火电厂给水泵调速系统变频改造.pdf

第二 十一卷 第一期 安徽 电气工程职业技术学院学报 2 0 1 6年 3月 Vo 1 ． 2 1 ， N o ． 1 J O U R N A L O F A N H UI E L E C T R I C A L E N G I N E E R I NG P R O F E S S I O N A L T E C H NI Q U E C O l L E G E Ma r c h 2 0 1 6 火 电厂 给水 泵调速 系统 变频 改造 林 森 ，阮柏松 ，张传贵 ，李大为 ，李敬 兆 安徽 理工大学 ，安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘 要 以潘三 电厂 的给水 泵调速 系统 变频 改造 为例 ， 对 改造 的 必要 性 及 实施 方案进 行介 绍论 述。改造完成后 ， 在对运行参数进行 比对分析 的基础上， 从经济性 角度对改造效果进行 了评 价 ， 充分说明给水泵调速 系统变频改造作为一种安全可靠的节能降耗技术值得推广应用。 关 键词 给水 泵 ； 变频 器 ； 节 能 中图分类 号 T M6 2 1 ． 7 文 献标识 码 B 文章 编号 1 6 7 2 ． 9 7 0 6 2 0 1 6 0 1 0 0 9 5 0 4 Co n v e r s i o n Te c h no l o g y Re f o r m o n Sp e e d Re g u l a t i o n S y s t e m o f Bo i l e r Fe e d wa t e r Pu m p i n He a t - Eng i ne Pl a nt e n，RU AN Ba i s o n g，ZHANG Ch u a n gu i ，L I Da we i ，L I rin g z h a o An h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y，Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g t h e r e f o r m o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y o n s p e e d r e g u l a t i o n s y s t e m o f b o i l e r f e e d wa t e r p u mp i n P a n s a n p o we r p l a n t a s a n e x a mp l e，t h e n e c e s s i t y a n d i mp l e me n t a t i o n p l a n o f r e f o r m a r e i n t r o d u e e d．Afte r t h e r e n o v a t i o n，f r o m a n e c o n o mi c p o i n t o f v i e w ，t he e f f e c t o f t h e r e f o r m i s e v a l u a t e d o n ． t h e b a s i s o f th e a n a ly s i s o f th e o p e r a t in g p a r a m e t e r s ． I t i s p r o v e d t h a t t h e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n o f t h e w a j t e r s u p p l y p u mp s p e e d c o n t r o l s y s t e m i s a s a f e a n d r e l i a b l e e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g y ． 1 Ke y w o r d s f e e d w a t e r p u m p ；i n v e r t e r ；e n e r g y c o n s e r v a t i o n l _ l l⋯{ 0 前 言 目前 ， 单机容量 3 0 0 MW 以下的火力发电机组普遍采用电动给水泵组 为锅炉提供补给水。由于 电 动给水泵压力高 、 流量大， 其耗电量巨大 ， 是机组 中最大的耗电辅机设备。受用 电需求增加缓慢 、 发电机 组大规模增加两方面因素影响 ， 火 电厂平均负荷率不断降低 ， 2 0 1 4年安徽省许多火电机组平均负荷率 仅能达到 6 0 ％。采用传统的液力耦合器方式进行转速调节的电动给水泵长期处于低效 区域运行 ， 能耗 损失巨大。淮南矿业集团潘三电厂通过进行给水泵调速系统变频改造 ， 利用高压变频调节技术实现汽 轮机组给水泵调节取代 了液力耦合器调节 ， 节能降耗效益显著。 1 潘三 电厂给 水泵组 简介 潘 三 电厂现有 21 5 0 MW 汽轮发 电机 组 ， 每 台机组 按 21 0 0 ％ 额定容 量 配 置 电动 给水 泵 组 。泵 组 由主给水泵 包括其前置泵 及其液力偶合器 、 电动机构成 ， 其 中主给水泵 向锅炉连续供水并 向锅炉过 热器 、 再热器及汽轮机高压旁路提供减温水 ， 前置泵提高本组主给水泵人 口的压头 ， 满足其必需 的净正 吸入水头 ， 液力偶合器通过调整电动机与主给水泵 的转速 比以调节泵的出力 。给水泵组采用 1运 1 收稿 日期 2 0 1 5 1 1 0 3 作者简介 林 森 1 9 8 4 一 ， 男， 安徽 蚌埠人 ， 工程师 ， 淮南矿业集 团电力有 限责任 公 司生产技 术部 副部 长 ， 现 为安徽 理 工大学电气与信 息工程 学院在职研 究生。E - m a i l 1 5 6 6 1 3 4 7 4 q q ． c o rn 95 安徽 电气工程 职业技术学 院学报 第 二十一卷第一期 备的运行方式 ， 通过锅炉给水调节门及液力偶合器调节进入锅炉水量 ， 其系统结构如图 1所示 。给水泵 组相关参数见表 1 。 图 1 给水 泵组设备布置图 表 1 给水 泵组性能参数表 给水泵 电动机 项 目 单位 设计数据 项 目 单位 设 计数据 型 号 F K5 G 3 2 M 型 号 YK3 2 0 02 出水 流量 t ／ h 5 3 5 额 定功率 k W 3 2 0 0 扬程 m 1 7 5 0 额定电压 k V 6 转速 r ／ mi n 4 7 3 1 额定电流 A 3 5 6 出水压力 MP a g l 7 ． 6 3 同步转速 r ／ m i n 2 9 8 5 轴功率 k W 2 9 0 6 给水泵前置泵 液力偶合器 项 目 单 位 设计数据 项 目 单 位 设计数据 型 号 Q G 5 0 08 O 型号 C O 4 6 0 出水 流量 t／ h 5 5 7 额定输 入／ 输 出转 速 r ／ ra i n 2 9 8 5 ／ 4 6 4 O 扬程 m 7 6 额定输 出功率 k W 3 2 0 0 转 速 r ／ rai n 2 9 8 5 调速范 围 ％ 2 5～1 O O 出水压力 MP a g 1 ． 3 2 变频 改 造 的 必要 性 制造厂的相关研究资料表明 液力偶合器 的效率等于其实际运行输 出转速与额定转速之 比。由于 液力偶合器 的额定转速都是和给水泵 的最大出力相配套的， 就液力偶合器本身而言， 处于高转速 比下工 作才能获得最高的效率 。但设计上给水泵 的最大 出力为锅炉最大连续蒸发量的 1 1 0 ％ ， 高于机组的额 定 出力需要 ， 同时正常运行中机组由于负荷分配和调峰等因素影响 ， 偶合器经常偏离额定负荷运行 ， 年 平均负荷率一般在 6 5 ％ ～ 7 5 ％。观察 图 2中的液力偶合器效率 曲线 ， 可以清楚地看到即便液力偶合调 速给水泵能够利用转速调节方式控制给水量 ， 但在变负荷工况下 ， 尤其在低 负荷如给水泵转速在 6 9 ％ 时能量损耗就达到 6 0 ％左右。 ● ● 啦 ● 9 6 O 图 2 某 电厂偶合器 转速一 效率 曲线 林森 ，阮柏松 ，张传贵 ，李大为 ，李敬兆 火电厂给水泵调速系统变频改造 潘三电厂 2 0 1 4年平均负荷率为 7 0 ％左右， 可以看 出给水 泵采用液偶 调速的运行方式运行经济性 较差 。尽 管不 同型式 和不 同配置 的 主给水 系统 都能 满 足热 电厂 的运 行需 要 ， 但 作 为 电厂 的重 要 辅 机 系 统 ， 利用高压变频调节技术实现汽轮机组给水泵调节， 取代液力耦合器调节， 存在以下优点 给水泵 电动机实现了真正的软启动、 软停车， 变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流， 峰值 电流和峰值时间大为减少 ， 可消除对电网和负载的冲击 ， 避免产生操作过 电压而损伤 电机绝缘 ， 延长了 电动机和水泵的使用寿命 。 变频器设置共振点跳转频率 ， 可以避免水泵处于共振点运行 的可能性， 使水泵工作平稳 ， 轴承磨损 减少 ， 启动平滑， 消除了机械的冲击力 ， 提高了设备 的使用寿命。 由于低负荷下转速降低 ， 减少了机械部分的磨损和振动 ， 延长了设备检修周期 ， 可节省大量的检修 费用 。 给水泵是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机 ， 提高水泵运行效率 ， 降低水泵的电耗 ， 对于降低厂 用电率 ， 提高电厂经济效益有明显的效果 。 3 变频 改造 方 案 3 ． 1 给水 泵变频改造基本原理 电动机变频调速是利用变频装置作为变频 电源， 通过改变异步电动机定子的供 电电源频率 _厂 ， 使同 步转速 n 1 变化 ， 从而改变异步电动机转速 n ， 实现调速 的 目的。其原理是 对于水泵来说 ， 流量 Q与转 速 n成正比， 扬程 日与转速 n的二次方成正 比， 而轴功率 P与转速 n的三次方成正比 ， 它们之间的关 系变 化 见表 2 。 表 2 给水泵变频运行节能 比较表 上表可看出， 用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的， 当所需流 量减少 ， 水泵转速降低时 ， 其电动机的所需功率按转速的三次方下降。 3 ． 2给 水 泵 变频 改 造 实施 方 案 给水泵变频改造主要分为三个部分 一 是对液力偶合器油系统进行改造。将液力偶合器改造成多功能液力偶合器 ， 在保留液力偶合器 调速功能的基础上 ， 增加液力偶合器的增速齿轮箱输出功能。通过这一改造液力偶合器具备 了两种功 能 ， 一是工频运行时的液力偶合器 的调速功能 这是原来 就有 的 ； 二是变频运行 时 将勺管 固定在 1 0 0 ％位置 的增速齿轮箱输出功能 这是改造后新增的 。两种功能可以通过勺管进行切换。有了这 两种功能， 配套相应的变频器等电气设备 ， 就可以通过切换实现给水泵变频运行。 二是电气 回路改造。在对液力偶合器进行改造 的基础上 ， 通过增加一台与给水泵电动机配套的高 压变频器和断路器开关实现两台电动给水泵 的变频调速 一拖二方式 。电动给水泵实现变频一拖二 的办法是 选配一台变频器， 从两台电动给水泵断路器负荷侧与变频器电源侧配置两个 断路器 ， 变频器 输出侧配置两个断路器 ， 分别与两台给水泵电动机输人端工频并接 ， 实现通过切换 偶合器调速方式也 随之相应切换 的变频一拖二运行方式。采用这种接线方式既便于给水泵 的定期切换运行 ， 又便于互 相备用。正常运行方式为变频调速泵运行 ， 液力偶合器调速泵备用 ， 两 台泵可定期 自动切换变频调速运 行 。接线图见图 3 。 97 安徽电气工程职业技术学院学报 第二十一卷第一期 母线 肆线 图 3 电动给水泵变频改造 电气一次 系统图 三是控制系统改造。将变频器的接 口与原来的 D C S连接起来 ， 把相关 的控制端子引入到控制室 ， 满足远方操作控制 的要求 。同时增加新增液偶油泵控制 回路。 4 变频 改造 后 的运 行 效 果 变频改造完成后 ， 潘三电厂对节能效果进行 了变负荷的节能性能效果试验 。在外部运行工况及设 备状态基本一致的情况下 ， 对工频及变频运行两种方式下给水泵 电机电流进行了比较 ， 发现给水 自动变 频方式节能效果明显优于液偶方式 。详见表 3 。 表 3给水泵工频／ 变频运行经 济性 对比表 负荷 MW 1 3 O l 2 5 1 2 0 1 1 5 1 1 0 1 0 5 l O 0 9 5 9 0 平均值 电流 变频方式 2 3 0 2 l 5 2 0 O 1 8 5 1 7 0 l 5 O l 4 5 1 3 5 1 2 0 工频方式 3 O 0 2 8 5 2 7 0 2 6 0 2 5 5 2 4 5 2 3 5 2 2 0 2 0 5 A 节约 电流 7 0 7 0 7 0 7 5 8 5 9 5 9 0 8 5 8 5 8 0 节 电率 ％ 3 0 3 3 3 5 4 1 5 0 6 3 6 2 6 3 7 1 5 0 根据 上 表可 知 ， 给泵 变频 运行 后平 均 节约 电 流约 8 0 A， 按机 组 年运行 小 时数 4 5 0 0小 时 ， 电压6 ． 3 k V， 功率 因数 0 ． 9 5计算 ， 一年节约厂用 电量 q1 ． 7 3 2 U l c o s g h 3 7 3 ． 1 8万 k Wh 按上 网电价 0 ． 4 2元／ 度计算 ， 一年节约成本 1 5 7万元 。 5 结 语 变频改造完成后 ， 经过近一年的连续运行 ， 给水泵泵组运行十分稳定 ， 完全能满足现场的生产要求 ， 机组厂用 电率下降约 0 ． 4 ％ ， 设备运行 的安全可靠性及经济性得到极大提高。由此证 明， 随着技术的进 步 、 设备可靠性的提高及控制手段的优化 ， 给水泵这一火电厂生产运行 的核心辅机在节能降耗 、 挖潜增 效方面的空间是巨大的。希望本文能为同类型的电厂提供有益 的参考 与借鉴 ， 使这项节能技术能够创 造更大的经济效益及社会效益。 参考文献 [ 1 ]林灿铭 ， 陈暖文． 给水泵变频改造应用实例 [ J ] ． 广 东电力， 2 0 1 0， 2 3 3 7 6 - 7 8 ． [ 2 ]谭世海 ， 熊隽迪 ， 李忠芬 ， 等． 变频技 术在给水 泵节能改造 中的应 用[ J ] ． 电机 与控 制应用 ， 2 0 1 0 ， 3 7 2 3 4 3 6 ． [ 3 ]林永祥 ， 吴广 臣， 翟宿伟． 给水泵变频改造 电气方案的优化[ J ] ． 中国科技信息， 2 0 1 4 7 1 8 2 1 8 3 ． [ 责任编辑 薛宝] 9 8