大型凝结水泵采用永磁调速与高压变频技术改造效果比较_侯剑雄

第8期 0引言 广东珠海金湾发电有限公司与安徽淮南某电 厂 简称T厂 均有2台上海电气集团生产的600 MW 汽轮发电机组 锅炉 汽轮机 发电机等主设备 型号两厂相同 且机组均于2007年投入运行 T 厂分别于2011年3月和2012年9月进行了2A 凝结水泵 简称凝泵 和1A凝泵永磁调速节能改 造 金湾公司于2013年11月对4号机组进行了 凝泵高压变频节能改造 1技术原理及使用现状 1 1永磁调速 源动机侧的导体转子在负载侧永磁转子产生 的磁场中旋转 切割磁力线 从而产生感应磁场 与永磁转子的磁场相互作用产生扭力 推动负载 旋转 实现源动机到负载之间转矩的无接触传递 此原理的应用在轻工机电产品中较常见 主要解 决密封输送 腐蚀 洁净需求等问题 1940年英国人首次用磁力传动解决了输送危 险介质化工泵的泄漏问题 之后30多年磁传动进 展缓慢 1983年钕铁硼 NdFeB 高磁能基永磁材 料的问世使磁传动获得快速发展 近10多年来工 业上获得应用并不是磁力传动技术原理上的突破 而是永磁体磁能基的飞跃 国内外均有公司推出 实用产品 适用于大型电厂凝泵的产品基本上是 目前最大型永磁调速机 更大传递功率产品仍然 受到当前技术制约 1 1 2高压变频器 变频器利用电力半导体器件的通断作用将工 频电源通过交 直 交变换为另一频率的电能 高 压变频器是一种串联叠加性高压变频器 即采用 多台单相三电平逆变器串联连接 输出可变频变 压的高压交流电 随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛 发展 高压大功率变频调速装置不断成熟起来 一直难以解决的高压问题 近年来通过器件串联 或单元串联得到很好的解决 在中国 20世纪90 年代末到现在是通用变频和高压变频大发展阶段 进入21世纪 国产高压变频器企业迅速崛起 在 可靠性和生产工艺上不断完善 但变频器的核 心 IGBT器件始终依赖进口 1 3使用现状 600 MW等级凝泵永磁调速改造目前只有T 厂一家 在百万千瓦等级电厂还未有使用实例 高 压变频改造电厂应用很多 600 MW及1 000 MW 等级机组在五大电力集团及各省属电力集团均得 大型凝结水泵采用永磁调速与高压变频 技术改造效果比较 侯剑雄 杨群发 何淦标 广东珠海金湾发电有限公司 广东 珠海519050 摘要 近年来 凝结水泵高压变频改造方兴未艾 永磁调速这项新技术也开始得到广泛关注 通过对永磁 调速和高压变频这两种凝结水泵改造技术的改造效果进行比较 为大型凝结水泵节能改造技术的选择提供 参考 结合实际运行及调研情况 选择两个机组类型 容量 运行年限相近的电厂 对永磁调速和高压变 频技术在凝结水泵实际节能改造中的节能效果 经济性 可靠性 投资收益等指标进行分析 结果得出 对于大型凝结水泵节能改造 在可靠性方面永磁调速技术优于高压变频技术 在节能效果和投资收益方面 高压变频技术优于永磁调速技术 关键词 火力发电厂 凝结水泵 永磁调速 高压变频 节能 中图分类号 TK264 1 2 文献标志码 B 文章编号 1004 9649 2015 08 0135 06 收稿日期 2015 04 20 作者简介 侯剑雄 1975 男 广东韶关人 高级工程师 从事电力生产技术与管理工作 E mail houjianxiong 中 国 电 力 ELECTRIC POWER 第48卷 第8期 2015年8月 Vol 48 No 8 Aug 2015 发 电发 电 135 第48卷中 国 电 力 到广泛应用 2 除凝泵外 电厂中永磁调速技术较广泛应用 于小功率泵 风机 空气预热器等 而高压变频器 主要用于大功率送风机 引风机 一次风机等 3 2凝结水系统对比 改造前金湾公司和T厂凝结水系统相同 凝 泵 轴封加热器 除氧器水位调节阀 低压加热 器等在汽机房的布置几乎一致 两厂使用相同的 凝泵及电机 设备厂家 型号完全一致 参数如 表1所示 T厂凝泵改造为WV 2500立式水冷型永磁调 速装置 为美国MagnaDrive公司提供的设备 以 智能电动执行器调节磁耦合气隙大小实现电机和 凝泵之间的转速控制 从而实现凝泵的速度调节 冷却方式为水冷 工作原理如图1所示 4 金 湾 公 司 凝 泵 改 造 高 压 变 频 装 置 型 号 HARSVERT VA06 220 技术方案为交直交转换 单元串联多电平拓扑结构 高 高变换形式 冷却 方式为空气 水冷却 配置方式为一拖二带手动旁 路 其工作原理如图2所示 5 3使用中出现的主要故障 3 1T厂凝泵永磁装置投运以来主要缺陷 1 调速机构油箱下部密封不好导致漏油 主要原因是随着运行时间的增长 油内杂质增多 堵塞回油管导致回油不畅 造成油箱内油温升高 油压增大而漏油 6 2 1A凝泵永磁调速机构卡涩失效 解体发 现卡涩原因是调速涡轮内外圈12颗连接螺栓断 裂 而断裂的原因是螺丝因松紧不同造成螺栓受 力不匀而逐根断裂 3 2A凝泵永磁装置水平方向振动偏大 原 因是永磁机构输入端轴承型号用得不合适 更换 永磁调速机构所有轴承至设计型号后正常 4 1A凝泵永磁调速机构卡涩失灵 原因是 内轴套密封处密封件损坏 冷却水进入后引起轴 套处锈死卡涩 5 永磁调速器油箱与调速机构之间密封不 良漏油 永磁调速器停机时因密封不良漏水至调 速机构内等 7 3 2目前大型水冷永磁调速器普遍存在的问题 1 水容易因密封不良进入到油脂 使油品 乳化变质 2 水对永磁设备腐蚀严重 高温水对 永 磁 体 铝 盘 钢 盘 都 有 腐 蚀 有 安 全 隐 患 3 导向轴承油脂容易碳化 润滑不良 以上例子可见大型水冷永磁调速器仍存在漏 水 漏油等机械装置普遍存在的问题 真正能长 期可靠工作的仍然只是中小型永磁耦合器类别产 表1金湾与T厂凝泵技术参数 Table 1The technical parameters of condensate pumps in Jinwan and T power plants 凝泵型号凝泵型式转速 r min 1 流量 t h 1 压头 m电机型号电压 kV电流 A NLT500 570X4S立式筒袋型多级离心式1 4801 636328YLKS630 46 3221 5 图1永磁调速系统工作原理 Fig 1The working principle of permanent magnetic speed control system 图2金湾凝泵高压变频装置工作原理 Fig 2The working principle of condensate pump high voltage variable frequency device in Jinwan Power Plant 发 电发 电 136 第8期 品 这些空冷 不调速的产品才能真正做到无机 械磨损 无漏水 漏油 工作极其可靠 8 3 3高压变频使用中出现的主要故障 3 3 1振动大并有断叶片情况 部分电厂在凝泵变频改造后曾出现低转速时 振动大的问题 原因是低转速时接近或达到凝泵 的临界转速 金湾公司凝泵变频改造后其电机顶 部振动实测结果如表2所示 在变频器60 90 输出范围内 凝泵电机振动均8年 电机 泵轴对准允许公差较大允许公差小 占用空间小大 故障点数量少多 维修成本中等高 系统灵活性 故障时 该凝泵不能 运行 凝泵无备用 故障时 凝泵可工频运 行 不影响备用 功率因数与改造前相同提高到0 95 侯剑雄等 大型凝结水泵采用永磁调速与高压变频技术改造效果比较 发 电发 电 137 第48卷中 国 电 力 配置方式 变频器切换时操作复杂 但平时切换 操作不多 故这一问题不突出 高压变频部件复 杂 对环境要求高 日常管理明显多于永磁装置 4 8可靠性 高压变频器改造时间早 问题暴露充分 基 本上是解决低速运行时设备振动及轴电流大等重大 问题 但其电子元器件多 核心部件寿命仍仅8 年左右 相对故障率要高 永磁调速器为精密纯 机械设备 核心部件寿命长且运行稳定 目前主要 问题出在辅助部件如冷却装置 调速机构上 容 易解决 故高压变频器可靠性不如永磁调速装置 5节能效果分析 5 1电机功耗 金湾公司4号机组凝泵在调试时进行了电机 不同转速下的测试 记录了电机空载时变频器输 出电压 电流 按功率因数0 95计算出电机空载 功耗 如表5所示 由表中数据可看出 变频情 况下电机功耗与转速基本成正比关系 而永磁调 速电机转速恒定100 不变 故电机功耗比高压变 频高 且转速越低差别越大 5 2冷却散热损失 永磁调速装置由于存在磁力线切割 发热损 失明显要大 表6为T厂凝泵永磁装置不同负荷 时冷却水数据 发热损失计算公式为 Q 4 184 流 量 温升 1 000 3 600 由表6数据可知 发热损 失并非恒定 负荷越低 反而发热损失越大 高 压变频装置各负荷下发热损失一般占其输送功率 的5 见表7 5 3能耗分析 由于金湾公司4号机组凝泵运行压力比T厂 高 为对比在相同条件下2种技术节能效果 金 湾公司在4个负荷段将凝泵出口母管压力调至与 T厂一致 参数稳定后在电气开关上读出功率 表4T厂2A凝泵改造前后振动数据 Table 4The vibration of Condensate Pump 2A in Power Plant T before and after improvement 测试项目电流 A出口压力 MPa 电机上轴承振动 m泵轴承振动 m 东西向南北向轴向东西向南北向轴向 改造前1673 72656030212321 改造后1552 36484768114 表5金湾凝泵电机空载各转速功耗 Table 5The power consumption of condensate pump motor at no load speeds in Jinwan Power Plant 空载转 速 变频器输 出电压 kV 变频器输出 电流 A 功耗 kW h 比额定转速少 耗功 kW h 603 6641 5252 5172 5 704 2742 3297 2127 8 804 9242 3342 482 6 905 5342 2384 041 0 1006 1242 2425 0 表6T厂凝泵永磁装置各负荷冷却水数据 Table 6The cooling water parameters of condensate pump permanent magnet device at different loads in Power Plant T 负荷 MW 进水温 度 出水温 度 温升 冷却水流 量 t h 1 永磁装置热 损 kW h 34029 951 721 87 0177 4 40038 358 920 67 0167 6 50037 656 418 87 0152 9 60030 842 912 17 098 4 表7金湾高压变频与T厂永磁调速功耗对比 Table 7Comparison between the power consumption of high voltage frequency inverter in Jinwan Power Plant and permanent magnet speeder in Power Plant T 电厂负荷 MW凝泵电流 A 凝泵出口 压力 MPa 凝结水流 量 t h 1 凝泵功 率 kW 泵功耗差 kW 电机转速 电机功率 kW 电机功耗 差 kW 调速装置 热损 kW 热损失差 kW 金湾580130 02 281 3951 346 84 8 89380 45 67 0 48 7 T厂581146 22 291 4081 420 8100425105 7 金湾50094 21 921 235965 209 80342 83 40 112 9 T厂498121 21 881 2311 174100425152 9 金湾42066 31 62971665 266 73312 113 33 147 0 T厂41999 31 55962931100425180 金湾35846 11 32827480 299 65275 150 24 153 4 T厂35887 21 32849779100425177 4 发 电发 电 138 第8期 数据如表7所示 分析表7数据可知 凝泵功耗差基本等于电 机功耗差与调速 变频 装置散热损失之和 额定 负荷时 两种调速技术能耗差别不大 约90 kW 随着负荷的降低 高压变频装置电机功耗与散热 损失均下降 而永磁调速装置电机功耗不变 且 由于驱动与非驱动端转速差增加 发热损失反而 比高负荷时更大 永磁调速深度节能效果不如高 压变频 其原因就在于此 若按1年凝泵运行 7 500 h 机组负荷率70 电价0 48元 kW h 计算 高压变频比永磁调速每年可节省电费约 266 kW 7 500 h 0 48元 kW h 95 7万元 6投资收益估算 表8 表9中数据按凝泵年均运行7 500 h 机组负荷率70 贷款利率0 66 计算 设备价 格为调研中了解的价格 实际价格以厂家提供为 准 由数据可知 高压变频每年收益可比永磁调 速多80万元 高压变频器静态投资回收期低于永 磁调速器 高压变频投资收益高 7结论 永磁调速与高压变频技术应用在大型凝泵上 均能达到比较明显的节能降耗的效果 1 水冷型永磁调速装置在国内运行时间短 核心部件运行良好 但运行中辅助部件出现了较 多故障 高压变频装置经过多年不断完善 可靠 性已大大提高 但核心部件寿命仍不长 因此从长 远来看 永磁调速装置可靠性优于高压变频装置 2 永磁调速改造后凝泵容量下降5 对于 凝泵容量不足或有扩容计划的机组需慎重考虑 高压变频装置则不存在此问题 3 高压变频装置采用 一拖二 配置方式 且带旁路开关 系统灵活性优于永磁调速装置 4 在深度节能方面 中低负荷时永磁调速 装置明显不及高压变频装置 凝泵永磁调速技术 改造还未广泛应用 价格较高 以上两点原因造 成投资收益不及高压变频 大容量永磁调速技术如能减少辅助部件故障 提高运行可靠性 并有效降低制造成本 用造价 优势弥补经济性及节能方面的不足 在综合投资收 益上优于高压变频技术 才能获得广泛的应用前景 参考文献 1 翟德双 永磁调速器在凝结水泵上的节能改造运用 J 中国电 力 2012 45 7 45 48 ZHAI Deshuang Application of permanent magnetic governor on energy saving retrofit for condensate pump J Electric Power 2012 45 7 45 48 2 吾明良 郑卫东 陈敏 超超临界1 000 MW机组凝结水泵深 度变频分析 J 电力建设 2012 33 8 82 87 WU Mingliang ZHENG Weidong CHEN Min Ultra supercritical 1 000 MW unit condensate pump depth frequency analysis J Electric Power Construction 2012 33 8 82 87 3 邸若冰 崔学英 火电厂凝结水泵变频改造中的常见问题 J 电力安全技术 2011 13 9 55 58 DI Ruobing CHUI Xueying The Common problem of frequency transformation of condensate pumps in thermal power plant J Electric Safety Technology 2011 13 9 55 58 表8设备投资费用对比 Table 8Comparison of equipment investment costs 项目 高压变频永磁调速 金额 万元说明金额 万元说明 主机本体采购71寿命8年 按24年算 71 3 213万元298寿命24年 整体全部购置费 空调4寿命8年 按24年算 4 3 12万元0无需空调 主机安装施工5每次安装费5万元 24年需3 次 5 3 15万元0只需一次安装 电缆 士建 设计等100寿命24年7施工简单 初期设备投资合计180前4项费用之和305估价 以市场为准 24年设备投资费用合计340 初期投资 主机本体采购费 2 空调 2 主机安装施 工费 2 305 表9寿命周期中年度费用及收益对比 Table 9Comparison between annual life cycle costs and benefits 万元 使用维护费用高压变频永磁调速 年均设备折旧成本13 6312 7 年均备件维护费103 年均运行费102 年均总费用 含折旧 33 6317 7 年节能费 理论值 266 3170 6 年净收益 年节能费 年均费用 232 67152 9 投资回收期1 411 99 侯剑雄等 大型凝结水泵采用永磁调速与高压变频技术改造效果比较 发 电发 电 139 第48卷中 国 电 力 ApplicationofSwirlSprayTechnologyin464000 m3 hWetFlueGasDesulphurization LIUDingping LUPeiyu SchoolofElectricPower SouthChinaUniversityofTechnology Guangzhou510640 China Abstract In order to solve the problem of low desulfurization efficiency caused by the uneven flow field small gas liquid contact area and short contact time in the mass transfer between flue gas and slurry in the tranditional absorption tower the efficient in depth desulfurization with swirl spray technology is proposed which makes full use of the two phase spray for ultra fine atomizing and achieves the goals of improving desulfurization efficiency and saving energy This technology is applied in the desulfurization modification project of a power plant with the flue gas volume of 460 000 m3 h that is a slurry swirl spraying layer is added to the original absorption tower The measurement results show that the desulfurization efficiency is increased by about 6 5 with the outlet SO2mass concentration lower than 20 mg m3 In addition the spraying layer and the swirl spraying layer can be adjusted according to the sulfur contents in the coal to save the system energy consumption Keywords flue gas wet flue gas desulfurization WFGD swirl atomization energy saving 上接第 134 页 4 张彩 张宝 凝结水泵变频改造中的问题与对策 J 电力科学 与工程 2013 29 1 77 78 ZHANG Cai ZHANG Bao The problems and countermeasures of condensate pump frequency conversion transformation J Electric Power Science and Engineering 2013 29 1 77 78 5 钱能 金生祥 王琪 等 凝结水节流控制与经济效益分析 J 中国电力 2014 47 3 69 73 QIAN Neng JIN Shengxiang WANG Qi et al Economic benefit analysis and control logic of condensate throttling J Electric Power 2014 47 3 69 73 6 王承亮 1 000 MW机组凝结水系统优化改造研究 J 中国电 力 2013 46 12 48 51 WANG Chengliang Optimization of condensate circuit in 1 000 MW units J Electric Power 2013 46 12 48 51 7 陈世和 朱亚清 张曦 基于压力自适应的凝结水节能控制技 术 J 中国电力 2011 44 11 43 45 CHEN Shihe ZHU Yaqing ZHANG Xi Condensate energy saving control technology based on pressure self adaptive J Electric Power 2011 44 11 43 45 8 张华伦 1 000 MW机组凝结水泵配置 J 中国电力 2011 44 2 66 68 ZHANG Hualun Configuration of condensate water pumps for 1 000 MW units J Electric Power 2011 44 2 66 68 责任编辑李秀平 ComparativeStudyonEffectsofLargeCondensatePumpImprovementwithPermanent MagnetSpeedingandHigh VoltageFrequencyConversionTechnologies HOUJianxiong YANGQunfa HEGanbiao GuangdongZhuhaiJinwanPowerCompanyCo Ltd Zhuhai519050 China Abstract In recent years the condensate pump improvement with high voltage frequency conversion technology has been in fast growing and the new technology of permanent magnetic speeding is getting increased attention In this paper the comparative study on the effects of condensate pump improvement with permanent magnet speeding and high voltage frequency conversion technologies is conducted to provide