变频技术在300MW机组低压加热器疏水泵上的应用.docx

变频技术机组低压加热器疏水泵上的应用在 300mw陈强 , 刘建华 , 张乐群(湛江发电厂 ,广东 湛江524099)湛江发电厂汽轮机为东方汽轮机厂制造的n300 -16 . 7/ 537/ 537 - 3 型 , 疏水泵为 150nw - 90 2 型 , 扬 程 180 m ,功率 125 kw ,转速 2 950 r/ min 。疏水泵出口 调节 阀 选 用 美 国 fisher 调 节 阀 。1 、2 号 机 组 分 别 于1995 年 2 月和 12 月投产 ,3 号机组 1999 年 7 月投产 。通过出口调节阀节流来控制疏水箱水位 ,在运行中存在如下问题 :(1) 低加疏水泵运行时节流量大 ,出口压力高 ,经 常发生泵轴封盘根处大量漏水造成工质损失 ,同时容易引起轴承进水 ,影响泵正常运行甚至损坏轴承和泵 。(2) 泵出口调节阀线性度不高 ,影响自动调整的稳 定投运 。(3) 由于调节性能不好 ,经常发生低加疏水箱水位 过低或无水位空泵运行 ,造成疏水泵汽蚀 ,疏水管道振动大 ,电流变化幅度大 ,泵叶轮及导叶轮 、泵轴 、轴承 、 盘根等部件损坏 ,影响泵使用寿命 ,一般运行 34 个 月须检修更换一次 ;有时出现水位过高 ,使低加水位高保护动作 ,低加解列 ,影响机组安全运行 。(4) 低加疏水泵定速运行 ,出口调节阀节流 ,能量 损失大 。(5) 运行操作频繁 ,检修维护工作量大 ,费用高 。 低加疏水系统采用逐级自流和疏水泵联合运行方式设计的 300 mw 机组 , 普遍存在上述 问 题 , 因 此 自1993 年起 300 mw 机组低加疏水系统设计时普遍取消低压加热器疏水泵运行中存在的问题1按设计要求 ,机组负荷在 120 mw 以下时 ,低压加热器 (下文简称低加) 疏水量少 ,容易抽空 。低加疏水 采用自高至低逐级自流方式 ,即 4 号低加 3 号低加2 号低加 低加疏水箱 12 m 水封 u 形管 凝汽器1 号低加 凝汽器 。机组负荷在 120 mw 以上时 ,低加 疏水采用逐级自流和疏水泵联合运行方式 ,即 4 号低 加 3 号低加 2 号低加 低加疏水箱 疏水泵 2号低加出口凝结水母管上 ,1 号低加 凝汽器 。该运 行方式可避免低加疏水导入凝汽器产生冷源损失 ,从而提高了机组运行经济性 ,但是疏水泵采用定速运行 ,45热力发电2001 ( 3) 摘 要 300 mw 机组低压加热器疏水系统设计为逐级自流和低压加热器疏水泵联合运行方式 ,疏水 泵定速运行时普遍存在泵故障率高 、管道振动大 、低压加热器投入率低等问题 。利用变频技术将低压加 热器水位控制方式由阀门调节改为疏水泵变频控制 ,改造后一年多运行表明疏水泵运行稳定 ,安全可 靠 ,低压加热器投入率达 100 % ,节能显著 ,并很快在湛江发电厂推广使用 。 关键词 300 mw 机组 ;变频技术 ;低压加热器 ;疏水泵 中图分类号 tk264 . 9 文献标识码 b 文章编号 1002 - 3364 (2001) 03 - 0045 - 03技术交流低加疏水泵 ,将 1 、2 号低加联合布置在凝汽器喉部 ,低加疏水采用自高至低逐级自流方式 ,系统简单 ,检修 、 运行维护量少 ,但是凝汽器冷源损失增加 ,降低了机组经济性 ,是以损失机组效率来换取低加系统运行稳定 的方式 ,具有局限性 。近年来 ,随着变频技术的日渐完 善和成熟 ,湛江发电厂在 1998 年 3 月 2 号机组大修时采用 zb - ds - 132/ b 型低加水位变频调速控制系统对低加疏水泵系统进行改造 ,132 kw 大功率变频器在300 mw 机组疏水泵上应用尚属首次 。经一年多的运 行表明 ,改造后低加疏水系统运行稳定 、安全可靠 ,节 能显著 。2 . 2变频器主要性能特点目前国内使用进口变频器品牌较多 ,生产厂家主 要有 abb 公司 、西门子公司 、安川公司等 。变频器主 要性能特点如下 :(1) 调速范围宽 ,调控精度高 (可达 0 . 01 hz) ,可靠 性高 ;(2) 高效率 ,功率因数可达 0 . 98 ,节能降耗 ;(3) 变频电机可从 0 r/ min 软启动 ,减少启动冲击 电流 ,延长电机使用寿命 。(4) 具有过压 、过流 、缺相 、欠压 、短路 、堵转 、过热 等全面保护功能 ,并可显示电流 、频率 、转速 、轴功率 、 故障报警等 ;(5) 自动控制功能先进 ,可与各种模拟仪表 、单回 路数字调节器 、集散控制系统连接 , 工程应用方便灵活 ;(6) 具有电源平波电抗器 、控制回波滤波器 ,抗干 扰能力极强 ;(7) 故障率低 ,维护量小 ;(8) 故障时可切换为工频运行 ,不影响停泵 。2 改造方案2 . 1变频调速的基本原理根据泵流量相似定律的比例定理 : qp np(1)qm = nm式中qp 原型泵流量 ;qm 模型泵流量 ;np 原型泵转速 ;nm 模型泵转速 。2 . 3低加疏水泵变频调速控制系统构成系统主要由 zb - ds - 132/ b 型变频调速自动控 制柜 、低加疏水箱水位 smar 智能差压变送器及疏水 泵组 构 成 ( 图 1 ) 。变 频 器 为 进 口 日 本 富 士 公 司 的 frn132s 型 ,控制系统主要由主回路和控制回路 2 部分构成 。主回路由整流器 、滤波环节和逆变器构成 ,用 来为电机提供调压调频电源 ,其中整流器将工频电源 变换为直流电源 ,滤波环节吸收整流器和逆变器之间 的电压波动 ,而逆变器将直流电源再变换为交流电源 。 控制回路则给主回路提供信号 ,由频率与电压的运算回路 、主回路的电压/ 电源检测回路 、电动机的速度检 测回路 、将运算回路的控制信号进行放大的驱动回路 以及逆变器和电动机的保护回路组成 。泵流量与转速的一次方成正比 ,只要改变泵转速 ,就可改变泵的出力 。 异步电机转速公式 :60 f 1n = n s (1 - s) =式中n 电机转速 ;(1 -s)(2)pns 电机同步转速 ;s 电机转差率 ;f 1 频率 ;p 磁极对数 。从式 (2) 可看出 ,三相交流电机的转速取决于同步 转速 ns ,而 n s 又取决于电源频率 f 1 ,当改变电源频率 f 1 时 ,同步转速与频率成正比变化 ,异步电机的转速 n也随之改变 ,所以如能平滑改变电源频率 ,即可平滑地 调节异步电机的转速 。低加疏水泵变频调速控制原理是由低加疏水箱水 位差压变送器传输水位信号至变频器 ,由变频器按照 控制信号大小与设定水位控制值特性 ,输出可调频率的三相交流电来改变电机的转速 ,从而改变泵的出力 ,达到控制低加水位的目的 。图 1 低加疏水变频系统的构成46热力发电2001 ( 3)技术交流2 . 4 改造方法(1) 2 台疏水泵电机动力电源回路共用 1 台变频 器 。这种配置运行方式灵活且节省投资 。(2) 原有的手动启停及互锁保留 ,以控制整套变频 装置的 2 路工作电源开关 ;(3) 在 疏 水 箱 上 安 装 一 套 美 国 进 口 的 smar - lp301 带 pid 调节的水位差压变送器 ;(4) 变频器控制柜安装在 6 . 3 m 层电气配电室内 ,有全自动 、手动及定速运行 3 种方式 。在集控室内设 监视及远方操作装置 ,并保留原疏水泵的断路器及控制开关 。接线方式改为从原疏水泵动力配电屏引动力 电缆到变频控制柜 ,从变频控制柜引动力电缆到电机 。(5) 采用闭环全自动运行 ,由变频器分别控制甲 、 乙疏水泵软启动 、软停泵 。交流接触器的吸合由 plc程序控制 ,工频与变频及甲 、乙泵变频相互联锁 。(6) 变频器发生故障后由 plc 自启动另一台泵工 频运行 ,水位控制切换至由泵出口调节阀来控制 。(7) 当运行方式为甲泵 (或乙泵) 自动变频运行 ,乙 泵 (或甲泵) 工频备用方式时 ,根据疏水箱水位高低 ,自 动调整甲泵 (或乙泵) 转速及启 、停乙泵 (或甲泵) ,即当甲泵 ( 或 乙 泵) 在 满 负 载 ( 设 定 频 率 50 hz) 连 续 运 行70 s以上时 ,自动启动乙泵 ( 或甲泵) 工频运行 ; 当水位 下降甲泵 (或乙泵) 轻负载 ( 设定频率 20 hz) 连续运行 超过 10 s 时 ,自动停止乙泵 (或甲泵) 运行 。损耗 。不同负荷时疏水泵在 2 种运行方式下的电流对比见表 1 。表 12 种运行方式下的电流对比项 目数值机组负荷/mw190210220237250263280295变频运行方式电流/ a4050545863758090定速运行方式电流/ a125144147150154158164175由表 1 可见 ,机组负荷在 220 mw 以下时 ,节电达60 %以上 , 机组负荷在 250 mw 以 上 时 , 节 电 40 %以 上 。(4) 电机软启动 ,无冲击电流 ,且保护功能完善 ,延 长了电机寿命 。(5) 改造后机组启动时 ,当负荷在 40 mw 以上时 即可投入疏水泵变频运行 , 提高了机组启动热效率 。 而改造前 ,机组负荷在 120 mw 以上才能投入疏水泵运行 ,在此前将低加疏水直接排入凝汽器 ,增大凝汽器 热负荷 ,既影响真空 ,又造成冷源损失 ,降低机组热效 率 。(6) 大幅度减轻运行和检修人员劳动强度 ,提高管 理水平 。3改造后效果结语4(1) 低加疏水泵采用变频调整控制方式后 ,自动控制性能优良 , 疏水箱水位基本稳定 , 一般波动范围在50 mm 以内 ;疏水泵稳定运行 ,噪音低 、电流小 、电流波 动值低 ;低加系统运行稳定可靠 ,未出现过低水位或高水位运行情况 。同时 ,泵轴盘根填料密封改为机械密封 ,达到无泄漏标准 。(2) 疏水泵采用变频自动控制后 ,疏水箱水位基本 恒定 ,避免了疏水泵低水位或无水位运行以及泵叶片 汽蚀及打空泵 、窜轴等现象 ,减少泵轴承发热 、磨损 ,延 长了疏水泵寿命 。改造后一年来 ,未发生过泵出口管 道振动和损坏泵叶轮 、导叶轮 、轴承等部件现象 ,基本 上无维护量 。(3) 疏水泵变频控制后 ,消除了泵出口调节阀节流 造成的能量损耗 ,同时有效地降低了泵和电机的空载变频技术在 2 号机组低加疏水泵上的应用 ,经一年多运行 ,效果良好 。后相继在 3 、1 、4 号机组上进行 改造 。利用变频调速技术 , 既能彻底解决运行中 300mw 机组低加疏水泵所存在的问题 ,又为 300 mw 机组 热力系统的节能设计提供了依据 。 参考文献 1汤蕴,史乃等. 电机理论与运行 m . 北京 : 水利电力出版社 ,1983.郭立君 . 泵与风机 m . 重庆 :电力出版社 ,1986.2作者简介 :陈强 ,男 ,1989 年毕业于长沙水电师范学院 ,现任湛江发电厂设备部高级点检员 ,工程师 。47热力发电2001 ( 3)plant and solutions of probl ems occured in the process of its installation and debuggingshou bing (30) the design features of howden vnt type stationary sealed air preheater , such as stationary seal system , double seals , driven system and bearings etc . are described. the problems encontered in the process of installation and debugging are analyzed , and appropriate measures to solve relevant problems have been put forward as well .the desige features and existing probl ems of feedwater entire - range control system for azhang li - xiang et al (33)2026t/ h boil er introduced from abroadthe structure and operation principle of the title system has been described in this paper . compared with the same kind of control system used in domestic power plants , the design features and existing problems of above - mentioned control system are analyzed , and some suggestions for improvement are given.ma yi - fei et al (37)the secondary combustion of fl y ash in cfb boil ersin order to decrease the combustible carbon content in fly ash of cfb boilers and realize the comprehensive utilization of fly ash , a re - injection system of fly ash has been designed and equipped on a cfb boiler , making the combustible carbon content in fly ash to be decreased from 18 %25 % to 7 %12 % , obtaining higher combustionefficiency of said boiler . the structure , working principle and actual operational performance of said re - injection system have been analyzed and evaluated in this paper .test and research of impact type mutistage atomizing nozzl e for coal - water slurryhuang zhen - yu et al (40) the atomizing technology of coal - water slurry is a key problem for burning coal - water slurry. the title atomizing nozzle features good atomizing quality , long service life , low comsumption of pressure air , and outstanding anti - blockage performance . the application of said atomizing nozzle to boiler no 3 in baiyanghe thermal powerplant shows , combustion efficiency of more than 98 . 8 % can be achieved.appl ication of frequency - converting technology on drain pump for lp heater of a 300mw unit chen qiang et al (45)the drain system of lp heater was designed as a combined operation system of step - by - step gravity drain and drain pump . when the said pump is operating at constand speed , troublesome problems , shch as higher fault rate , larger pipeline vibration , shorter time for putting lp heater into operation etc , are ubiquitous. using frequency- converting technology , the water level in lp heater can be controlled by converting the frequency of drain pumps power supply instead of adjustment with valves. morethan one years operation of the retrofitted system proved that the operation of said drain pump to be stable , safe and reliable . the rate of putting lp heater into operation reaches 100 % and the effect of energy - saving is obvious. the said technology has been rapidly spread in use .experimental study and appl ication of swirl blade type pulverized coal concentratorj in zhen - qi et al (48)the cold modeling experimental study of the title concentrator was described. based on the test results , the burners of boiler no3 in huozhou power plant , shanxiprovince , have been retrofitted to dense - and - thin phase seperated swirl burners by using the said concentrators. field test and operation results show , the said concen2 trators have good operation performance . and the retrofitted swirl burners can be operated under 50 % load of a 410t/ h boiler without oil - firing for stabilization of com2 bustion.boil er make - up water treatment using reverse osmosis - mixed b ed systemyang wen - jun et al (52) operational experience of boiler make - up water treatment by using reverse osmosis - mixed bed demin - eralizing system has been described. practice during the period of four years shows : (1) settled water pond and three - stage filtration system with mechanical agitation can meet the requitments of reverse - osmosis components to theinlet water quality ; (2) it must be considered in the design that the demineralization efficiency of reverse - osmosis components will be decreased about 1 %2 % in ev2ery year ; (3) in normal case , the outlet water from reverse - osmosis equipment shall enter into mixed bed via a decarbonator ; (4) the output capacity of the mixed bed must have a sufficient surplus , to avoid its influence on the water supply.research and design of mechanical equipment for taking and preparing coal sampl es from in2going train wagons to power plantstan hou - zhang et al (54)the necessity of developing the title equipment and the key points of technical diff