凝结水泵电动机节能改造分析.pdf

第 3 7卷 第 3期 2 0 1 5年 3月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3 7 No 3 Ma r 2 01 5 凝 结水泵 电动机节能 改造分析 赵 智龙 ( 中国华电集团公司望亭发电厂， 江苏 苏州2 1 5 1 5 5 ) 摘要： 通过对更换电动机、 减少凝结水泵的叶轮级数以及加装变频器 3种方案进行分析， 最终得出加装变频器为电动 机运行的最佳节能方案 ， 论述了变频技术指标以及变频技术在电动机节能中的实际效果和经济效益。 关键 词 ： 节 能 ； 变频器 ； 电动机 ； 技术改造 中图分类号 ： T M 3 0 3 文献标 志码 ： B 文章编 号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 7 3 0 3 0 引言 随着科技的不断进步， 越来越多的大容量、 高参 数机组被投放到电网中， 导致 电量的消耗随之提升。 我国针对节能减排 出台了一系列措施 ， 规定在保证 电网安全的前提下 ， 按 照上 网机组能耗指标 的高低 对电厂进行排序 ， 能耗低 的电厂优先发电。因此 ， 电 厂必须降低辅机能耗来适应 电力市场的激烈竞 争。 电厂厂用 电中， 泵消耗 电量 约 占厂用 电量 的 5 0 ， 如何降低各类泵 的电能消耗成为首要 问题。 1 机组情况概述 中国华 电集团公 司望亭发电厂( 以下简称望亭 电厂) 现有装机容量 2 7 4 0 MW， 共有 2台 3 0 0 MW 级 亚临界燃煤机组 ( 1 1机组容量为 3 1 0 MW， 1 4机 组容量为 3 3 0 M W) ， 2台 3 9 0 MW 燃气 一蒸汽联合循 环发 电机组 ( 1 ， 2机组) 和 2台 6 6 0 MW 超超临界 燃煤机组( 3 ， 4机组) 。 2 节能方案分析 在望亭 电厂 1 ， 2机组的 6 k V辅机 中， 凝结水 泵存 在较大 的节 能空间 ， 其额 定参数为 ： 流量 ， 5 2 5 t h ； 出 口压力 ， 2 4 9 MP a ； 电动机功率 ， 6 3 0 k w； 电 流 ， 7 1 5 A。机组运行时凝结水系统参数见表 1 。 表 1 望亭 电厂 1 ， 2机组凝结水 系统参数 从表 1 数据分析得出 ， 凝结水系统存在 2个问 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 2 6 ； 修 回日期 ： 2 0 1 41 20 1 题 ： 一是 电动机额定 功率 高 出实 际需 求量 2 0 左 右， 造成使用效率降低， 能源被无故浪费； 二是凝结 水泵出口压力偏高， 低压给水调门长期节流运行， 损 失较大。低压 省煤器在 运行 中温度 不得 超过 1 6 0 ， 该温度对应压力为 0 6 1 8 MP a ， 而 目前低压给水 调 门前压力最低为 1 8 0 0 MP a ， 尚有较大节能空间。 针对该凝结水泵的现状 ， 经研究初步确定 3个 方案 ： 一是更换凝结水泵 电动机 ； 二是通过减少凝结 水泵叶轮级数来 降低凝结水泵出力 ， 减少节流损失 ； 三是加装变频器降低凝结水泵出力 ， 减少节流损失 。 下文对 3种方案分别进行分析。 2 1 更换凝结水泵 电动机 更换凝结水泵电动机可以直接降低电动机功 率 ， 提高电动机效率。张家港 电厂 同类型机组凝结 水泵 额 定 参 数 为 ： 流 量 ， 5 2 4 t h ； 出 口压 力 ， 2 4 7 MP a ； 电动机功率 ， 5 0 0 k W； 电流 ， 5 6 2 A。机组运行 中凝结水泵部分参数见表 2 。 表2 张家港电厂同类型机组凝结水系统参数 对比表 1与表 2可 以看 出， 在凝结水泵 电动机 功率较匹配的情况下 ， 更换凝结水泵 电动机可提 高 整体效率 ， 相同工况下功率可下降约 1 0 。表 3为 张家港 电厂近 2年凝结水泵用电使用情况统计 。 通过 同类型机组运行情况可看 出， 电动机功率 为 5 0 0 k W 时 已完全能满足各种工况的需求 。直接 更换 1台电动机 ， 费用约 6 0万元 ， 2台机组共需 2 4 0 万元。按 2 0 1 1 年凝结水泵用电量计算， 在平均功率 下降 1 0 的情况下 ， 可节约厂用电 5 9万 k W h ， 以 目前 上 网 电价计 算 ， 1年节 约费用 为 5 9 X 0 5 8 1： 7 4 华 电技 术 第 3 7卷 表 3 张家港 电厂近 2年凝结水泵用 电情况 3 4 3 ( 万元 ) 。维护费用与原来一样 ， 不会增加 ， 则 2 4 0 3 4 3= 7 ( 年) 可以收回成本。 2 2减少 凝结水 泵 叶轮级 数 江苏华电戚墅堰发电有限公司( 以下简称戚墅 堰公司) 同类型凝结水泵 已拆 除一级 叶轮 ， 取得了 明显效果 。表 4为戚墅堰公司凝结水泵减少叶轮后 的运行工况。 表 4 戚墅堰公 司凝结水 泵减 少叶轮后运行 工况 项 目 数值 机组负荷 MW 凝结水泵电流 A 凝结水泵功率 k W 凝结水泵出 口压力 M P a 低压给水调门开度 3 5 0 3 8 3 7 3 2 0 7 6 2 对比表 1和表 4可以看出， 在相 同工况下 ， 减少 叶轮后凝结水泵电耗下降了约 2 0 。 减少凝结水泵 叶轮后， 戚墅堰公司凝结水泵运 行工况良好 ， 符合安全运行条件下 降低能耗的既定 目标。但望亭电厂凝结水泵的原始状态与其有一定 差异 ， 之前尝试拆除一级叶轮 ， 但泵的出力仍大于其 他 电厂 。 要想达到戚墅堰公司凝结水泵的节能效果 ， 望 亭电厂至少需要拆除一级叶轮及小车一级 叶轮 ， 但 该措施是否会影响凝结水泵 的运行 尚未可知 ， 还需 要相关专家进行评测。 由于基础出力高 ， 望亭电厂凝结水泵功率下降到 3 5 0 k W 的可能性不大。因此 ， 在计算经济性时以戚 墅堰公司的凝结水泵电耗下降幅度计算。以2 0 1 2 年 基础数据来看， 1年可 以节约 电量约 1 0 0万 k W h ， 折合 5 8 1 万元。 2 3 凝 结水 泵加 装变 频器 2 3 1 变频节能技术优势 ( 1 ) 控制启动 电流。在 电动机刚启 动时， 从 电 动机或感性负载通电的瞬间到运行平稳的短暂时间 内会产生 电流波 动 ， 这 个 电流一般 是额 定 电流 的 4 7倍 。 这个冲击电流将大大增加电动机绕组 的电 应力 ， 并产生热量 ， 从而降低 电动机的寿命。变频调 速在适 当增加转矩 后 ， 可 以零 速 、 零 电压启动 电动 机 ， 能充分降低启动电流 ， 从而降低电动机的维护成 本 ， 并延长电动机 的使用寿命。 ( 2 ) 降低线路电压波动。电压波动是指电压均 方根值发生一 系列相对快速变 动或连续改变 的现 象 。在电动机工频启动 、 电流剧增的同时也会产生 大幅的电压波动。电压下降的幅度取决于启动电动 机的功率大小和配电网的容量。电压下降会导致同 一 供 电网络 中的电压敏感设备故 障跳闸或工作异 常 ， 如 P C机传感器接近开关和接触器等均会动作 出错。采 用变频 调速后 ， 能最 大限度 地消 除电压 下降。 ( 3 ) 启动功率低。电动机的功率是 电流和电压 的乘积， 即电动机启动时损耗的电流或电压越大， 损 耗的功率就越大 ， 那么 电动机通过变频启动消耗 的 功率将远远小于通过工频直接启动所消耗的功率 。 ( 4 ) 加速可控。电动机通过工频启动 时， 自身 和相连机械部分的轴 、 齿轮等都会产生剧烈振动， 这 种振动将进一步加剧机械磨损并降低 电动机和机械 部件的使用寿命 。而变频调速可 以做 到零速启动 ， 并按照用户的需要进行较为平稳的加速 ， 而且有多 种加速 曲线 ， 如直线加速 、 s形加速和 自动加速等。 ( 5 ) 运行速度可调 。运用变频调速能优化运行 过程 ， 并能根据运行工况迅速改变运行转速 ， 还能通 过远控可编程逻辑控制器( P L C ) 或其他控制器来实 现速度变化 。由于最终 的能耗与电动机转速的立方 成正比， 所以加装变频器后凝结水泵有很高的节能 效益。 ( 6 ) 短时失 电保护 。当电网出现重合闸等短时 失 电时， 工频运行的泵会随之停止运行 ， 但变频运行 的泵会 因变频器 内部的储能元件短时维持失电前的 转速运行 ， 保证了设备运行的不问断性 。例如 ， 望亭 电厂在 1 l ， 1 4机组一 次风机变频器上增加的失 电跨越功能 ， 较好地解决 了短时失 电运行问题。 2 3 2 变频器 的 2种布置方式 变频改造 主流措施主要有 “ 一拖一加旁路” 或 “ 一 拖二加旁路” 2种方式。“ 一拖一” 方式优点为 运行方式比较灵活 ， 缺点为投资较大 ； “ 一拖二” 方 式相对“ 一拖一” 方式 的优点是可 以节约一部分成 本 ， 但是运行方式较为单一。结合望亭 电厂实际情 况 ， 参考年使用小时数 ， 凝结水系统变频改造应采用 “ 一 拖二加电动旁路” 的方案 ， 即单机配备 l台高压 变频器 ， 通过切换高压隔离开关把高压变频器切换 到要运行的凝结水泵上去。该方案一次回路接线如 图 1 所示。高压变频器可以拖动 甲凝结水泵电动机 第 3期 赵智龙 ： 凝 结水泵电动机节能改造分析 7 5 6 k V 电源 6 k V 电源 厂 l l I l u Q s s Q s 乙凝 结水泵 图 1 凝结水 泵变频器“ 一拖二” 系统原理 实现变频运行 ， 也可 以通过切换拖动乙凝结水泵 电 动机实现变频运行 。2台凝结水泵 电动机均具备工 频旁路功能 ， 可实现任意一台电动机变频运行 ， 另外 一 台处于工频备用 的工况 。当高压变 频器故 障时， 系统可联锁启动另一台工频电动机及 时投运 ， 并 可 按照原正常倒泵时间切换 。 同类型机组 已采取过 此方案 ， 每 台机组安装 1 台变频器， 采用“ 一拖二加电动旁路” 的方案， 运行 情况 良好 。正常工 况下安排 1台凝 结水泵变频运 行 ， 1台凝结水泵工频备用 。加装变频器后 的节 能 效果见表 5 。 表5 加装变频器后凝给水系统参数 由表 2、 表 5可以看 出， 节能效果 良好 ， 4 0 0， 3 5 0 和 2 8 0 MW 负荷下 ， 凝结水泵功率分别下降了 2 5 ， 3 3 和 4 2 。 从 已加装凝结水泵变频器的同类型机组运行情 况看 ， 凝结水泵运行情况 良好 。低压 给水调 门前压 力为 1 MP a 左右 ， 对应饱和温度约为 1 8 0 o C， 满足低 压省煤器的运行要求 ， 尚有 2 O以上的裕量。 2 3 3 节能效益分析 如果采取每 台机组加装 1台变频器 ( 一拖 二) 的方案 ， 加上材料 、 调试 、 人工等费用 ， 总费用为 2 4 5 万元左右 。从节能效果看 ， 总体负荷越低 ， 凝结水泵 加装变频器后节能效果越 明显 ， 凝结水 泵功率下 降 幅度在 3 3 以上 。初步估算可以节约厂用电量 2 2 0 万 k W h， 按 当前上网电价折合 1 2 8万元 ， 预计 2年 可以收回成本。 以 2 0 1 2年为例 ， 1 ， 2机组共启 、 停 1 3 3次 ， 其 中 1 1 次冷态启动 ， 冷态启 、 停 1次 时间约为 5 h ， 热 态启 、 停 1次时间约为 2 h， 则启 、 停总时间约为 3 0 0 h ， 占机组总运行 时间的 3 。在计 算经济效益时 ， 按照节能 3 3 估算 ， 如果每天使用 变频凝结水泵 ， 按照平均功率计算 。 根据统计 ， 工频运行 时凝结水泵电能表常数为 5 7 0 r ( k W h ) ， 变频运行时为 3 4 7 r ( k W h ) 。 2 0 1 2年 ， 1 ， 2机组凝 泵 电耗分 别为 3 3 2和 2 5 9万 k W h ， 则 每 年 可 以节 约 电量 =( 3 3 2+ 2 5 9 )( 13 )( 5 7 03 4 7 )5 7 0：2 2 4 3 ( 万 k W h ) 。 变频装置冷却系统使用单台 3匹空调冷却 ， 该 空调单匹每小时耗电量约为 0 7 4 5 7 k W h ， 按机组 1年运行 3 0 0 d统计 ， 则总耗 电量 为 0 7 4 5 73 2 4 3 0 0 1 6 1 0 7( k W h ) 。则 2台机组合计净节 台 皂2 2 4 3 0 0 021 6 1 0 7：2 2 1 0 7 8 6( k W h ) ， 约 2 2 1 万 k W h 。 按照 目前 上 网电价 计算 ， 可节 约 资 金 2 2 1 0 5 8=1 2 8 ( 万元) ， 回收资金时 间约 为 2 4 51 2 8= 1 9 1 ( 年 ) 。 综上所述， 加装变频器应为最佳方案， 虽然投资 较大 ， 但按照近 2年机组发电量来看 ， 2年 即可收回 成本 ， 且有利于供 电气耗 、 厂用 电率等指标 的完成 ， 提高电厂机组的综合竞争力 。 3 结束语 发电机组辅机能耗问题一直 困扰着整个电力行 业 ， 就 当前形势来看 ， 发 电机组进行变频 技术改造 ， 风险小、 节能效果显著 ， 可在确保机组运行安全的前 提下大幅降低厂用 电率 ， 降低发电成