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火電廠鍋爐電動給水泵系統(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能源環(huán)?？萍加邢薰?2．神華神東電力公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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電氣傳動2015年第45卷第10期 ELECTRIC DRIVE 2015 Vo1．45 No．10
火電廠鍋爐電動給水泵系統(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，針對生產(chǎn)的
實際工況，對設(shè)備選型和改造方案進行了具體設(shè)計。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案達到了設(shè)計要求，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)濟效益、社會效益，為同類電廠節(jié)能改造提供了參考。
關(guān)鍵詞：火電廠；電動給水泵；高壓變頻器；節(jié)能
中圖分類號：TP13 文獻標(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
火電廠電動給水泵作為機組輔機中最大的
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設(shè)備，直接影響到廠用電
指標(biāo)和全廠經(jīng)濟效益。高壓變頻調(diào)速具有系統(tǒng)
效率高、能實現(xiàn)電動機軟啟動、功率因數(shù)高、調(diào)節(jié)
品質(zhì)好等諸多優(yōu)點[1]，因此對燃煤電廠電動給水
泵進行變頻改造是提高機組經(jīng)濟性重要措施。
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，一段時期內(nèi)廣泛應(yīng)用
于200 Mw和300 Mw等級的機組中，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)計原理，液力耦合器
實現(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％時能量損耗就達到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：火電廠鍋爐電動給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析 電氣傳動2015年第45卷第l0期
電機組很難保證始終維持在90％以上負(fù)荷運行。
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)動調(diào)速的電動給水泵的節(jié)電
潛力是很大的，其原因是按技術(shù)規(guī)范進行設(shè)計
時，鍋爐機組的最大連續(xù)蒸發(fā)量是按汽輪機組的
最大進汽量的1．05～1．10倍計算的，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計算
的，液力耦合器是按最大流量配套的，機組投產(chǎn)
后，即便在額定工況運行，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)速裝置可以使電動設(shè)備處于最佳運
行狀態(tài)，大大提高運行效率，達到節(jié)能目的。目
前，電動機的變頻調(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，降低電泵運行時的
電耗是十分必要的。
液力耦合器在運行中，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)的流動損失和進人工作輪人
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)能計算也是圍繞
著計算液力耦合器的運行效率計算。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 電動給水泵變頻改造實施方案
國內(nèi)某電廠單機容量330 MW，配置3臺液
耦調(diào)速電動給水泵，帶前置泵。給水泵電機
5 500 kW／6 kV，出水流量559．9訛，揚程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。每臺機組配置3臺50％額
定容量電動給水泵，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
一臺電動機拖動，給水前置泵、工作油、潤滑油油
泵與給水泵電動機同步恒速轉(zhuǎn)動。
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)備長期運行的
安全性、節(jié)能效益、投資回報率、施工工期、運行
的維護費用等多種要素，綜合比較后在確保長期
運行安全的基礎(chǔ)上，電廠的鍋爐液耦調(diào)速電動給
水泵變頻改造方案歸納如下。
1)對3臺液力耦合器調(diào)速電動給水泵中的
A，B泵進行變頻調(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，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，保持原始的機組油系統(tǒng)設(shè)計理念，從
而不需要對整個機組的油管路進行拆除或進行
大的更改，不需要在機組現(xiàn)場進行大規(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
電動機驅(qū)動，前置泵的運行方式由原來的定速改
為變速運行，對前置泵進行校核，以確保變頻改
6】
電氣傳動2015年第45卷第10期 郭輝，等：火電廠鍋爐電動給水泵系統(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
運行，等變頻器故障排除后在切換回變頻運行。
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率高，
降低了設(shè)備長期運行的維護費用，保證設(shè)備長期
運行的安全穩(wěn)定性的多種優(yōu)點，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
要求最大限度地達到節(jié)能目的，提高給水泵
組節(jié)能效率(機組年平均負(fù)荷率70％計算，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)上進行高壓變頻調(diào)速改造，控制方式采
用手動一拖一方式。采用一臺高壓變頻調(diào)速系
統(tǒng)拖動一負(fù)載，其電氣原理示意接線圖如4所
示。該方案在設(shè)計中考慮：1)工頻旁路隔離刀閘
QS3設(shè)置聯(lián)鎖保護，QS2與QS3為雙頭隔離刀閘，
防止誤操作；2)在變頻運行狀況下，QS1，QS2閉
合，QS3斷開。如運行過程中變頻器發(fā)生故障
停機，則啟動備用泵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A泵，同時B泵停機進入備用狀態(tài)。
系
統(tǒng)
高
壓
母
線
圖4 手動切換方式接線圖
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
泵組進行變頻調(diào)速型液力耦合器電動給水泵改
造后，前置泵如何運行，是繼續(xù)保持定速運行，還
是由給水泵電動機同軸驅(qū)動變速運行，成為必需
解決的技術(shù)關(guān)鍵。
機組電動給水泵的前置泵，由給水泵電動機
同軸驅(qū)動是出于設(shè)計、安裝和使用的方便和習(xí)慣，
并不是前置泵要定速運行，前置泵設(shè)計為同軸定
速方式，是因為液力耦合器調(diào)速時，前置泵不能變
速運行，為節(jié)省一臺單獨驅(qū)動的電動機，由給水泵
電動機同軸驅(qū)動定速運行。關(guān)鍵是前置泵揚程所
提供的有效汽蝕余量，在變速運行工況下，無論轉(zhuǎn)
速高低，都要始終高于給水泵必需汽蝕余量。給
水泵電動機改為變頻調(diào)速運行時，前置泵也同時
改為變頻調(diào)速運行，既安全可靠又經(jīng)濟合理。
2．4 液力耦合器改動方案
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)下整個機組能惰性停機，不至于損害機組設(shè)
備；2)保留機組輕載啟動和柔性連接的功能，保
護驅(qū)動設(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，確保機組安全運行。
液力耦合器勺管保持100％開度運行，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
一備。
3 變頻改造節(jié)能效果
表1、表2為機組相同負(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
行時其功率因數(shù)根據(jù)實測電能量計算，負(fù)荷從
190 Mw至330 Mw變化時，其功率因數(shù)自0．82
逐步上升至0．895；電泵變頻運行時當(dāng)機組負(fù)荷
從190 Mw至330 MW變化時，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，計算時變頻狀態(tài)取其功
率因數(shù)為固定0．99。
熊堡
蘭
郭輝，等：火電廠鍋爐電動給水泵系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能分析 電氣傳動2015年第45卷第l0期
表1 變頻改造前機組各負(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％，計算時取96％，單臺前置泵、油泵、空水冷等
實際運行功率為102 kW。電泵變頻改造后，當(dāng)按
照年度運行7 900 h計算時，圖5為A電動給水泵
工、變頻電流對比示意圖，電流平均下降128 A。
圖6為電廠1號機組變頻給水泵綜合節(jié)電率趨勢
圖，機組不同負(fù)載(鍋爐給水流量)各工況下節(jié)能
率達9％一32％，年度節(jié)能量可達1 140萬kW·h，
按照上網(wǎng)電價0．288 6元／kW·h計算，每年可產(chǎn)生
經(jīng)濟效益329萬元。
600
500
垂
l00
0
負(fù)荷，Mw
圖5 A電動給水泵工、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，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，變頻工況
給水泵節(jié)電率為l7．61％左右，330 Mw負(fù)荷時，
給水泵節(jié)電率9．44％?？梢钥闯觯S著機組負(fù)荷
的降低，變頻器節(jié)能降耗的幅度及優(yōu)勢越明顯，
隨著機組參與調(diào)峰幅度的增加，給水泵電機變頻
改造將降低給水泵電機的耗電率，進一步減少能
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
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用EJ]．電氣傳動，1999，29(4)：14—17．
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動，1999，29(1)：3-6．
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[5] 孫立新．給水泵高壓變頻控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．電站
系統(tǒng)工程，2013。29(2)：75—78．
收稿日期：2014—11-10
修改稿日期：2015-04—22
63

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