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火電廠鍋爐電動(dòng)給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析

文檔作者：郭輝王日峰顧志國文檔來源： 1沖國節(jié)能減排有限公司北京神華中機(jī)能源環(huán)?？萍加邢薰?2．神華神東電力公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年02月25日
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電氣傳動(dòng)2015年第45卷第10期 ELECTRIC DRIVE 2015 Vo1．45 No．10
火電廠鍋爐電動(dòng)給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析
郭輝 ，王日峰 ，顧志國
(1沖國節(jié)能減排有限公司北京神華中機(jī)能源環(huán)保科技有限公司，北京100011；
2．神華神東電力公司新疆米東熱電廠，新疆烏魯木齊830019)
摘要：介紹了火電廠電動(dòng)給水泵節(jié)能改造的方案，分析了給水泵變頻控制節(jié)能的原理、優(yōu)點(diǎn)，針對生產(chǎn)的
實(shí)際工況，對設(shè)備選型和改造方案進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，給水泵液力耦合
器調(diào)速改成高壓變頻調(diào)速不僅可行，而且必要。變頻改造后，可以延長設(shè)備壽命，降低廠用電率，具有明顯的
經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，為同類電廠節(jié)能改造提供了參考。
關(guān)鍵詞：火電廠；電動(dòng)給水泵；高壓變頻器；節(jié)能
中圖分類號：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Optimizations of Thermal Power Plant M otor—ddven Feed Water Pump System and Energy Saving Analysis
GUO Hui ，WANG Yue-feng ，GU Zhi—guo
(1．China Energy Conservation and Emission Reduction Co．，Lid．，Bering Shenhua Energy Engineering
Environmental Protection Technology Co．，Ltd．，Beifing 10001 1，China；2．Shenhua Shendong Electric
PowerPlant，XinjiangMidongThremalPowerPlant，Urumqi 830019，Xinjiang，China)
Abstract：The energy saving reform ofmotor—driven feed water pump in therm al power plant project was introduced，
analysed the energy saving principle and advantage of~equency conversion．Based on the actual manufacture status，
the equipment selection and alteration project was designed in detail．The results of application show that the method
can meet the design requirement，and the hydraulic coupler feed water pump is replaced with variable speed feed water
pump，is not only feasible，but also necessary．After~equeney conversion transform ation，it can prolong the service
life of equipment，reduce power consumption rate，and has obvious economic benefit and social benefit．A reference of
the change to the heat engine plant in the sanle condition was provided．
Key words：thermal power plant；motor—driven feed water pump；high voltage inverter；energy saving
火電廠電動(dòng)給水泵作為機(jī)組輔機(jī)中最大的
耗電設(shè)備，其耗電率占全廠用電的20％～30％，是
全廠耗電量最高的輔機(jī)設(shè)備，直接影響到廠用電
指標(biāo)和全廠經(jīng)濟(jì)效益。高壓變頻調(diào)速具有系統(tǒng)
效率高、能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、功率因數(shù)高、調(diào)節(jié)
品質(zhì)好等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，因此對燃煤電廠電動(dòng)給水
泵進(jìn)行變頻改造是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性重要措施。
1 給水泵液力耦合器調(diào)速改變頻調(diào)
速的必要性
液力耦合器相對于定速泵和調(diào)節(jié)閥的控制
方式有著無級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，一段時(shí)期內(nèi)廣泛應(yīng)用
于200 Mw和300 Mw等級的機(jī)組中，但因其調(diào)
速轉(zhuǎn)換效率隨著轉(zhuǎn)速降低而下降，綜合效率相對
較低。根據(jù)液力耦合器的設(shè)計(jì)原理，液力耦合器
實(shí)現(xiàn)無級變速，勺管開度越接近100％，其滑差越
小，傳遞效率越高。
圖1中的液力耦合器效率曲線表明了液力耦
合器的傳遞特性，可以清楚地看到，雖然電動(dòng)給
水泵組能夠利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式控制給水量，但在
變負(fù)荷工況下，尤其在低負(fù)荷情況下，比如給水
泵轉(zhuǎn)速在60％時(shí)能量損耗就達(dá)到42％左右，而發(fā)
作者簡介：郭輝(1972一)，男，工學(xué)博士，高級工程師，Email：guohui@shenhua．CC
60
郭輝，等：火電廠鍋爐電動(dòng)給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析 電氣傳動(dòng)2015年第45卷第l0期
電機(jī)組很難保證始終維持在90％以上負(fù)荷運(yùn)行。
1．0
O．9
O．8
瓣
0．3
O．2
0．1
O
輸出轉(zhuǎn)速比
圖1 液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速的效率對比
Fig．1 Comp~son 0f e~ciency and Variable~ ency
adjustable and~draulic Cou~er
液力耦合器驅(qū)動(dòng)調(diào)速的電動(dòng)給水泵的節(jié)電
潛力是很大的，其原因是按技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)
時(shí)，鍋爐機(jī)組的最大連續(xù)蒸發(fā)量是按汽輪機(jī)組的
最大進(jìn)汽量的1．05～1．10倍計(jì)算的，給水泵的最大
流量是按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的1．05～1．10計(jì)算
的，液力耦合器是按最大流量配套的，機(jī)組投產(chǎn)
后，即便在額定工況運(yùn)行，給水泵液力耦合器已
經(jīng)偏離額定工況10％左右，近年來300 Mw機(jī)組
年平均負(fù)荷率一般在65％～75％，偏離額定工況效
率明顯降低，這是液力耦合器的最大弊端，效率
低，損耗大，運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)油溫過高等異常情況。
變頻調(diào)速裝置可以使電動(dòng)設(shè)備處于最佳運(yùn)
行狀態(tài)，大大提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。目
前，電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置技術(shù)已非常成熟【2_3】，
在技術(shù)可行且不產(chǎn)生安全隱患的前提下，提高在
低負(fù)荷工況下電泵組的效率，降低電泵運(yùn)行時(shí)的
電耗是十分必要的。
液力耦合器在運(yùn)行中，泵輪轉(zhuǎn)速 要稍大于
渦輪的轉(zhuǎn)速 ，只有這樣泵輪出口油壓才能高于
渦輪人口油壓，從而完成轉(zhuǎn)矩傳遞。泵輪與渦輪
的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比如下式：
： ( B— )／ B
式中：．s為液力耦合器的滑差。
液力耦合器在工作過程中的能量損失主要
是液體在工作腔內(nèi)的流動(dòng)損失和進(jìn)人工作輪人
口處的沖擊損失、工作輪與空氣的摩擦損失，以
及軸承、密封、齒輪齒等的機(jī)械損失，因此液力耦
合器的輸出功率P2總是小于輸入功率P 。
液耦調(diào)速器與變頻調(diào)速改造后的唯一區(qū)別就
是兩者的效率不同【4]，變頻器的效率一般保持在
97％以上，而液力耦合器的效率在90％以下，兩者
的效率差成了節(jié)能的來源，而節(jié)能計(jì)算也是圍繞
著計(jì)算液力耦合器的運(yùn)行效率計(jì)算。對照圖1，
變頻調(diào)速效率曲線和液力耦合器效率曲線圍成的
三角區(qū)域就是液力耦合調(diào)速電動(dòng)給水泵改為變頻
調(diào)速后的節(jié)能空間。相同負(fù)荷條件下，效率相差
很大，75％負(fù)荷率以下，可以節(jié)電20％及以上。
2 電動(dòng)給水泵變頻改造實(shí)施方案
國內(nèi)某電廠單機(jī)容量330 MW，配置3臺液
耦調(diào)速電動(dòng)給水泵，帶前置泵。給水泵電機(jī)
5 500 kW／6 kV，出水流量559．9訛，揚(yáng)程2 353 m，
液力耦合器為YOT51型，輸入轉(zhuǎn)速l 491 r／min，
輸出轉(zhuǎn)速5 900 dmin。每臺機(jī)組配置3臺50％額
定容量電動(dòng)給水泵，采用液力耦合器調(diào)節(jié)給水泵
控制給水流量。系統(tǒng)如圖2所示，鍋爐給水泵、給
水前置泵、液力耦合器工作油泵和潤滑油泵由同
一臺電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，給水前置泵、工作油、潤滑油油
泵與給水泵電動(dòng)機(jī)同步恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2 液力耦合器調(diào)速給水泵系統(tǒng)不意圖
Fig．2 ~ hematic diagram of hydraulic coupler of
variable speed feed water pump system
2．1 改造方案的分析與選擇
一個(gè)合適的鍋爐給水泵液耦調(diào)速改變頻方
案應(yīng)該全面考慮和比較改造后設(shè)備長期運(yùn)行的
安全性、節(jié)能效益、投資回報(bào)率、施工工期、運(yùn)行
的維護(hù)費(fèi)用等多種要素，綜合比較后在確保長期
運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，電廠的鍋爐液耦調(diào)速電動(dòng)給
水泵變頻改造方案歸納如下。
1)對3臺液力耦合器調(diào)速電動(dòng)給水泵中的
A，B泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造，保留C泵液耦調(diào)速功
能，作為備用泵。
2)液力耦合器變頻改造時(shí)，保持液力耦合器
的所有外部結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變，不需要拆除
液力耦合器內(nèi)部原有的工作油泵和潤滑油泵，從
而不會(huì)破壞液力耦合器的原始結(jié)構(gòu)。
3)不拆除液力耦合器的原始工作油泵以及
潤滑油泵，保持原始的機(jī)組油系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，從
而不需要對整個(gè)機(jī)組的油管路進(jìn)行拆除或進(jìn)行
大的更改，不需要在機(jī)組現(xiàn)場進(jìn)行大規(guī)模的焊接
施工。
4)變頻改造后，主給水泵與前置泵用同一臺
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，前置泵的運(yùn)行方式由原來的定速改
為變速運(yùn)行，對前置泵進(jìn)行校核，以確保變頻改
6】
電氣傳動(dòng)2015年第45卷第10期 郭輝，等：火電廠鍋爐電動(dòng)給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析
造后能滿足給水泵的汽蝕余量的要求。
5)采用保留液力耦合器方式，將液力耦合器
的原有功能全部保留，無需單獨(dú)配潤滑油系統(tǒng)等
功能；當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障后可以迅速切換到工頻
運(yùn)行，等變頻器故障排除后在切換回變頻運(yùn)行。
綜合比較，采用的變頻改造方案具有新增設(shè)
備少，施工工期短，節(jié)能效益以及投資回報(bào)率高，
降低了設(shè)備長期運(yùn)行的維護(hù)費(fèi)用，保證設(shè)備長期
運(yùn)行的安全穩(wěn)定性的多種優(yōu)點(diǎn)，圖3給出了改造
的工藝方案示意圖。
圖3 液力耦合器改造的工藝方案示意圖
Fig_3 Schematic diagram ofprocess~heme of
hydraulic coupler transformation
2．2 高壓變頻器控制方式
要求最大限度地達(dá)到節(jié)能目的，提高給水泵
組節(jié)能效率(機(jī)組年平均負(fù)荷率70％計(jì)算，改造
后給水泵組年度加權(quán)平均能耗應(yīng)比改造前降低
23％)，同時(shí)保證備用給水泵的安全、可靠備用。
本工程將對A給水泵、B給水泵在原液力耦合器
調(diào)速基礎(chǔ)上進(jìn)行高壓變頻調(diào)速改造，控制方式采
用手動(dòng)一拖一方式。采用一臺高壓變頻調(diào)速系
統(tǒng)拖動(dòng)一負(fù)載，其電氣原理示意接線圖如4所
示。該方案在設(shè)計(jì)中考慮：1)工頻旁路隔離刀閘
QS3設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)，QS2與QS3為雙頭隔離刀閘，
防止誤操作；2)在變頻運(yùn)行狀況下，QS1，QS2閉
合，QS3斷開。如運(yùn)行過程中變頻器發(fā)生故障
停機(jī)，則啟動(dòng)備用泵B泵，斷開母線側(cè)高壓開關(guān)
QF后，斷開QS1，QS2，閉合Qs3，使A泵處于工
頻備用狀態(tài)；3)待變頻器故障排除后，斷開QS3，
閉合QS1，QS2，閉合母線側(cè)高壓開關(guān)QF、變頻啟
動(dòng)A泵，同時(shí)B泵停機(jī)進(jìn)入備用狀態(tài)。
系
統(tǒng)
高
壓
母
線
圖4 手動(dòng)切換方式接線圖
Fig．4 Manual switching mode wiring diagram
2-3 前置泵改造方案
火電廠鍋爐給水泵，人口水溫近似飽和水
62
溫，為保證不發(fā)生汽蝕，安裝設(shè)置了低速前置
泵。給水先通過前置泵升高壓力后，再進(jìn)人給水
泵。這樣就使給水泵人口的壓力大于給水溫度
所對應(yīng)的汽化壓力，避免了給水泵的汽蝕。給水
泵組進(jìn)行變頻調(diào)速型液力耦合器電動(dòng)給水泵改
造后，前置泵如何運(yùn)行，是繼續(xù)保持定速運(yùn)行，還
是由給水泵電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)變速運(yùn)行，成為必需
解決的技術(shù)關(guān)鍵。
機(jī)組電動(dòng)給水泵的前置泵，由給水泵電動(dòng)機(jī)
同軸驅(qū)動(dòng)是出于設(shè)計(jì)、安裝和使用的方便和習(xí)慣，
并不是前置泵要定速運(yùn)行，前置泵設(shè)計(jì)為同軸定
速方式，是因?yàn)橐毫︸詈掀髡{(diào)速時(shí)，前置泵不能變
速運(yùn)行，為節(jié)省一臺單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，由給水泵
電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)定速運(yùn)行。關(guān)鍵是前置泵揚(yáng)程所
提供的有效汽蝕余量，在變速運(yùn)行工況下，無論轉(zhuǎn)
速高低，都要始終高于給水泵必需汽蝕余量。給
水泵電動(dòng)機(jī)改為變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，前置泵也同時(shí)
改為變頻調(diào)速運(yùn)行，既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。
2．4 液力耦合器改動(dòng)方案
依據(jù)設(shè)備安全可靠原則，液力耦合器改造原
則是：1)保留耦合器軸頭油泵的功能，確保突發(fā)狀
態(tài)下整個(gè)機(jī)組能惰性停機(jī)，不至于損害機(jī)組設(shè)
備；2)保留機(jī)組輕載啟動(dòng)和柔性連接的功能，保
護(hù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在故障下，不發(fā)生卡死或咬死現(xiàn)象；
3)盡量保留原操作習(xí)慣，確保機(jī)組安全運(yùn)行。
液力耦合器勺管保持100％開度運(yùn)行，其潤
滑油系統(tǒng)保留，將液力耦合器內(nèi)部工作油油泵和
潤滑油泵保留，增設(shè)外置式工作油、潤滑油系統(tǒng)，
通過油管路與耦合器相連，油泵均采用1×100％
容量，新增油泵與原耦合器油泵互為備用，一運(yùn)
一備。
3 變頻改造節(jié)能效果
表1、表2為機(jī)組相同負(fù)荷條件下A泵改造前
后測取的電流值。B電泵電流下降值與A泵相
當(dāng)，計(jì)算中認(rèn)為與A泵一樣。由表2可得在不同
負(fù)荷段的電流下降平均值為128 A，電泵工頻運(yùn)
行時(shí)其功率因數(shù)根據(jù)實(shí)測電能量計(jì)算，負(fù)荷從
190 Mw至330 Mw變化時(shí)，其功率因數(shù)自0．82
逐步上升至0．895；電泵變頻運(yùn)行時(shí)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷
從190 Mw至330 MW變化時(shí)，變頻器頻率基本
在35 Hz至45 Hz之間變化，變頻器輸入功率因數(shù)
基本維持在0．99，因此，計(jì)算時(shí)變頻狀態(tài)取其功
率因數(shù)為固定0．99。
熊堡
蘭
郭輝，等：火電廠鍋爐電動(dòng)給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析 電氣傳動(dòng)2015年第45卷第l0期
表1 變頻改造前機(jī)組各負(fù)荷段A電泵數(shù)據(jù)
Tab．1 Frequency conversion renovation before
the power unit A electric pump data
表2 變頻改造后機(jī)組各負(fù)荷段A電泵數(shù)據(jù)
Tab．2 The power frequency converter unit A electric pump data
根據(jù)變頻器技術(shù)協(xié)議中關(guān)于變頻裝置總效
率(含變壓器)的要求及其承諾，變頻器總效率≥
96％，計(jì)算時(shí)取96％，單臺前置泵、油泵、空水冷等
實(shí)際運(yùn)行功率為102 kW。電泵變頻改造后，當(dāng)按
照年度運(yùn)行7 900 h計(jì)算時(shí)，圖5為A電動(dòng)給水泵
工、變頻電流對比示意圖，電流平均下降128 A。
圖6為電廠1號機(jī)組變頻給水泵綜合節(jié)電率趨勢
圖，機(jī)組不同負(fù)載(鍋爐給水流量)各工況下節(jié)能
率達(dá)9％一32％，年度節(jié)能量可達(dá)1 140萬kW·h，
按照上網(wǎng)電價(jià)0．288 6元／kW·h計(jì)算，每年可產(chǎn)生
經(jīng)濟(jì)效益329萬元。
600
500
垂
l00
0
負(fù)荷，Mw
圖5 A電動(dòng)給水泵工、變頻電流對比
Fig．5 Electric water pump A variab le
frequency current comparison
垂
垂
《
O00
000
O00
000
O00
000
0 200 230 250 270 290 300 330
負(fù)荷／MW
圖6 電廠1號機(jī)組變頻給水泵綜合節(jié)電率
Fig．6 Unit 1 power plant frequency conversion water supply
pump comprehensive energy saving rate
A給水泵變頻改造后的節(jié)能效果如表3所示。
在1 90 MW負(fù)荷時(shí)，給水泵在變頻工況下E匕] Ⅱ況
下的節(jié)電率為30．58％；250 Mw 負(fù)荷時(shí)，變頻工況
給水泵節(jié)電率為l7．61％左右，330 Mw負(fù)荷時(shí)，
給水泵節(jié)電率9．44％?？梢钥闯?，隨著機(jī)組負(fù)荷
的降低，變頻器節(jié)能降耗的幅度及優(yōu)勢越明顯，
隨著機(jī)組參與調(diào)峰幅度的增加，給水泵電機(jī)變頻
改造將降低給水泵電機(jī)的耗電率，進(jìn)一步減少能
源消耗，提高能源的利用效率。
表3 A給水泵變頻改造后的節(jié)能效果
Tab ．3 The efect ofenergy savingpumpA after
frequency conversion tran sformation
4 結(jié)論
通過研究分析，液力耦合器調(diào)速給水泵替代
為變頻調(diào)速給水泵，可明顯提高給水泵的運(yùn)行效
率，節(jié)能效果顯著，是電廠節(jié)能降耗的有效途
徑。因此，在電站給水泵的節(jié)能改造上將有較大
的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期：2014—11-10
修改稿日期：2015-04—22
63

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