aS c i e n c e & T e c

13、 h n o l 。 g Yo v e r v i e w節(jié)能環(huán)保與生態(tài)建設(shè) 圖 2液力耦合器效率 軸 ， 新增外置潤 滑油泵 ， 保 留輔助油泵 ， 封 閉液力耦合器 工作油系 統(tǒng) ， 取消 工作 油冷 油器 ， 給水 泵應(yīng) 用高壓 變頻器 調(diào)速 。給水泵原工作方式為兩臺運行一 臺備用 ， 變頻調(diào) 節(jié)擬采用一拖 一 方式 ， 即機(jī)組正常運行 時投運兩 臺變頻 器調(diào) 節(jié)給水泵 ， 另一 臺給 水泵 采用工頻備用方式。 前置泵 經(jīng)核算在給

14、水泵 電機(jī)最低調(diào)頻轉(zhuǎn)速 下仍 能滿足給水泵必需汽蝕余量的要求 ， 但為了進(jìn)一步保證給水泵 的安全運行 ， 將前置泵 與給水泵 電動機(jī)分離 ， 增裝一 臺1 4 9 0 r p m、 功 率 匹配的定速 電動機(jī) 。 液力耦合器 潤滑油泵需要外掛 ， 增 配恒 速驅(qū) 動電動機(jī) 。 在滿足 給水泵 輸入功 率不變的情況下 ， 通 過變 頻器 改變 電機(jī) 轉(zhuǎn)速 來實現(xiàn)給水泵節(jié)能 目的 。2 ． 2保 留設(shè) 備 ( 1 ) 給水泵 電機(jī)2 臺 ，

15、 ( 2 ) 給水泵2 臺 ， ( 3 ) 液力 耦合器輔助油泵 ( 4 )液力耦合器 潤滑油系統(tǒng)及冷油器 。2 ． 3改 造設(shè) 備 ( 1 ) 給水泵前置泵2 臺( 需換新泵軸) ； Q) 液力耦合器2 臺( 拆除工作 油 系統(tǒng)) 。2 ． 4新 增設(shè)備 ( 1 ) 7 9 0 0 k V A 高壓變 頻調(diào) 速系統(tǒng)2 套( 包括旁路柜) ， ( 2 ) 前置泵 電動機(jī)2 套 ， ( 3 ) 外掛潤 滑油泵2 套 。2 ． 5新增

16、設(shè) 計 和項 目( 1 ) 前置泵 電動機(jī)基 礎(chǔ) ；( 2 ) 前置泵電氣系統(tǒng)；( 3 ) 液力耦合器傳動 系統(tǒng) ，( 4 ) 液力耦 合器潤滑 油系統(tǒng) ；( 5 ) 外掛潤滑油泵及管道系統(tǒng) 。( 6 ) 9 b 掛潤滑油泵 電氣系 統(tǒng) ；( 7 ) D C S 控制邏輯( 新增鍋爐水位控制流量變頻調(diào)節(jié) 回路 ， 修改 給水泵并列 ／ 解列切換 ， R B 和 自動聯(lián)鎖 等功能) ；( 8 ) 變頻調(diào) 速系統(tǒng)防塵 電氣室及冷卻系統(tǒng) 。3

17、改造成果經(jīng)濟(jì)性分析 3 ． 1 項 目 技 術(shù) 目標(biāo)及 技 術(shù) 水 平評 價 電泵變頻節(jié)能改造了A、 B 兩 臺運行泵 ， C 泵作為備用泵( 取A、 B兩段廠用 電供 電) 保 留了液力偶合器 調(diào)速方式 ， 正常運 行方式下 由A 、 B 泵運行， C 泵熱備用， 運行泵事故睛況下， C 泵經(jīng)熱控邏輯控制執(zhí) 行“ 搶 水” 運行 。A、 B 電泵變頻改 造后均實現(xiàn)一 次啟動成功 ， 泵 組設(shè)備運行 穩(wěn) 定 ， 調(diào)節(jié)靈敏 ， 達(dá)到設(shè)計預(yù)

18、期 ， A 泵 電機(jī) 電 流平均下降1 5 1 A， 最高下降 1 7 2 A， B 泵 電機(jī)電流平均下降1 5 5 A ， 最高下降1 7 8 A， 綜合節(jié) 電 率達(dá)到 2 6 ． 5 5 ％ ， 超過預(yù)期 節(jié)電率。3 ． 2項 目財務(wù) 經(jīng)濟(jì)效益評價 六盤 山熱 電廠#2 機(jī) 組l 0 月1 0 日 至 1 0 月1 4 日 進(jìn)行性能試驗與泵 組改造前后參數(shù)統(tǒng)計分析 ， 泵組年均運行小 時參考2 0 1 2 年按 8 0 0 0 4

19、~時計算， 預(yù)計年節(jié)電 量可達(dá)1 7 9 5 ． 2 6 7 Y k Wh ， 折算標(biāo)煤約6 1 2 2 噸( 按照 供電煤耗3 4 1 g ／ k Wh 計算) ， 年節(jié)約電費5 3 6 ． 1 萬元( 按照六盤山熱電廠上網(wǎng) 電價0 ． 2 9 8 6 元 ／ k Wh ) 。計算方法及依據(jù)如下 ：計算方法： 修前電泵電動機(jī)輸入功率一 修后電泵輸入功率一 前 置泵 電機(jī) 輸出功率一 泵組其余 附屬設(shè)備功耗 。數(shù)據(jù)依據(jù) ： # 2 機(jī)組

20、A 級檢修前后， 均委托寧夏 電科院進(jìn)行了# 2機(jī)組性 能試驗 ， 根據(jù) 改造 前后不同運行負(fù)荷實際截 圖情 況對 比， 節(jié) 電降耗成效 明顯 。4項 目環(huán)境和社會效益評 價 環(huán)境效益 ： 電 泵變頻投后 ， 電 泵機(jī)組運行噪音 明顯降低 ， 并且節(jié) 約 了的不可再生資源一煤炭 ， 減少 了環(huán)境污染 社 會效益 ： 電泵變頻投運 后節(jié) 約了煤炭資源 ， 減少了污染物的 排放 。參考文獻(xiàn) [ 1 ] 馬洪波． 2 2 0 M W 機(jī)組 電