电厂给水系统技术和经济分析

发电厂母管式给水系统应用高压变频器的技术和经济分析Techno-economicsAnalysisofApplyingHigh-VoltageInverterin摘 要本文介绍电厂母管式给水系统应用高压变频器的技术和经济分析，对应用方案进展了分析和比较关键词:高压变频器 母管式给水系统 节能引言火力发电厂通过承受高压变频器作为辅机调速节能的手段，实现节能降耗，降低厂用电运行工况和及其变频改造可以取得的效益都比较关心，特别是以下问题:并联。而调速泵速度降低后，按一般常理认为，其输出水压将降低，那么调速泵与其他工频泵并联，是否会有回水倒灌现象?作点到底如何确定，从而确定并联调速的节能效果呢？本文以某电厂承受高压变频器的多台机组公用母管式给水系统改造方案确定的实际应用分析解答以上问题。母管式给水系统状况介绍图1为某电厂两台30MW火电机组给水泵回路原理示意图。其中三台水泵的高压电动机额定轴功率500kW，额定电压6kV，电机额定电流为57.2A。该设计最初的设计思想是“两工作一备用”，当任意一台消灭故障时随即启动备用电动机，保证机组的正常运行。图1某电厂给水泵接线原理经过水泵叶轮技术改造之后，现在的实际运行工况是:在目前负荷状况下，一台泵的出水量已根本满足两台机组的正常运行需求，在日间(约16h)1＃炉与2＃炉正常工作、总负荷为67MVA左右时，运行2＃泵，此时电机电流为51A左右，功率因数为0.86，关闭回水阀，实际给水量约120m3/h，泵出口压力为8.3~8.9MPa左右，依据泵的性能曲线，此台泵;而夜间(约8h)负荷较低时，只运行其中一台炉，此时保持运行2＃泵，调整回水阀，电机电流为41A左右，电机功率因数为0.85，泵出口压力为9.2~9.8Mpa左右，实际给水量只需62m3/h左右，通过调整旁路阀调整出水量满足要求。通过上述数据可得出如下结论:日间二拖一时，一台泵运行时，水泵给水量约120m3/h，从水泵的性能曲线可知，在该点运行时水泵效率较低，为 53％，而该水泵最正确效率点为 62％(对应额定流量为80m3/h);日间二拖一时，电机的视在功率约为1.732×6000×51=530kVA，其中有功功率为530×0.86=455.8kW，在该运行状况下电机已根本满负荷运行。夜间一拖一时，电机的视在功率约为1.732×6000×41=426kVA，其中有功功率为426×0.85=360kW。高压变频技术改造的节能效果分析改造前水泵运行工况分析改造前给水系统运行数据如附表所示。附表 系统运行数据表在水泵性能曲线上绘出二拖一工况及一拖一工况的等效率曲线(实际中静压远远小于水泵额定水压故无视静压)通过相关数据绘出锅炉供水系统运行H-Q曲线绘制方法:在二拖一时流量为 123m3/h，电机功率 460kW，给水压力 8.5MPa;依据等效率曲线公式K=H÷Q2，计算出二拖一的等效率参数K=850÷1252=0.0544，然后把不同的Q值代入K=H×Q2,计算出不同Q值对应的H值,挨次联接绘出二拖一时的管网特性曲线,如图2中曲线2所示。图2 工频供水Q-H曲线及管网特性曲线9.8MPa;绘出一拖一时的管网特性曲线2中曲线3(此曲线对应回流阀开度肯定时)。可知:在进展变频改造前，白天运行工况点为A点，夜间为B9.8MPa1023/40m3/h。电机功率计算公式为:N=λ×H×Qλ为考虑水的容重、阻力系数、水泵效率及电机效率等后的一个等效系数，其曲线特征和消耗效率成反比。设运行工况为二拖一时计算功率的系数为λ1;设运行工况为一拖一时计算功率的系数为λ2。由公式:λ=N÷(H×Q)得λ1=460000÷850÷125=4.329λ2=360000÷990÷102=3.565假定泵的额定流量为Qn，泵在额定流量时所需电机功率为Pn，变频改造前假设白天耗电稳定，电机功率为 P11(kW)，此功率状况下工作时间为 T11(h);晚上电机功率为P12(kW)，工作时长为T12(h)，则改造前日耗电量为:W1=P11×T11+P12×P11 (kWh)假定每kW〃h电本钱为Y1(元/kWh)，年运行时间为D0天，年耗电本钱为:Y1=W1×Y1×D0(元)P11=460(kW)，T11=16(h)，T12=8(h)，P12=360(kW)，年运行时间D0假定为330天，上网价以Y1=0.5元/kWh。则每年消耗电费:YQ=(460×16+360×8)×330×0.5=169(万元)锅炉原蒸发量承受一台变频进展变频改造后，按锅炉需水量供水，假设二拖一工况设定给水压力平均8.5Mpa，变频运行供水120m3/h，一拖一工况设定给水压力为9.5Mpa，变频运行供水60m3/h。依据与图2一样的绘制方法，由等效率曲线公式绘出二拖一、一拖一变频运行H-Q曲3图3 一台泵变频改造后变频运行H-Q曲线，由水泵效率曲线综合计算变频泵的λ值等于4.329。由公式N=λ×H×Q得白天运行二拖一变频工况时输出功率为:N=λ×H×Q3=4.329×850×120=441.558(kW)夜间一拖一变频工况时，由水泵效率曲线综合计算变频泵的λ值等于3.48，输出功率:N=λ×H×Q1=3.48×950×60=198.58(kW)变频改造后电机耗电费用为:Yh=(441.558×16+198.58×8)×330×0.5/0.97=147.2(万元)可节约电费:YJ=YQ-YH=169-147.2=21.8(万元)由变频运行等效率曲线得变频输出的实际频率为:二拖一变频工况下的变频运行频率:HZ变=Q1÷Q2×50=120÷122×50=49.1(Hz)一拖一变频工况下的变频运行频率:HZ变=Q1÷Q2×50=60÷66×50=45.45(Hz)λ50Hz，节能效果则更显著。锅炉增加蒸发量承受一台变频电厂对锅炉进展清洗后，锅炉蒸发量将会增大1%-3%;在二拖一的状况下，一台水泵供水一台给水再循环门翻开肯定开度;或两台给水再循环阀门都翻开至肯定开度，保证二台供水泵并联运行时联合供水量为锅炉所需的126m3~130m3(设为129m3/h在9.9Mpa假设白天承受二台泵并联运行供水，且承受同时调整再循环阀门开度的方式来调整供水9.9Mpa;依据上述H-Q曲线绘制方法做出两台工频并联运行H-Q曲线如图4所示。图4 两台工频供水H-Q曲线两台工频合成的工作点在(129m3/h,9.9M)，每台的工作点在(102m3/h,9.9M),再循环阀翻开,回水37.5m3/h。两台工频驱动时,依据H-Q曲线增加蒸发量后,工作曲线3右移,λ增大,由水泵效率曲线综合计算工频泵λ=3.63,电机输出功率为:N=λ×H×Q=3.63×990×102=366.56(kW)则，每日消耗电能:W1=P11×T11×P12×T12=366.56×2×16+366.56×8=14662(kWh)年消耗电费:YQ=W1×Y1×D0=146624×0.5×330=242(万元)如一台进展变频改造之后,夜间负荷较低时承受一台变频泵供水,供水量为64.5m3/h左右。白天负荷较高时一台承受工频泵供水,另一台承受变频泵供水,运行过程中两台水泵的出水阀全开,旁路阀关闭;联合供水量为126m3/h～130m3/h(设为129m3/h)，运行工况56所示。图5 锅炉增加蒸发量后一台变频改造日间H-Q曲线及管网特性图6锅炉增加蒸发量后一台变频改造夜间H-Q曲线及管网特性两台电机中的工频电机工作点在(102，9.9M)，变频电机工作在(27，9.9M)。由于锅炉增加蒸发量，供水量Q增加约3%，H也会相应的增加到肯定数值;查曲线得Q增加到129m3/h后母管压力为9.9MPa，由于管网特性的转变，工频泵工况点转移到曲线5，变频泵工作在曲线6。由变频运行等效率曲线得日间二拖二时，变频器输出的实际频率为:HZ变=Q1÷Q2×50=27÷31×50=43.54(Hz)由变频运行等效率曲线得晚间一拖一时，变频器输出的实际频率为:HZ=Q3÷Q4×50=64.5÷70×50=46.1(Hz)由水泵效率曲线综合计算工频泵的λ值约等于3.79;变频泵出水27m3/h此时的效率很低，由水泵效率曲线综合计算变频泵的λ4.6。电机功率为:N=3.79×H×Q=3.79×990×102=3827(kW)一台变频改造后工频泵消耗电量为:PH工=382.7×16×330=2023731(kWh)一台变频改造后工频泵消耗电费为:YH工=2023730.9×0.5=101(万元)一台变频改造后日间二拖一模式和夜间二拖一模式变频泵的功率分别为:N变二拖一=4.6×H×Q=4.6×990×27=12296(kW)N变一拖一=3.43×H×Q=3.43×990×64.5=219(kW)一台变频改造后变频泵的年消耗电量为:PH变=(12296×16+219×8)×330=12277388.8(kWh)一台变频改造后变频泵的年消耗电费为:YH变=1227388.8×0.5=61.4(万元)一台变频改造后两台泵的年总消耗电费为:YH=YH工+YH变=101+61.4=162.4(万元)节约电费量为:YJ=YQ-YH=242-162.4=79.6(万元)增加蒸发量承受两台变频假设用两台变频泵供水,H-Q曲线如图7所示。曲线5特性过(129，9.9M)，每台变频工作在(64.5，9.9M),由变频运行等效率曲线得日间二拖二时变频输出的实际频率为:图7 锅炉增加蒸发量后两台变频并联运行H-Q曲线HZ变=64.5÷70×50=46.1(Hz)两台并联运行时，由水泵效率曲线综合计算变频泵的λ值等于3.43耗的功率为:N=3.43×H×Q=3.43×990×64.5=219(kW)年耗电量为:PH=(219×2×16+219×8)×330=2890800(kWh)年消耗电费:YH=YH×0.58=2890800×0.5=144.5(万元)与两台工频运行相比年节约电费:YJ=YQ×YH=242-144.5=97.5(万元)给水系统高压变频改造的其它效益网侧功率因数提高:原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8~0.86之间。承受高压变频调整系统后，电源侧的功率因数可提高到0.95以上，可进一步节约上游设备的运行费用。主设备运行与维护费用下降:承受变频调整后，由于通过调整电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、水泵转速也降低，主设备及相应关心设备如轴承等磨损较前减轻，维护周