350MW機(jī)組循環(huán)水泵節(jié)能優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)性分析

官卜瑞

摘 要：目前電力行業(yè)循環(huán)水泵仍存在能耗高的問(wèn)題，造成一定的資源浪費(fèi)，因此降低循環(huán)水泵高能耗已成為目前各廠一直探索的課題，為此河南京煤滑州熱電有限責(zé)任公司350MW機(jī)組在循環(huán)水泵選型初期，根據(jù)現(xiàn)有環(huán)境狀況，對(duì)循環(huán)水泵做了詳細(xì)的計(jì)算和評(píng)估，通過(guò)對(duì)比循環(huán)水泵的經(jīng)濟(jì)性，確定了采用變頻的方式，達(dá)到一定的節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵;經(jīng)濟(jì)效益;變頻;經(jīng)濟(jì)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.137

1 引言

根據(jù)我國(guó)發(fā)展?fàn)顩r，能源的一次性消費(fèi)將影響著后續(xù)的發(fā)展，因此節(jié)能成為目前主要的議題，針對(duì)電廠的高能耗問(wèn)題，我國(guó)一直不斷采取各項(xiàng)措施來(lái)降低能耗，要提高發(fā)電廠綜合效益，必須降低廠用電率和發(fā)電煤耗。由于電的能價(jià)比高，節(jié)電比節(jié)煤效益更好，在資金有限的情況下，積極引進(jìn)節(jié)電項(xiàng)目，能在短期內(nèi)創(chuàng)造更大的效益。

輔機(jī)出力是隨著發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化而變化，因此在發(fā)電機(jī)輸出功率變化的同時(shí)輔機(jī)出力也要相應(yīng)調(diào)整。循環(huán)水泵作為電廠主要輔機(jī)之一，從維持機(jī)組真空、調(diào)節(jié)循環(huán)水流量的要求出發(fā)，其出力應(yīng)隨季節(jié)和機(jī)組負(fù)荷而變化，而我國(guó)絕大多是循環(huán)水泵仍采用定速或雙速運(yùn)行的方式，這將在低負(fù)荷的情況下造成電能的浪費(fèi)，沒(méi)有起到節(jié)能的目的，這種運(yùn)行調(diào)節(jié)方式有兩個(gè)缺陷：一是浪費(fèi)電能;二是增加設(shè)備不必要的磨損。如果在北方冬季循環(huán)水量過(guò)大，還會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)水過(guò)冷度（即凝結(jié)水溫度低于其對(duì)應(yīng)壓力下飽和水溫，也就是凝結(jié)水處于不飽和狀態(tài)），能耗損失就更大了。因此循環(huán)水泵具有較大的節(jié)能改造空間。

通過(guò)對(duì)大量電廠循環(huán)水泵實(shí)際運(yùn)行效率測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)研，循環(huán)水泵運(yùn)行效率均低于設(shè)計(jì)值很多，主要是設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)選型時(shí)過(guò)于保守，沒(méi)有結(jié)合考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境以及實(shí)際情況，以至于實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備均存在較大的富裕量。

循環(huán)泵節(jié)能改造主要可從兩方面來(lái)考慮：一是水泵高效改造，提高運(yùn)行效率;二是電機(jī)節(jié)電改造，在滿足設(shè)備系統(tǒng)要求的前提下，降低循環(huán)水泵功耗。

與定速運(yùn)行相比較，雙速運(yùn)行可極大節(jié)約電能，本文中主要針對(duì)雙速調(diào)節(jié)及變頻調(diào)節(jié)節(jié)能性進(jìn)行對(duì)比。

2 情況介紹

本期工程采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，采用擴(kuò)大單元制二次循環(huán)供水系統(tǒng)，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算，在最小抽汽工況下，循環(huán)水冷卻倍率熱季為55倍，冷季為33倍，根據(jù)循環(huán)倍率結(jié)合我廠實(shí)際排氣情況計(jì)算出不同工況下的循環(huán)水量如下：

3 循環(huán)水泵初步選型參數(shù)

4 雙速調(diào)節(jié)

根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60*f*（1-s）/p，雙速調(diào)節(jié)方式為：保持電機(jī)的頻率（f）和轉(zhuǎn)差率（s）不變，通過(guò)改變磁極對(duì)數(shù)（f）來(lái)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速（n）。這種方式下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)成反比關(guān)系，極對(duì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)速相應(yīng)減小。

循環(huán)水泵電機(jī)優(yōu)化前的極數(shù)是14，轉(zhuǎn)速為425r/min，優(yōu)化后把極數(shù)從14修改到16（370r/min）。14極對(duì)應(yīng)高速檔，16極對(duì)應(yīng)的是低速檔。通過(guò)線路切換來(lái)改變電機(jī)線圈的繞組連接方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)雙速調(diào)節(jié)。

由于電機(jī)轉(zhuǎn)速差別不大，不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的水壓差別不大，一臺(tái)高速、一臺(tái)低速電機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行，即存在一高一低同時(shí)運(yùn)行的情況。論文《雙速循環(huán)水泵節(jié)能運(yùn)行原理性能以及效果分析》（河北省電力研究院張英2010年）中也通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析驗(yàn)證了此觀點(diǎn)。

因此，實(shí)施雙速優(yōu)化后的循環(huán)水泵可以有單泵低速運(yùn)行、單泵高速運(yùn)行、雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行、雙泵高低速并聯(lián)運(yùn)行和雙泵高速并聯(lián)運(yùn)行5種運(yùn)行方式，全年可根據(jù)循環(huán)水溫、機(jī)組負(fù)荷靈活進(jìn)行選擇。

5 變頻調(diào)節(jié)

根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60*f*（1-s）/p，變頻調(diào)節(jié)方式為：保持電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)（p）和轉(zhuǎn)差率（s）不變，通過(guò)改變電源頻率（f）來(lái)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速（n）。利用變頻調(diào)速裝置可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)負(fù)荷的需要而改變，保證電動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行，提高設(shè)備效率。

通過(guò)計(jì)算，循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，充分考慮楊程，運(yùn)行中確保冷卻塔上水的最小頻率應(yīng)不低于35Hz。

6 優(yōu)化前后對(duì)比

7 優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)性分析

為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過(guò)與設(shè)計(jì)院溝通后，計(jì)算過(guò)程中選擇適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，同時(shí)考慮到河南省冬季供熱期為4個(gè)月，冬季按4個(gè)月120天分析，夏季為3個(gè)月90天，春、秋兩季按5個(gè)月150天計(jì)算;春、秋循環(huán)水量暫按夏、冬的一半計(jì)算;發(fā)電成本按0.28元/（kW.h）計(jì)算;比較原則：各工況下，雙速調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)均以定速調(diào)節(jié)為基準(zhǔn)，再分別橫向比較。如下：

8 結(jié)論

（1）循環(huán)水泵的調(diào)速方式還需要考慮到我廠是否參與機(jī)組調(diào)峰。如參與調(diào)峰，則循環(huán)水泵需不斷調(diào)整才能保證盡量節(jié)能。這時(shí)候變頻調(diào)節(jié)不僅調(diào)速速度快，反應(yīng)及時(shí)，而且不涉及頻繁啟停的問(wèn)題，建議采用。如不參與調(diào)峰，則只需比較其技術(shù)經(jīng)濟(jì)、后期維護(hù)等問(wèn)題即可。

（2）變頻方案可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速和流量的連續(xù)調(diào)節(jié)，但是變頻裝置的可靠性相對(duì)較低，且變頻裝置初期投資較大。高低雙速優(yōu)化的流量調(diào)節(jié)是通過(guò)不同的運(yùn)行組合實(shí)現(xiàn)的，不具有連續(xù)可調(diào)性能，尤其在單泵容量較大情況下，節(jié)能不徹底，且大部分的高低速切換需要停泵，操作不靈活。

（3）循環(huán)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，充分考慮楊程，運(yùn)行中確保冷卻塔上水的最小頻率應(yīng)不低于35Hz，在機(jī)組調(diào)峰中使用也有一定的意義。即使循環(huán)水泵在40Hz運(yùn)行，運(yùn)行功率僅為額定功率的一半，節(jié)電效果比較明顯。

（4）頻率變化范圍在35～50，但是功率的變化范圍很大，節(jié)電明顯。

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