變頻器在電廠工業水泵上的節能應用

摘要：簡述水泵變頻調速節能原理，對某電廠工業水泵采用變頻調速節能改造的措施和取得的節能效益進行分析，揭示了水泵采用變頻調速裝置進行節能改造具有很大的實踐空間。

關鍵詞：泵類負載 工業水泵 變頻調速 節能

0 引言

在熱電廠中，機組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環水泵和凝結水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、工業水泵、消防水泵和補給水泵等。這些水泵數量多，總裝機容量大：50MW火電機組的主要配套水泵的總裝機容量為6430KW，占機組容量的12.86％；100MW機組為10480kW／，占10.48％；200MW機組為15450KW，占7.73％。100MW機組主要配套水泵的總耗電量約占全部廠用電量的70％左右。由此可見，水泵確實是火力發電廠中耗電量最大的一類輔機。因此，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。國外火電廠的風機和水泵已紛紛增設調速裝置，而目前我國火電廠中除少量采用汽動給水泵，液力耦合器及雙速電機外，其他風機和水泵基本上都采用定速驅動。這種定速驅動的泵，由于采用出口閥，風機則采用入口風門調節流量，都存在嚴重的節流損耗。尤其在機組變負荷運行時，由于風機和水泵的運行偏離高效點，使運行效率大大降低，結果是白白地浪費掉大量的電能，已經到了非改不可的地步。

1 泵類負載的流量調節方法及原理

泵類負載通常以輸送的液體流量為控制參數，為此目前常采用閥門控制和轉速控制兩種方式。

1.1 閥門控制 這種方法是借助改變出口閥門的開度大小來調節流基的，其實質是通過改變管道中流體阻力的大小來改變流量的。因為泵的轉速不變，其揚程特性曲線H-Q保持不變，如圖1所示

當閥門全開時，管阻特性曲線R1－Q與揚程特性曲線H－Q相交于點A，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關小閥門，管阻特性曲線變為R2－Q，它與揚程特性曲線H－Q的交點移到點B，此時流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為△Hb=Hb-Ha。于是產生了陰線部分所示的能量損失：△Pb=AHb×Qb。

1.2 轉速控制 借助改變泵的轉速來調節流量，這是一種先進的控制方法。轉速控制的實質是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。因為只是轉速變化，閥門的開度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉速時的揚程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交于點A，流量為Qa，出口揚程為Ha。

當轉速降低時，揚程特性曲線變為Hc－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點將下移到C，流量變為Qc。此時，假設將流量Qc控制為閥門控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門控制方式相比壓頭降低了：△Hc=Hb-Hc。據此可節約能量為：△Pc=AHc×Qb。與閥門控制方式相比，其節約的能量為：P=△Pc-APb=fAHc-△Hb)×Qb。

將這兩種方法相比較可見，在流量相同的情況下，轉速控制避免了閥門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時，轉速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個比閥門控制小得多的，得以充分利用的功率。而且隨著轉速的降低，泵的高效率區段將向左方移動。這說明，轉速控制方式在低速小流量時，仍可使泵機高效率運行。

2 國內某熱電廠工業水泵運行狀況及變頻改造措施

國內某熱電廠有3臺工業水泵，3臺水泵并列在工業水母管上，生產過程中為全廠提供生產工藝制水水源、全廠輔機軸承冷卻水、發電機組空冷器、冷油器用水、鍋爐淋渣水、全廠生活用水等等。隨著用水成本的逐步上升，該廠將全廠輔機軸承冷卻水、鍋爐淋渣水、甚至是發電機組空冷器、冷油器用水(在室外氣溫較低時)都改成了由機組循環冷卻水來代替，全廠的用水量大大降低，在機組負荷較低時開一臺工業水泵也會造成工業水母

管超壓，該廠化學分場的運行人員不得不采取水泵出口閥節流的方式運行，但由于工業水泵離運行人員工作場所很遠，工業水母管壓力變化較頻繁時，運行人員就會就近開啟化學車間的工業水泄壓閥來調整工業水母管壓力，這樣的調整方式不僅使運行人員勞動強度大，而且浪費了大量的水資源和電能。

在隨后的技改工程中，采用變頻器配合壓力變送器實現恒壓供水的改造方案徹底解決了工業水壓力調整的問題，具體改造方案如圖3

原水泵電機功率185KW，采用自耦變壓器降壓啟動來降低電機啟動電流。工業水母管壓力用出口閥、或化學車間的工業水泄壓閥來調整。改造后為潛水泵電動機配備了變頻裝置，合理設置電機啟動時間和電機加減速時間就可有效的實現電機的軟啟動，降低啟動電流。在工業水母管上裝設壓力變送器，將工業水母管的壓力轉化為4-20mA的信號送入變頻器，變頻器將這個信號與設置的壓力給定值比較后自動調整變頻器的輸出轉速，從而實現恒壓供水的自動閉環控制。

改造后最明顯的是運行人員的勞動強度大大降低，再也不用頻繁調整水泵出口閥和泄壓閥了，而且變頻泵和工頻泵并聯運行也非常平穩。再一個現象是水泵運行電流比前一日下降了幾十安培。為了詳細核算水泵變頻改造后的節電效益和節水效益，該廠化學車間的運行人員做了半年的統計工作，用這半年的統計數據與前一年改造前的運行數據比較后發現該水泵變頻改造后平均運行電流下降了約50安培，一年大約可以節電40萬千瓦時，節電率可達28％，創造節能收益10萬元，除此之外每年還可節約20萬噸水，這兩項收益使得改造投入的10萬元不到

一年就可收回，節能效益非常可觀。

3 總結

通過工業水泵變頻改造的實踐驗證了水泵采用變頻調速裝置節能改造的潛力，而且還可降低運行人員的勞動強度，減少機械磨損，延長設備使用壽命，因此采用變頻裝置對風機、水泵進行節能改造在各行各業中都會有很大的實踐空間。