循環(huán)水系統(tǒng)變頻改造節(jié)能分析

杜紅云

(江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇 連云港 222023)

1 概述

某公司16號機組額定容量為330?MW，配置傳熱面積為17?000?m2的N17000-5型不銹鋼管凝汽器，設計額定循環(huán)冷卻水量為38?990?t/h。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共配置2臺64LKXD-25型循環(huán)水泵，一臺為定速(轉(zhuǎn)速495?r/m in)泵，另一臺為雙速(高速 495?r/m in，低速 425?r/m in)泵。當雙速泵轉(zhuǎn)速在 495?r/m in 時，流量為 20?160?t/h，揚程為 25?m；當轉(zhuǎn)速在 425?r/m in 時，流量為 17?316?t/h，揚程為18.4?m。根據(jù)長期運行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗分析，該公司330?MW機組的凝汽器傳熱面積偏小、循環(huán)冷卻水量偏大、循環(huán)水泵揚程偏高、造成循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率偏高、運行效率較低、經(jīng)濟性差等諸多問題。循環(huán)水泵運行方式有一低，一高和一高一低3種，對應的有功功耗分別為 1?130?kW，1?800?kW?和2?930?kW，可供調(diào)整的手段有限，特別是在春秋季節(jié)更為明顯。為此，該公司對16號機組5號定速循環(huán)水泵進行高壓變頻改造，使循環(huán)水系統(tǒng)達到連續(xù)可調(diào)水平。通過循環(huán)水系統(tǒng)的運行優(yōu)化，充分挖掘了循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

2 運行方式調(diào)整

改造后的設備采用開環(huán)控制，運行人員手動控制循泵轉(zhuǎn)速的主要依據(jù)是東方汽輪機有限公司提供的背壓修正曲線(見圖1)。運行人員根據(jù)此曲線，編制了凝汽器背壓與負荷的關系表(見表1)，同時根據(jù)水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，揚程H與轉(zhuǎn)速N的2次方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速N的3次方成正比的關系編制循泵轉(zhuǎn)速與用電量的關系表(見表2)。供運行人員作為調(diào)節(jié)參考依據(jù)。

圖1 背壓修正曲線

表1 凝汽器背壓與負荷的關系

運行人員調(diào)整循泵頻率時觀察排汽溫度和真空的變化值，并將根據(jù)表1計算出的負荷變化值與根據(jù)表2計算出的循泵用電量變化值相減，差值最大時為變頻最經(jīng)濟運行方式。

冬季循泵變頻調(diào)節(jié)時，注意凝汽器背壓不應低于3.43?kPa的臨界點，否則汽輪機效率將下降。

3 節(jié)能統(tǒng)計與分析

3.1 春、秋季節(jié)變頻運行經(jīng)濟性分析

3.1.1 2臺機的循泵耗電量比較

此次比較采用的是2013-10-15T20:00—2013-10-19T14:00統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，如表3所示。16號機循泵變頻從15日投用至19日停機，與15號機比較，循泵廠用電率下降0.19?%，運行90?h節(jié)電 39?819.7?kWh，平均日節(jié)電量 10?619?kWh。

表2 循泵轉(zhuǎn)速與用電量之間關系

表3 15號、16號機組循泵比較

3.1.2 改造前后同期循泵耗電量比較

該次比較采用的是16號機組2012-10-15T 20:00—2012-10-19T 14:00和 2013-10-15T20:00—2013-10-19T14:00的數(shù)據(jù)，如表4所示。16號機循泵改變頻后，與改前同期相比，循泵廠用電率下降0.09?%，運行90?h循泵用電量下降 40?240.7?kW h。平均日節(jié)電量 10?731?kW h。

3.1.3 15號機采用2種運行方式耗電量比較

16號機停機后，5號變頻泵通過循環(huán)水母管供15號機使用，15號機停用一臺高速循泵，至26日16號機啟動。與去年同期15號機一高一低循泵運行方式相比，15號機使用5號變頻泵運行113?h，節(jié)約廠用電55?828.13?kWh。在此期間15號機循泵廠用電率由1.34?%降至1.18?%，平均日節(jié)電量11?856?kW h(見表 5)。

表4 16號機組循泵改造前后同期耗電量比較

表5 15號機組采用高速和變頻泵耗電量比較(母管制)

3.1.4 春秋2季節(jié)電總量

綜上所述，在春秋季節(jié)，循環(huán)水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速裝置后，在相似工況下，水溫20?℃左右，日節(jié)電量在1萬kW h以上。按春秋季6個月統(tǒng)計，可節(jié)約電量約180萬kW h。

3.2 冬季變頻運行經(jīng)濟性分析

冬季循環(huán)水溫度較低，循環(huán)水需求量減少。以往冬季最低循環(huán)水量時為1臺機、1臺低速泵運行。5號循泵改變頻后，循泵運行方式為2臺機一低速一變頻母管制運行。

冬季汽輪機凝汽器真空較高，還要注意凝汽器背壓不能低于3.43?kPa(廠家計算值)，否則由于真空太高造成末級葉片處蒸汽膨脹不足，反而會使汽機熱耗率升高。以往冬季1臺低速循泵運行，即使真空超過經(jīng)濟極限，也沒有調(diào)整手段，循泵改為變頻后，可以適當降低循泵轉(zhuǎn)速，提高凝汽器背壓，保證機組運行經(jīng)濟性。另外，冬季降低循環(huán)水流量，還可以提高循環(huán)水溫度，可以大大緩解冬季冷卻塔結(jié)冰帶來的安全壓力。表6為改造前后2臺機冬季循泵運行經(jīng)濟比較。

根據(jù)對比數(shù)據(jù)，2013年冬季一變頻一低母管制運行，循環(huán)水進水溫度10?℃以下時，每小時可節(jié)電 270?kW h，每天可節(jié)電 6?500?kW h。按冬季60天可調(diào)節(jié)統(tǒng)計，冬季節(jié)電量約為40萬kW h。

表6 冬季不同運行方式耗電量比較

根據(jù)大氣壓力計算，2012年冬季同期2機背壓分別為1.9?kPa和2.2?kPa，已經(jīng)低于凝汽器經(jīng)濟極限3.43?kPa，但運行人員已無法繼續(xù)降低循環(huán)水量提高背壓。2013年運行人員通過調(diào)節(jié)變頻泵頻率，控制凝汽器背壓，2機背壓分別為4.25?kPa和4.24?kPa，一方面降低了循泵耗電，同時也使汽輪機運行經(jīng)濟性得到提高。

4 結(jié)束語

該公司循泵變頻改造后，通過調(diào)整運行方式，節(jié)能效果明顯，在其他各項參數(shù)變化不大的情況下，可實現(xiàn)年節(jié)電量400萬kWh，1年可基本收回全部投資。

現(xiàn)循泵變頻運行最低頻率設為36?Hz，在用1臺低速泵與1臺變頻泵母管制運行的情況下，隨著變頻泵頻率的下降，2臺泵出力偏差增大后，將會對循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來影響，這個問題還有待運行人員進一步摸索調(diào)整。

1?吳德才，胡德標．國產(chǎn)高壓變頻裝置在220?MW機組凝

結(jié)水泵上的應用[J]．電氣傳動，2005，47(11)：62-64.