韓靖

【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(dú)資建設(shè)的燃煤熱電廠，裝機(jī)容量為330MW×2，采用空冷技術(shù)，廠用電率設(shè)計(jì)值為9.35%。2010年兩臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，鍋爐給水配用3臺(tái)半容量電動(dòng)給水泵，單泵電機(jī)額定容量6300kW，運(yùn)行方式兩用一備，正常運(yùn)行中給水泵耗電約占廠用電的45%左右。鍋爐給水調(diào)節(jié)方式為電動(dòng)機(jī)定速，液力耦合器離合式調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，雖然比電動(dòng)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65%～100%之間，對(duì)應(yīng)存在著35%～8%左右的功率損耗。實(shí)踐證明，如果機(jī)組年平均負(fù)荷率在75%，給水泵有20%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(dòng)給水泵 變頻 改造

為落實(shí)國(guó)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6000可利用小時(shí)、平均負(fù)荷率76.7%計(jì)，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1276萬度，發(fā)電煤耗317g/kWh，折合標(biāo)煤約4045萬噸，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

用電動(dòng)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(duì)2號(hào)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(yùn)行現(xiàn)狀分析

六盤山熱電廠鍋爐給水系統(tǒng)配置3臺(tái)半容量液力耦合調(diào)速電動(dòng)給水泵，單臺(tái)水泵電機(jī)額定功率為6300kW，采用兩用一備的運(yùn)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)速電動(dòng)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(duì)于“定速泵+調(diào)節(jié)閥”的控制方式有著無級(jí)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)八十年代開始從國(guó)外引進(jìn)并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，一段時(shí)期內(nèi)廣泛應(yīng)用于200MW和300MW等級(jí)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，綜合效率相對(duì)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(shí)，如給水泵轉(zhuǎn)速在液耦輸出轉(zhuǎn)速的60%工作時(shí)，液耦的能量損耗可達(dá)到42%左右。而社會(huì)需求電量的方式?jīng)Q定了發(fā)電機(jī)組絕無可能始終維持在90%ECR以上負(fù)荷運(yùn)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(yùn)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：耦合器在運(yùn)行中，泵輪轉(zhuǎn)速要稍大于渦輪的轉(zhuǎn)速，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)速之比稱作液力耦合器的滑差，用S表示：

（1）

（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(dòng)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總是小于輸入功率，二者的比值就是耦合器的傳動(dòng)效率式中分別為容積效率、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(dòng)外殼間的間隙流出，而未流入渦輪，這就是容積損失。因容積損失相當(dāng)小，可忽略，則。

機(jī)械效率為工作輪輸入扭矩與輸出扭矩之比，其中：

（3）

（4）

為泵輪的機(jī)械效率，為渦輪的機(jī)械效率，為液壓效率。因此，式（2）可變?yōu)椋?/p>

（5）

比較式（2）、（5）得由于均趨于1，式（5）變?yōu)椋?/p>

（6）

耦合器傳動(dòng)效率約等于其傳動(dòng)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(dòng)比時(shí)傳動(dòng)效率高。但在較低轉(zhuǎn)速工作時(shí)傳動(dòng)效率很低。

2 部門提出改造方案及改造技術(shù)實(shí)施過程

2.1 通過方案討論確定

采用“給水泵電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、改液力耦合器為增速齒輪箱方案”。技術(shù)特點(diǎn)為增加給水泵電動(dòng)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軸，新增外置潤(rùn)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(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，變頻調(diào)節(jié)擬采用一拖一方式，即機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投運(yùn)兩臺(tái)變頻器調(diào)節(jié)給水泵，另一臺(tái)給水泵采用工頻備用方式。前置泵經(jīng)核算在給水泵電機(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(yùn)行，將前置泵與給水泵電動(dòng)機(jī)分離，增裝一臺(tái)1490rpm、功率匹配的定速電動(dòng)機(jī)。液力耦合器潤(rùn)滑油泵需要外掛，增配恒速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(shí)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(tái)；（2）給水泵2臺(tái)；（3）液力耦合器輔助油泵；（4）液力耦合器潤(rùn)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(tái)（需換新泵軸）；（2）液力耦合器2臺(tái)（拆除工作油系統(tǒng)）。

2.4 新增設(shè)備

（1）7900kVA高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)2套（包括旁路柜）；（2）前置泵電動(dòng)機(jī)2套；（3）外掛潤(rùn)滑油泵2套。

2.5 新增設(shè)計(jì)和項(xiàng)目

（1）前置泵電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)；

（2）前置泵電氣系統(tǒng)；

（3）液力耦合器傳動(dòng)系統(tǒng)；

（4）液力耦合器潤(rùn)滑油系統(tǒng)；

（5）外掛潤(rùn)滑油泵及管道系統(tǒng)；

（6）外掛潤(rùn)滑油泵電氣系統(tǒng)；

（7）DCS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，RB和自動(dòng)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 改造成果經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 項(xiàng)目技術(shù)目標(biāo)及技術(shù)水平評(píng)價(jià)

電泵變頻節(jié)能改造了A、B兩臺(tái)運(yùn)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(yùn)行方式下由A、B泵運(yùn)行，C泵熱備用，運(yùn)行泵事故情況下，C泵經(jīng)熱控邏輯控制執(zhí)行“搶水”運(yùn)行。

A、B電泵變頻改造后均實(shí)現(xiàn)一次啟動(dòng)成功，泵組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)靈敏，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，A泵電機(jī)電流平均下降151A，最高下降172A，B泵電機(jī)電流平均下降155A，最高下降178A，綜合節(jié)電率達(dá)到26.55%，超過預(yù)期節(jié)電率。

3.2 項(xiàng)目財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

六盤山熱電廠#2機(jī)組10月10日至10月14日進(jìn)行性能試驗(yàn)與泵組改造前后參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，泵組年均運(yùn)行小時(shí)參考2012年按8000小時(shí)計(jì)算，預(yù)計(jì)年節(jié)電量可達(dá)1795.26萬kWh，折算標(biāo)煤約6122噸（按照供電煤耗341g/kWh計(jì)算），年節(jié)約電費(fèi)536.1萬元（按照六盤山熱電廠上網(wǎng)電價(jià)0.2986元/kWh）。

計(jì)算方法及依據(jù)如下：

計(jì)算方法：修前電泵電動(dòng)機(jī)輸入功率-修后電泵輸入功率-前置泵電機(jī)輸出功率-泵組其余附屬設(shè)備功耗。

數(shù)據(jù)依據(jù)：#2機(jī)組A級(jí)檢修前后，均委托寧夏電科院進(jìn)行了#2機(jī)組性能試驗(yàn)，根據(jù)改造前后不同運(yùn)行負(fù)荷實(shí)際截圖情況對(duì)比，節(jié)電降耗成效明顯。

4 項(xiàng)目環(huán)境和社會(huì)效益評(píng)價(jià)

環(huán)境效益：電泵變頻投后，電泵機(jī)組運(yùn)行噪音明顯降低，并且節(jié)約了的不可再生資源—煤炭，減少了環(huán)境污染。

社會(huì)效益：電泵變頻投運(yùn)后節(jié)約了煤炭資源，減少了污染物的排放。

參考文獻(xiàn)

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