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(jī)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(shè)計(jì)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(dāng)雙速泵轉(zhuǎn)速在 495?r/m in 時(shí)，流量為 20?160?t/h，揚(yáng)程為 25?m；當(dāng)轉(zhuǎn)速在 425?r/m in 時(shí)，流量為 17?316?t/h，揚(yáng)程為18.4?m。根據(jù)長期運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)分析，該公司330?MW機(jī)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(yáng)程偏高、造成循環(huán)水系統(tǒng)廠用電率偏高、運(yùn)行效率較低、經(jīng)濟(jì)性差等諸多問題。循環(huán)水泵運(yùn)行方式有一低，一高和一高一低3種，對應(yīng)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(jī)組5號定速循環(huán)水泵進(jìn)行高壓變頻改造，使循環(huán)水系統(tǒng)達(dá)到連續(xù)可調(diào)水平。通過循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，充分挖掘了循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

2 運(yùn)行方式調(diào)整

改造后的設(shè)備采用開環(huán)控制，運(yùn)行人員手動控制循泵轉(zhuǎn)速的主要依據(jù)是東方汽輪機(jī)有限公司提供的背壓修正曲線(見圖1)。運(yùn)行人員根據(jù)此曲線，編制了凝汽器背壓與負(fù)荷的關(guān)系表(見表1)，同時(shí)根據(jù)水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，揚(yáng)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(guān)系編制循泵轉(zhuǎn)速與用電量的關(guān)系表(見表2)。供運(yùn)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(fù)荷的關(guān)系

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

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

3 節(jié)能統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 春、秋季節(jié)變頻運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

3.1.1 2臺機(jī)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(jì)的數(shù)據(jù)，如表3所示。16號機(jī)循泵變頻從15日投用至19日停機(jī)，與15號機(jī)比較，循泵廠用電率下降0.19?%，運(yùn)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(guān)系

表3 15號、16號機(jī)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(jī)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(jī)循泵改變頻后，與改前同期相比，循泵廠用電率下降0.09?%，運(yùn)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(jī)采用2種運(yùn)行方式耗電量比較

16號機(jī)停機(jī)后，5號變頻泵通過循環(huán)水母管供15號機(jī)使用，15號機(jī)停用一臺高速循泵，至26日16號機(jī)啟動。與去年同期15號機(jī)一高一低循泵運(yùn)行方式相比，15號機(jī)使用5號變頻泵運(yùn)行113?h，節(jié)約廠用電55?828.13?kWh。在此期間15號機(jī)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(jī)組循泵改造前后同期耗電量比較

表5 15號機(jī)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(gè)月統(tǒng)計(jì)，可節(jié)約電量約180萬kW h。

3.2 冬季變頻運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(shí)為1臺機(jī)、1臺低速泵運(yùn)行。5號循泵改變頻后，循泵運(yùn)行方式為2臺機(jī)一低速一變頻母管制運(yùn)行。

冬季汽輪機(jī)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(jì)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(jī)熱耗率升高。以往冬季1臺低速循泵運(yùn)行，即使真空超過經(jīng)濟(jì)極限，也沒有調(diào)整手段，循泵改為變頻后，可以適當(dāng)降低循泵轉(zhuǎn)速，提高凝汽器背壓，保證機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(jī)冬季循泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)比較。

根據(jù)對比數(shù)據(jù)，2013年冬季一變頻一低母管制運(yùn)行，循環(huán)水進(jìn)水溫度10?℃以下時(shí)，每小時(shí)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(jì)，冬季節(jié)電量約為40萬kW h。

表6 冬季不同運(yùn)行方式耗電量比較

根據(jù)大氣壓力計(jì)算，2012年冬季同期2機(jī)背壓分別為1.9?kPa和2.2?kPa，已經(jīng)低于凝汽器經(jīng)濟(jì)極限3.43?kPa，但運(yùn)行人員已無法繼續(xù)降低循環(huán)水量提高背壓。2013年運(yùn)行人員通過調(diào)節(jié)變頻泵頻率，控制凝汽器背壓，2機(jī)背壓分別為4.25?kPa和4.24?kPa，一方面降低了循泵耗電，同時(shí)也使汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(yùn)行方式，節(jié)能效果明顯，在其他各項(xiàng)參數(shù)變化不大的情況下，可實(shí)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(yùn)行最低頻率設(shè)為36?Hz，在用1臺低速泵與1臺變頻泵母管制運(yùn)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(yùn)行帶來影響，這個(gè)問題還有待運(yùn)行人員進(jìn)一步摸索調(diào)整。

1?吳德才，胡德標(biāo)．國產(chǎn)高壓變頻裝置在220?MW機(jī)組凝

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