熱網循環水泵變頻技術的應用與分析

張萬學

摘 要：文章介紹了熱網循環水泵變頻技術在火力發電廠供熱機組中的應用，對熱網循環水泵在改造前（工頻方式）和改造后（變頻方式）做了詳細的對比與分析，熱網循環水泵改為變頻運行方式后其安全性、節能性、經濟性得到了明顯的提高。

關鍵詞：熱網循環水泵；變頻；節能；經濟；安全

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0075-02

我公司4號供熱機組熱網系統的熱網循環水泵采用的是2臺臥式離心泵，殼體設計壓力1.6 MPa，轉速為1 480 r/min，型號為TS500-680 A+，設計流量為2 350 t/h，功率為1 400 kw。動電機為Y系列三相鼠籠異步電動機，型號為YKK560-4型，額定電流為158 A。熱網加熱器管程水流量為2 400 t/h。熱網系統正常運行方式為：熱網供回水系統充滿水后，經過熱網循環水泵升壓，再經過熱網加熱器換熱（采用機組采暖抽汽加熱汽源）后送給市區供熱系統各分站進行換熱，形成對市區居民集中供熱。換熱后的回水回到熱網循環水泵入口形成閉式循環。所采用的升壓泵為工頻的熱網循環水泵，熱網系統運行簡圖如圖1所示。

1 存在問題

經過一年的生產運行實踐，發現在一臺工頻熱網循環水泵運行時，如果全開熱網循環水泵出口電動門則驅動電機的電流超過其額定電流158 A，使驅動電機過電流保護動作致使電機跳閘。因此在正常運行時為防止熱網循環水泵電機電流超過其額定電流（158 A），只能采取關出口電動門限流的方法。熱網循環水泵出口電動門關至40%閥位時能維持電機電流在150 A左右。此種運行方式存在嚴重的節流損失，這時的熱網循環水泵出口母管的壓力為0.62 MPa，流量為3 200 t/h，與設計流量和壓力不符合（設計壓力位1.6 MPa、流量為2 350 t/h），分析其原因存在熱網加熱器設計容量過大（出口母管的壓力為0.62 MPa，流量為3 200 t/h）。導致熱網循環水泵工頻運行時必須把出口電動門關至40%以下才能滿足驅動電機的運行安全要求。在供熱初期，由于熱網循環水要求流量低導致其節流損失越大，造成了能量的大量損失。這也為熱網循環水泵由工頻改為變頻運行方式留有一定的空間，在經過充分的論證以后，我公司對4號機組熱網系統的一臺熱網循環水泵就行了變頻改造優化。

2 改造優化前后的比較與分析

①改造優化前（即工頻運行方式）。我公司設計為2臺工頻熱網循環水泵，正常供熱期間為1臺熱網循環水泵運行及滿足了供熱系統的要求，在極寒的天氣條件下需要啟動第二臺工頻熱網循環水泵運行。在供熱初期，供水流量僅為2 000 t/h，一臺熱網循環水泵工頻運行時需要將熱網循環水泵出口電動門關至24%閥位，電流為130 A；在供水流量達到3 200 t/h時，其出口電動也僅開到40%閥位，存在嚴重的節流損失。而且由于熱網循環水泵出口電動門的節流導致出口電動門前的水壓達到2.0 MPa以上，使得熱網循環水泵的工作條件惡化，嚴重時會造成汽蝕，對設備安全造成嚴重的威脅。熱網循環水泵如果維持此工況長時間運行，熱網循環水泵的軸瓦溫度、電機線圈的溫度都會很高，會影響設備的使用壽命和運行安全。

②改造優化后（即變頻運行方式）。根據供熱實際情況（市區供熱需求量），我公司經過充分的論證后決定對2臺工頻熱網循環水泵其中的一臺進行變頻改造優化，加裝變頻器。熱網循環水泵加裝變頻器后其運行方式發生了變化。當供水流量達到2 000 t/h時，熱網循環水泵變頻器的電流僅為40 A，而且熱網循環水泵的出口電動門處于全開狀態（不存在節流損失），當供水流量達到3 200 t/h時，熱網循環水泵變頻器的電流為80 A（此時供熱出口母管的壓力為0.62 MPa），同樣的供熱流量和供水壓力下，工頻熱網循環水泵與變頻熱網循環水泵電機電流之差為70 A左右，節能效果明顯。改造后的變頻運行方式為手動方式調節，可以根據供熱流量的要求手動加減變頻控制手操器進行遠程的流量加減而且流量增減平緩（工頻時需要人為調節循環水泵出口電動門，流量難以控制，系統壓力和流量波動大，影響系統安全），形成無節流調整。同時熱網循環水泵的工作條件得到了改善，在供水流量2 000 t/h時，熱網循環水泵電機的轉速僅800 r/min；供水流量3 200 t/h時，熱網循環水泵電機的轉速僅為1 250 r/min。實際運行數據表明，采用變頻運行的熱網循環水泵不但避免了設備的汽蝕損壞又降低了循環水泵軸承溫度和電機線圈的溫度，延長了設備的使用壽命。變頻改造示意圖如圖2所示。

需要說明的是，熱網循環水泵變頻出現故障需要切除時，可以切到旁路工頻方式運行。

以下是改造前（工頻運行）和改造后（變頻運行）熱網循環水泵電機耗電量的對比，分別如表1、表2所示。

從表1、表2提供的數據可以比較出，機組在一個供熱期熱網循環水泵電機采用變頻運行比工頻運行節約的電能為310.8萬kWh。

以下是改造前（工頻運行）和改造后（變頻運行）熱網循環水泵及電機運行安全方面的對比，如表3所示。

從表3提供的數據可以比較出，機組在一個供熱期熱網循環水泵電機采用變頻運行和工頻運行熱網循環水泵軸承溫度和熱網循環水泵電機線圈溫度都有明顯的降幅。

3 結 語

由以上圖表可以比較出，熱網循環水泵經過變頻改造后，在一個供熱期運行期間共能節約電能310.8萬kW·h。另外，通過熱網循環水泵變頻改造使熱網循環水泵的運行溫度降低了，不但延長了此設備的使用壽命，也有效的保證了此設備的運行安全。經運行數據實踐證明，熱網循環水泵經過變頻改造優化后，在經濟節能、運行安全方面取得了良好的效果。

參考文獻：

[1] 韓安蕘.通用變頻器及其使用[M].北京：機械工業出版社，2009.