600MW空冷機組電動給水泵改變頻運行方案選擇及節(jié)能淺析

關鍵詞： 高壓變頻器 電動給水泵 液力耦合器 節(jié)能

摘要：隨著近幾年我國和全球經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)目前面臨的形勢也出現(xiàn)了一些新的變化。內(nèi)蒙古大板發(fā)電有限責任公司積極響應國家政策,對電廠600MW亞臨界空冷燃煤汽輪發(fā)電機組的電動給水泵實施變頻節(jié)能改造.

1. 大板電廠給水泵改造的背景和必要

1.1改造背景

大板電廠采用電動給水泵，沒有安裝汽動給水泵，因此在機組調(diào)峰和低負荷狀態(tài)下造成很大的電能浪費，不符合國家能源發(fā)展方向和環(huán)保要求。對電動給水泵進行節(jié)能改造勢在必行。隨著近幾年我國和全球經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)目前面臨的形勢也出現(xiàn)了一些新的變化。

（1）國家能源結構調(diào)整深入推進，火電結構調(diào)整面臨新壓力。

（2）節(jié)能標準日益提高，對火電節(jié)能降耗工作提出更高要求。

（3）大功率電動機節(jié)能技術。

1.2改造的必要性

液力耦合調(diào)速電動給水泵,是發(fā)電廠生產(chǎn)過程的主要輔機之一。燃煤火力發(fā)電機組鍋爐全配置的液力耦合器調(diào)速電動給水泵,耗電量約占單元機組發(fā)電量的2.5％～4％左右（因純凝、供熱、空冷、壓力等因素而不同），是機組輔機中最大的耗電設備，尤其是空冷機組，廠用電率高達10％左右。

與傳統(tǒng)的安裝在管道上的調(diào)節(jié)閥相比，液力耦合器具有30％左右的節(jié)能效果。但耦合器調(diào)速過程泵輪和渦輪有滑差存在，輸出端轉(zhuǎn)速由高到低，滑差由小到大，滑差本質(zhì)上是一種摩擦的表現(xiàn)形式，摩擦就會生熱，這個熱量不會去做功的，是純粹的損耗。電動給水泵耗費的電功率除了正常所需外，液力耦合器滑差調(diào)節(jié)產(chǎn)生的熱耗損失了部分功率，直接影響到全廠的供電煤耗、發(fā)電成本等指標。

2.項目簡介

內(nèi)蒙古大板發(fā)電有限責任公司（以下簡稱：大板電廠）位于赤峰市巴林右旗大板鎮(zhèn)。一期工程安裝兩臺600MW亞臨界空冷燃煤汽輪發(fā)電機組。兩臺機組于2013年通過168小時試運行，同年9月投入商業(yè)運行。兩臺機組通過板巴1號線和板巴2號線并入500kV東北電網(wǎng)。每臺機組安裝有3臺滿足機組35%容量電動給水泵組。所有電動給水泵組均布置在汽機房零米，每臺機組的電動給水泵為縱向順列布置。電動給水泵電動機、液力耦合器及給水泵與前置泵連體布置。電動機同軸驅(qū)動給水泵和前置泵，由液力耦合器調(diào)速實現(xiàn)給水泵的流量調(diào)節(jié)。正常運行時三臺給水泵全部運行，無備用；機組負荷低于460MW時，兩臺給水泵運行，1臺備用。給水泵組技術規(guī)范如表1--表4所示：

表1給水泵技術參數(shù)（生產(chǎn)廠家：沈陽透平機械股份有限公司）

表2液力耦合器（生產(chǎn)廠家：德國福伊特公司）

表3給水泵電動機（生產(chǎn)廠家：湘潭電機廠）

表2.4 前置泵（生產(chǎn)廠家：沈陽透平機械股份有限公司）

3改造方案

目前對全配置液力耦合器調(diào)速電動給水泵進行節(jié)能改造的解決方案主要有：

（1）置換式——將原液力耦合器置換成增速齒輪箱，用變頻器調(diào)節(jié)給水泵電動機輸出轉(zhuǎn)速。

（2）直驅(qū)式——將原液力耦合器泵輪和渦輪拆除，用聯(lián)軸器將輸入軸和輸出軸連接起來；用變頻器調(diào)節(jié)給水泵電動機輸出轉(zhuǎn)速。

（3）多功能液力耦合器——不改變液力耦合器，正常工作時，將液力耦合器的勺管調(diào)節(jié)到100%位置，再用變頻器調(diào)節(jié)給水泵電動機輸出轉(zhuǎn)速。

（4） 高速直驅(qū)傳動系統(tǒng)——將給水泵電動機更換成高速電動機，直接驅(qū)動給水泵高速運行；給前置泵增加一臺電動機，拖動前置泵定速運行。

3.1 給水泵變頻調(diào)速改造方案

在現(xiàn)有的35%容量電動給水泵組不做調(diào)整的前提下，每臺電動給水泵進行變頻改造。隨著電力電子技術的發(fā)展，近年來，高壓變頻器技術已經(jīng)成熟，主要優(yōu)點有：

（1）速度控制范圍寬， 1％～100％；

（2）調(diào)節(jié)精度，±0.5％；

（3）整機效率97％，功率因數(shù)不低于0.95；

（4）軟啟／軟停，對廠用電系統(tǒng)沖擊小。

提高給水調(diào)節(jié)品質(zhì)被公認為是一種節(jié)能、高效的交流調(diào)速方式，在工業(yè)領域內(nèi)被廣泛應用。用變頻器替代液力耦合器控制鍋爐給水泵也許是兼顧了投資和節(jié)電兩個方面最合適的改造方法。

變頻調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速與液偶間接調(diào)速不同，變頻器通過改變給水泵電動機的供電頻率直接調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速，始終讓電動機具有較高的工作效率，同時，電動機的功率消耗也與給水泵的轉(zhuǎn)速有了三次方的關聯(lián)關系，如果再改變液力耦合器的工作方式或干脆采用機械方式傳遞動力到給水泵，液力耦合器的熱損耗也被消除了。

3.2液力耦合器改造方案

電廠原有給水泵配置，是主泵和前置泵由一臺電動機同軸驅(qū)動。主泵和電動機之間配置有增速液力耦合器（詳見圖一）。根據(jù)工況需要，調(diào)節(jié)液力耦合器勺管開度，來控制液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速的目的。

圖一

給水泵進行變頻改造的關鍵是如何改造液力耦合器。以滿足其輸入（電動機）軸變速運行時，輸出（主泵）軸能夠按增速齒輪箱功能變速輸出。其改造方案有:

方案一：置換式——將液力耦合器更換成增速齒輪箱（詳見圖二）；將前置泵軸調(diào)轉(zhuǎn)1800，增加前置泵電動機獨立驅(qū)動前置泵工作。

特點：改造成本價高；施工時間長。

圖二

方案二：直驅(qū)式——把液力耦合器改造成增速齒輪箱，拆除液力耦合器泵輪和渦輪及其相關部件，用聯(lián)軸器將輸入軸和輸出軸連接起來。再將前置泵調(diào)轉(zhuǎn)1800，增加前置泵電動機獨立驅(qū)動前置泵工作（詳見圖三）。

特點：需要液力耦合器返廠改造。周期長，費用高，且屬非標產(chǎn)品，運行穩(wěn)定性很難保證。

圖三

方案三：多功能液力耦合器——液力耦合器不做任何改造，只是在變頻器控制給水泵電動機時，將液力耦合器的勺管強制到100%位置；增加外部補油泵，使液力耦合器輸入轉(zhuǎn)速較低的時候，補充潤滑油和工作油壓力（詳見圖四）。

特點：改造方便、改造成本低。液力耦合器的滑差未能改善，傳動效率低，節(jié)能效果不理想。

圖四

此種改造方式，液力耦合器具有兩種功能,變頻運行時，由于液力耦合器勺管在100%的位置，液力耦合器轉(zhuǎn)速近似于1：1輸出（只受制于液體滑差和傳動效率）；變頻器故障時，恢復液力耦合器原有功能，還原給水泵由液力耦合器調(diào)速的功能，使給水泵組工頻運行。

方案四：高速電動機驅(qū)動——將原給水泵電動機更新為高速電動機。拆除液力耦合器；增加前置泵電動機獨立驅(qū)動前置泵工作（詳見圖五）。

特點：改造成本高。機組傳動效率高；施工簡單；前置泵不用調(diào)轉(zhuǎn)方向；機組穩(wěn)定性高；節(jié)能效果能達到最理想效果。