260噸鍋爐給水泵變頻改造應用及經濟效益分析

馮宏圖

（河鋼集團邯鋼公司能源中心，河北 邯鄲056015）

1 引言

節能改造是當今企業降低成本、提高綜合競爭力的主要途徑，高壓變頻技術的飛速發展為鋼廠鍋爐給水泵節能改造提供了技術支撐?，F260噸鍋爐擁有兩臺給水泵，用一備一，通過母管向鍋爐供水。每臺泵的驅動電機功率為2000kW，其流量及壓力通過調節閥和再循環進行調節。此運行方式的優點是系統簡單，有利于集控運行，缺點是損耗較大，特別是在鍋爐低負荷運行的時候。為解決這一問題，經論證分析后對其中一臺給水泵進行了變頻改造。

2 運行方式介紹

根據鋼廠供暖季與非供暖季限產實際運行情況，分別對采暖季與非采暖季時給水泵運行情況進行介紹。

2.1 采暖季運行說明

供暖季，鍋爐長期處于低負荷運行，鍋爐額定負荷為260t/h，實際負荷在100噸左右，遠遠低于其額定負荷，致使給水泵長期處于低負荷運行狀態，為使給水泵出口壓力和負荷滿足用戶需求，降低給水流量。需要通過打開給水泵再循環門，關小給水調節閥的方式，來調節流量和壓力。采取此調節方式帶來的問題是，隨著閥門開度的減小，水泵出口壓力上升，達到16～18Mpa以上，閥門兩側的壓差將增大，壓差接近10Mpa，對給水電動閥和調節閥的沖刷十分嚴重，需兩年更換閥門，給水泵再循環需要常開，對給水泵再循環沖刷嚴重；達到18Mpa以上，遠遠大于原設計的水泵出口壓力15Mpa，高于鍋爐汽包壓力11Mpa(包括給水垂直落差及管路壓差)的要求，在此工況狀態下運行時鍋爐壓力最高只有7Mpa，不但造成能量浪費，而且使得水泵的振動和磨損加大，壽命縮短。

2.2 非采暖季節運行說明

非采暖季，由于環保壓力，高爐限產，煤氣用量緊張，鍋爐運行負荷變化頻繁，長期處于額定負荷以下運行，由于給水泵出口壓力和流量不能自身調節，同樣需要通過打開給水泵再循環門，關小給水調節閥的方式來調節。不但造成能源浪費，而且給設備運行帶來生產隱患。

3 給水泵變頻改造

為優化鍋爐給水控制結構流程，特加裝高壓變頻調速裝置，通過調整輸出頻率實現給水泵流量調節。此方式不僅能降低設備啟動電流實現變負荷平滑過渡，同時緩解高壓水流對出口調節閥的沖刷，還能獲得相應節能效益。變頻器采用戶內型，變頻器與電動機采用“一拖一”配置+旁路切換保障方式。

圖1 變頻器系統主回路原理圖

變頻裝置與電動機的連接方式如圖1所示，一拖一手動系統成套設計方案如下：

電源經變頻裝置進線開關QS1到變頻裝置，變頻裝置輸出經出線開關QS22送至電動機。電源還可經旁路開關QS21直接啟動電動機。進出線開關和旁路開關的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可斷開進出線刀閘QS1和QS22，將變頻裝置隔離；手動合旁路刀閘QS21，在工頻電源下起動電機運行。QS22與QS21機械聯鎖，不能同時合閘。QS1與QS21電氣聯鎖。若QS21處于合閘狀態，則不得操作QS1。QF為原泵高壓電源控制開關，QS21與QS22同處斷開狀態時，可輸出QF分閘信號。（正常停機操作狀態時，可輸出高開分閘信號，將變頻器供電源切斷，以免誤操作；此功能為可選項）。

在給水泵變頻改造前，出口壓力連鎖設定值為12Mpa，變頻改造后，在運行變頻給水泵時出口壓力變低，致使另一臺不能投入連鎖。為解決這一問題，將壓力連鎖調整為8.0Mpa，并實現工頻和變頻運行的兩種模式手動切換。

4 變頻改造效益分析

4.1 供暖季效益分析

工頻運行方式下消耗功率計算

式中，U為電機電壓，取10kV；I1為工頻運行時電機電流，取105A；η1為功率因數，取0.9。

變頻運行方式下消耗功率計算

式中，I2為變頻運行時電機電流，取50A。

表1 供暖季給水泵電機運行參數

4.2 非供暖季效益分析

工頻運行方式下消耗功率計算

式中，U*為電機電壓，取10kv；I1*為工頻運行時電機電流，取105A。

變頻運行方式下消耗功率計算

式中，I*2為變頻運行時電機電流，取50A。

表2 供暖季給水泵電機運行參數

4.3 節約運行成本運算

按照保守估計，采用變頻改造后，供暖季11月15日至3月15日（2880h）節約成本：

式中，D為電費單價，取0.55元/kwh；T1為供暖季的運行時間，取2880h；η2為變頻系統運行效率，取典型值0.96。

非供暖季3月15日至11月15日約5220h（不包括檢修時間）節約成本：

式中，T2為非供暖季的運行時間，取5220h。

全年共節約成本為：T=T1+T2=247萬元

5 變頻改造的間接經濟效益

除了直接的經濟效益外，變頻改造還有一些間接的經濟效益，包括減少了對給水調節閥的沖刷，降低了給水調節閥的前后壓差，減少了對閥門的更換周期；實現了給水泵的軟啟動，減少了啟動力矩突變對電機的電氣和機械損傷，減少了由于直接啟動對轉子籠條造成的沖擊；減少了對軸承的摩擦，維護工作量減少；控制平滑、穩定、精度高。

6 結論

給水泵變頻改造投資小，效益明顯，且采用高壓變頻技術，運行穩定，避免了機械故障等的發生，是一種可取的改造方式。