320 MW機組循環水泵電機雙速改造節能分析

摘要：介紹了320 MW機組循環水泵電機雙速改造的應用情況，對比分析了改造前后機組運行的參數以及改造后取得的節能效益。結果表明，電機的雙速改造有利于降低煤耗量和廠用電量，提高機組運行的經濟性。

關鍵詞：循環水泵;雙速電機改造;節能增效

0 ? ?引言

目前，火力發電仍占據我國電力行業的主導地位[1]。火電廠主要的高耗能設備為引風機、送風機、給水泵和循環水泵等大型的風機和水泵機組以及磨煤機等燃料處理設備，占據了發電廠用電量的主要份額。降低泵與風機等大型設備的功耗對于降低生產用電率，提高機組的效率起到至關重要的作用。循環水泵作為發電廠中的高耗能設備，其主要功能是實現冷卻水在凝汽器和冷卻塔中的循環，對凝汽器內部的蒸汽進行冷卻[2]。循環水泵的運行方式直接影響到發電廠的安全和生產用電率，對循環水泵電機進行節能改造以保證水泵的高效運行，能有效地提高機組運行的經濟性[3-5]。

1 ? ?機組概況

廣州珠江電廠#3機組汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的一次中間再熱、亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽凝汽式汽輪機組，型號為N320-16.67/538/538。#3機組原先配套所用#5、#6循環水泵為兩臺由長沙工業泵廠研究所設計、湘東化工機械廠生產的1600HLB-16型循泵。循環水泵為單速運行，所用循泵臺數根據機組負荷及冷卻水溫度進行安排。由于循環水進水溫度受季節影響較大，依據往年機組運行小時數情況來看，冬季機組停運備用時間多，冬季大部分時間“兩機三泵”節能措施無法執行，機組廠用電率較高。為降低機組能耗，對#5、#6循環水泵電機進行雙速改造，在冷卻水溫低時將電機由高速切至低速運行，以達到節能增效的目的。

2 ? ?循環水泵改造狀況

根據離心泵相似定律，在小范圍內對泵的轉速進行調整，泵效率近似不變，表示為：

式中：Q為水泵的流量;H為揚程;P為功率;n為轉速。

循環水泵的功耗與其轉速的三次方成正比，通過在小范圍內改變電機的轉速，可使循環水泵由高速運行狀態切換至低速運行狀態，實現循環水泵耗功量的大幅降低。

根據這一原理，對電廠#3機組原先的#5、#6循環水泵進行了整體更換改造，采用湖南湘電長沙水泵有限公司制造的型號為64LKXA-16.5，立式單級、可抽芯、導葉式混流泵;電機更換為雙速電機，型號為YKKLD1250/900-16/18/

1340-1WTH，高低轉速分別設定為370 r·min-1和330 r·min-1。循環水泵揚程可按下式進行計算：

式中：P1為循環泵進水壓力（Pa）;P2為循環泵出水壓力（Pa）;ρ為冷卻水密度（kg·m-3）;z1為進水面標高（m）;z2為循環泵出水管道中心線標高（m）;v1為循環泵進水流速（m·s-1）;v2為循環泵出水流速（m·s-1）;g為重力加速度，約為9.8 m·s-2。

循環水泵有效軸功率和效率可按下式進行計算：

式中：Pu為循環水泵的有效軸功率（kW）;Q為循泵出口水流量（m3·s-1）;η為循環水泵效率（%）;Pgr為循環水泵電機有功功率（kW）;ηgr為循環水泵電機效率（%）。

經試驗，電機雙速改造后在高低轉速下的參數對比如表1所示。

3 ? ?循環水泵運行工況說明

為探究機組運行的效率和經濟性，在不同運行方式下對循環水泵進行了一系列測試。在不同機組負荷下，改造后的#5、#6循環水泵按一機兩泵高速并聯的方式運行，對比了改造前后循環水泵的運行參數，結果如表2所示。

在#2機組和#3機組同時運行的情況下，對比了循環水泵的運行參數。此次試驗中，機組的負荷約為240 MW，#2機組匹配的循環水泵為#3和#4循泵，#3機組匹配的循環水泵為#5、#6循泵。#2機組和#3機組循環水泵的運行參數對比如表3所示。

為探究冬季#5、#6循環水泵運行經濟性及較佳的并列運行方式，進行了#3機組#5、#6循環水泵高/低速與#4機組#7、#8循環水泵并列運行試驗（兩機三泵運行方式），包括以下3種工況：

（1）工況1：#5（低速）、#6（高速）循環水泵與#7泵并列運行;

（2）工況2：#5（低速）循環水泵與#7、#8泵并列運行;

（3）工況3：#5（高速）、#6（高速）循環水泵與#7泵并列運行。

對比試驗中循環水泵運行參數如表4所示。

4 ? ?節能改造效果分析

據表2中數據，同機組負荷下，改造后的循環水泵運行過程中的機組真空和循環水流量均優于改造前。一方面，按照機組真空提高0.1 kPa可降低發電煤耗0.2 g/（kW·h），#3機組年發電量以12億kW·h計算，可節省標準煤約240 t。按照標煤價格720元/t計算，#3機組改造后每年因煤耗量降低所節約的成本約為17.28萬元。另一方面，循泵電流由于改造后電機功率因數較低，改造后高速運行電流約165 A，改造前運行電流約151 A，電機功率因數按改造后高速0.68/低速0.60、改造前0.80計算，改造后循泵高速運行較改造前每小時節電約89 kW·h。按照兩臺循泵一年高速運行5 800 h，電價0.45元/（kW·h）計算，則一年兩臺循泵高速運行節省電費約53.76萬元。

據表3中數據，在保持#2機組和#3機組負荷一致的情況下，兩機組運行參數基本一致，經節能改造后循泵循環水流量有所提高，循泵功率降低。#3機組循泵每小時實際消耗電量較#2機組循泵每臺降低約61.2 kW，按循泵一年運行5 800 h，電價0.45元/（kW·h）計算，則#3機組循泵較#2機組循泵每年每臺節約電費約15.97萬元。

據表4中數據，在實行兩機三泵運行策略的情況下，將電機轉速由高速切換至低速能有效降低機組運行的用電量。在機組負荷為270 MW、循環水進水溫度為17.3 ℃的情況下，機組真空已低于96.5 kPa，此時需要啟動備用循泵，關閉循環水母管聯絡門，實行一機兩泵運行方式。建議在冬季運行工況時，#3、#4機組同時運行時優先選擇兩機三泵運行;在循環水進水溫度低于17 ℃時，將#5、#6循環水泵其中一臺切至低速，另一臺維持高速運行，對運行方式進行優化。

5 ? ?結語

火力發電廠的節能增效具有長遠意義。對循環水泵電機的雙速改造，能夠有效降低機組煤耗和生產用電量，實現在不同季節工況下循環水泵的高效運行，提高機組運行的經濟性，進而取得良好的節能效益。

[參考文獻]

[1] YUAN C Q，LIU S F，FANG Z G，et al.Research on the energy-saving effect of energy policies in China：1982—2006[J].Energy Policy，2009，37（7）：2475-2480.

[2] 馬巖昕.300 MW機組循環水泵雙速節能的技術改造[J].電力安全技術，2018，20（3）：49-51.

[3] 鮑金春.循環水泵雙速電機的節能改造[J].華電技術，2011，33（9）：59-60.

[4] 吳超.火電廠循環水泵電機雙速節能改造可行性分析及實施[J].價值工程，2014，33（30）：83-84.

[5] 方昌勇，陳更.雙速改造在發電廠循泵電機節能中的應用[J].浙江電力，2011，30（12）：74-77.

收稿日期：2021-06-28

作者簡介：龐慶勛（1973—），男，遼寧開原人，工程師，研究方向：電廠高效運行與節能。