彭秀群
(河南永城神火鋁業(yè)有限公司發(fā)電廠,河南 永城 476600)
凝結(jié)水泵是發(fā)電廠重大輔機中主要耗電設(shè)備之一,在大型火電機組中,一般凝結(jié)水泵均采用一運一備的配置方案,最大限度地降低凝結(jié)水泵耗能是發(fā)電廠節(jié)能降耗的重要手段之一。為此,電廠的風機和水泵常采用變頻調(diào)速技術(shù),從而降低風機和水泵運行能耗。
河南永城神火電廠1×600MW機組采用東方汽輪機廠引進技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、純凝汽式汽輪機。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置兩臺 100%容量的立式凝結(jié)水泵,四臺低壓加熱器,一臺軸封冷卻器,一臺除氧器。凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水經(jīng)中壓精處理裝置除去凝結(jié)水中微量硅、銅、鐵和溶解鹽類后經(jīng)低壓加熱器加熱后送入除氧器以維持除氧器內(nèi)水位平衡。運行中凝結(jié)水經(jīng)過除氧器水位調(diào)節(jié)閥和低壓加熱器進入除氧器,運行中通過控制、調(diào)節(jié)凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥的開度控制除氧器內(nèi)的水位,調(diào)節(jié)線性度差、節(jié)流損失大、除氧器水位波動大。同時由于閥門長期處于較高壓差下運行,磨損較大;長期的頻繁操作易導(dǎo)致閥門可靠性下降,影響了機組的穩(wěn)定運行。在機組在滿負荷期間,凝結(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥開度一般在 45%~70%之間,閥門一直處在節(jié)流狀態(tài)下工作,節(jié)流損失大,特別是在低負荷時,凝泵出力保持不變,造成了資源浪費。通過對凝結(jié)水泵實施變頻調(diào)速控制,從而實現(xiàn)給水量的控制,改善了系統(tǒng)運行品質(zhì)和提高了可靠性,同時也節(jié)約了能源。
表1
我廠采用廣州智光電氣有限公司生產(chǎn)的ZINVERT型智能高壓變頻器對凝結(jié)水泵實施轉(zhuǎn)速控制。ZINVERT型智能高壓變頻器由以下四部分組成:旁路柜、變壓器柜、功率柜、控制柜。為了形成高壓 6kV電源,ZINVERT采用了功率單元堆波技術(shù)(電氣原理如圖1所示),即將多個功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加直接形成高壓輸出(如圖2所示),通過若干個功率單元的疊加可產(chǎn)生所需要的相電壓數(shù)值。此種高壓的形成原理實際是將標準交流波形進行階梯化等效,波形上階梯數(shù)越多輸出的諧波就越小,階梯數(shù)的個數(shù)取決于每相串聯(lián)的功率單元個數(shù)。
圖1 功率單元電氣原理圖
圖2 高壓形成原理圖
由于各功率單元的輸出電壓波形在疊加前已經(jīng)過移相處理,因此疊加后的輸出波形質(zhì)量好(如圖3所示),不存在諧波引起的電動機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動等特點,不必加裝輸出濾波器就可以用于普通異步電動機。并且電壓的跳變僅為單個功率單元直流電壓值,因此dv/dt小,對電機無傷害,可直接適應(yīng)于普通異步電動機的節(jié)能改造。
圖3 電壓波形輸出圖
1)當A凝泵變頻運行,B凝泵備用,切換至B凝泵工頻運行時,應(yīng)先將 A凝泵變頻器頻率升至50Hz,當A凝泵變頻電流達到工頻電流(或變頻轉(zhuǎn)速達工頻轉(zhuǎn)速)時,投入除氧器上水調(diào)門自動,水位穩(wěn)定后將QF2合閘工頻起動B凝泵;B凝泵電流穩(wěn)定后,按下變頻器停止,停A凝泵,分開變頻器進線開關(guān)QF。
圖4 一拖二凝結(jié)水泵電氣一次接線圖
2)當 A凝泵工頻運行,B凝泵備用,切至 B凝泵工頻運行時候,應(yīng)將QF2合閘起動B凝泵,待B凝泵電流穩(wěn)定后停運A凝泵,分開QF1。
3)當A凝泵變頻運行,B凝泵備用,切換至B凝泵變頻運行時,應(yīng)先操作(1),此時B在工頻運行,然后將J1分閘,工頻起動A凝泵(合上QF1)。待A凝泵電流穩(wěn)定后停運B凝泵,分開QF2。此時A凝泵處于工頻運行,再將J2合上,然后合上變頻器進行開關(guān) QF,起動變頻器,將變頻器頻率升至50Hz,當B凝泵變頻電流達到工頻電流(或變頻轉(zhuǎn)速達工頻轉(zhuǎn)速)時,水位穩(wěn)定后將QF1分閘,再將除氧器上水調(diào)門從自動改為手動,逐步調(diào)節(jié),待水位穩(wěn)定后投入變頻器自動調(diào)節(jié)(DCS根據(jù)水位或出口壓力自動調(diào)節(jié)變頻器頻率)。
4)當A凝泵工頻運行,B泵變頻備用狀態(tài),起B(yǎng)泵時,應(yīng)合上變頻器進行開關(guān)QF,起動變頻器,將變頻器頻率升至50Hz,當B凝泵變頻電流達到工頻電流(或變頻轉(zhuǎn)速達工頻轉(zhuǎn)速)時,水位穩(wěn)定后將QF1分閘,再將除氧器上水調(diào)門從自動改為手動,逐步調(diào)節(jié),待水位穩(wěn)定后投入變頻器自動調(diào)節(jié)(DCS根據(jù)水位或出口壓力自動調(diào)節(jié)變頻器頻率)。
1)A凝結(jié)水泵變頻起動頻率/電流/壓力對照表見表2。
表2
(續(xù))
因我廠屬自備電廠,正常情況下機組處滿負荷狀態(tài)運行,此時凝結(jié)水泵工頻運行時電流在 196A左右,變頻運行時電流在 165A左右。根據(jù)下面公式可知工頻運行與變頻運行每小時耗電差:
196×1.732×6.2×0.88-165×1.732×6.2×0.88=293度
電價按 0.56元/kWh計算,每小時節(jié)約費用0.56×293=164元
2)凝泵采用變頻運行后,除氧器上水調(diào)門全開,除氧器水位完全通過調(diào)節(jié)凝泵轉(zhuǎn)速控制,控制精度高,響應(yīng)快,水位波動小,有利于機組的穩(wěn)定運行。
3)延長設(shè)備壽命:使用變頻器可使電機轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化,沒有應(yīng)力負載作用于軸承上,延長了軸承的壽命。
4)減少了電機起動時的電流沖擊:電機直接起動時的最大起動電流約為額定電流的4~7倍;電機軟起動也要達到 2.5倍。觀察變頻器起動的負荷曲線,可以發(fā)現(xiàn)它起動時基本沒有沖擊,電流從零開始,僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升,不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝泵變頻運行解決了電機起動時的大電流沖擊問題,消除了大起動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力,大大降低日常的維護保養(yǎng)費用。
1)當頻率在 21.5~28.8Hz之間時,泵的震動最大,應(yīng)快速越過此區(qū)間頻率。
2)變頻運行時,當備用泵電機需要檢修,備用泵工頻電源開關(guān)下口地刀不允許合閘,檢修安全措施布置不完善。
3)操作復(fù)雜,易產(chǎn)生誤操作。
4)變頻器發(fā)熱嚴重,需專設(shè)空調(diào)以利于降溫。
5)變頻器屬于高精度電子元器件,對環(huán)境要求較高,需專設(shè)配電室。
實踐表明,凝結(jié)水泵使用變頻控制后凝結(jié)水系統(tǒng)控制性能良好,除氧器水位調(diào)節(jié)精度高,同時也減少了凝結(jié)水系統(tǒng)維護工作量。節(jié)能效果顯著,二氧化硫的排放量也得到降低。
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