蒸汽锅炉给水泵单台单供方案在锅炉房的应用

2012-06-19赵连青

河北建筑工程学院学报 2012年2期

关键词：单台省煤器给水泵

赵连青

（廊坊经济技术开发区热力供应中心，河北廊坊065000）

1 概述

1.1 设备概述

该热源厂共有蒸汽锅炉4台，额定蒸发量为60吨／小时，其型号及配套给水泵型号见下表.

序号设备名称型号数量单位备注1小时2锅炉 SZL-10-1.25-A II 2 台额定蒸发量10吨／小时锅炉 SZL-20-1.6-A II 2 台额定蒸发量20吨／3给水泵 650L＊10 2 台扬程144 m 流量30 m3／h功率22 kw 4给水泵 DGL12-25＊6 4 台扬程150 m 流量12 m3／h功率15 kw

1.2 原运行状况概述

该锅炉房冬天停运，于4月到10月这7个月时间运行一台SZL-10-1.25-AII的锅炉，运行型号DGL12-25＊6的给水泵一台，平均锅炉负荷在7吨／小时，锅炉出口压力在0.7 MPa左右，锅炉给水采用母管制，锅炉给水泵连续工频运转，通过调节电动调节阀阀位来控制给水流量的大小.其锅炉给水系统示意图如下：

该锅炉稳态运行时，锅炉给水泵出口压力为1.4 MPa左右，而省煤器水侧的进口压力在0.78 MPa左右，锅炉出口压力基本保持在0.65 MPa.我们发现锅炉给水泵的出口压力1.4 MPa远大于省煤器水侧进口压力0.78 MPa，压损太大.经过分析，我们认为是由以下原因造成的，即工频给水泵设计流量、扬程相对于锅炉负荷而言有很大的余量，在实际运行当中，不得不通过减小电动调节阀的开度来减少进锅炉的水量，甚者在锅炉小负荷运行时，电动阀几乎接近关闭状态，这样造成管段阻力特性系数陡增，再加上电动调节阀前给水流量要比锅炉实际用水量大很多，由公式△P＝SG2可知，电动调节阀前压△P增大，形成了锅炉给水泵的出口与省煤器水侧进口之间的大压差.这种情况不仅会增加管件所承受的压力而且最重要的是造成来了给水泵所做的无用功增加，使得功率大部分都消耗在了电动调节阀上，电能白白流失.

针对以上情况，为降低给水泵的富裕扬程、流量，让锅炉能够在满足负荷的状态下更加经济的运行，我公司对锅炉给水系统进行了单台锅炉单台泵变频给水节能改造.

2 变频调速技术的特点及节能分析

2.1 变频调速技术能够根据负荷的变化使电动机平滑地增速或减速，多用于平方律负载（如风机、泵等）中，它具有以下主要特点：

2.1.1 控制电机启动电流.当电机通过工频直接启动时，它会产生7-8倍的电机额定电流，这个电流将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而减少电机的寿命.而变频调速可以在零速零电压启动，一旦频率和电压关系建立，变频器就可以按照V／F或矢量控制方式带动负载进行工作，使用变频器能够充分降低启动电流.

2.1.2 调速范围广.理论上变频器的调速范围可达1%-100%，可达到无级变速.但是需注意在实际使用中，变频调速不可能无限制调速，其调速范围受到其所在的系统的限制.一般，变频调速不宜低于额定转速的50%.

2.1.3 通过降低泵的转速节约电能.众所周知，在流体介质一定的情况下，水泵在管路特性曲线的静扬程（或静压）等于零时，其流量、扬程、轴功率与转速的关系遵循比例定律：即流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N的三次方成正比.也就是说在流体介质一定且水泵在管路特性曲线的静扬程（或静压）等于零的情况下，当水泵的转速是其额定转速的50%时，则功耗只有额定值的12.5%，节能率可达87.5%.

2.2 节能分析（与阀门调节相比）

如上图所示，水泵在工频运行时的性能曲线为G1，额定工作点为A，额定流量为QA，管路理想阻力特性曲线为S1.若使流量由QA减小到QB有两种方法，第一种方法是减小阀门开度，其实际管网阻力特性曲线为S2，工作点为B，流量为QB，扬程为HB；第二种方法是用变频调速控制，降低泵的转速，在使用变频调速且没有节流控制时的水泵性能曲线为G2，理性的工作点为C，其对应的流量和扬程分别是QB、HC.

当采用第一种方法（减小阀门开度）调流量时，水泵所耗轴功率为PB＝ρg QBHB／η；而当采用第二种方法（变频调速）调流量时，水泵所耗轴功率为PC＝ρgQBHC／η，这里假设水泵在B、C两点的效率相同，则变频调速比阀门节流方式相比节能PB－PC＝ρg QBHB／η－ρg QBHC／η.

需要注意的是此时节能量不能简单地按照比例定律即改造前与改造后的流量三次方的比等于改造前后电机功率的比值来估算，这是由于蒸汽锅炉给水系统管路特性曲线的静扬程并不为零，其管路特性曲线图不是一条通过坐标原点的二次抛物线，此时泵的流量、扬程和转速的关系不符合比例定律.

3 单台锅炉单台泵变频给水改造方案的可行性考虑

3.1 从安全性方面考虑蒸汽锅炉是极具爆炸危险的热力设备，在蒸汽锅炉运行过程中，锅炉给水系统给水一定要满足锅炉负荷变化的需要，保持锅筒水位正常，避免发生缺水、满水事故.

这就要求第一要正确的选择给水泵，能够根据锅炉负荷的变化平滑地增加减少电动机的转速按需提供水量，保持锅筒正常水位.一般变频给水泵的流量按G＝K＊（G1＋G2）计算，其中G1为锅炉的额定蒸发量，G2为锅炉其他用水量（如锅炉排污量、减温装置用水量等），K为备用系数一般选1.1-1.2.变频给水泵的扬程按H＝K（H1＋H2＋H3＋H4）计算，其中H1锅炉在设计使用压力下安全阀的开启压力MPa，H2省煤器和给水管路的阻力MPa，H3给水系统最高点与进口的水位差MPa，H4其他，K为备用系数一般选1.2-1.3.

第二要确定给水泵最低允许转速值.由于在蒸汽锅炉给水系统中，锅炉给水泵出口存在静压，如果泵速调的过低，不仅水流不出去，而且会出现蒸汽倒流现象（当止回阀不严时）.因此，在单台锅炉单台泵变频给水时要计算一下变频泵的最低允许转速值，保持在运行过程中变频泵的转速在最低允许转速值以上.

3.2 从运行操作方面考虑第一，启停给水泵.要严格按照《给水泵启停步骤》操作给水泵，当启动给水泵时，要先将泵速调到最低允许值（一般可粗略按照额定转速的75%计算）以上，当泵的出口压力超过给水系统静压值时，再打开给水泵的出口阀门；当停泵时，先关断泵的出口阀门，然后再停泵.第二，在锅炉房紧急停电时，也需要先关断给水泵的出水阀，以防蒸汽瞬时倒流.第三，正常运行过程中，要保持变频泵的转速在最低允许转速值以上.

3.3 从工艺可行性方面考虑单台锅炉单台泵变频给水方案取消了母管制实行单台锅炉单台泵供水，这种改造方案有利于单台锅炉的给水调控，但是存在一旦给水泵损坏就会导致锅炉停运的危险.因此，为了保障锅炉的稳定运行，工艺设计可以结合锅炉房的运行特点和泵的配置情况，在两台泵泵的出口管路安装连通管.这样两台泵中的任意一台泵可以供两台炉中的任意一台炉，不仅保障了锅炉的稳定运行，而且还增强了给水泵的互备性.

另外为了防止蒸汽倒流，必须在关键部位（如泵的出口、省煤器水侧进口、锅筒入口）安装止回阀.

4 单台锅炉单台泵变频给水改造方案

工艺方面，首先选定定泵型号：按照锅炉额定流量为10 t／h，锅炉排污率5%，安全阀的开启压力1 MPa，省煤器及给水管路阻力损失0.1 MPa计算，泵流量G＝（10＋10×5%）×1.1＝11.55 m3／h，泵扬程 H＝（1＋0.1）×1.3×100＝143 m.经校核原有型号为DGL12-25＊6的给水泵符合要求，可以继续使用.然后取消了给水母管改造为单台锅炉单泵给水模式，在两台给水泵出水管之间加装了连通管，并在关键部位（如泵的出口、省煤器水侧进口、锅筒入口）都安装了止回阀.

示意图如下：

电气方面，为型号DGL12-25＊6的2台给水泵电机分别配备1台变频器，通过电气改造，两台泵都可以使用变频器来调节泵的转速.见下方给水系统仪表方框图.

5 改造后的给水泵运行情况及改造前后数据比较

5.1 改造后给水泵运行情况

改造后，我们要求运行人员严格按照给水泵的启停步骤操作给水泵，并告知调节给水泵频率时不得低于35 HZ.在锅炉运行的7个月中，给水泵运行平稳，振动幅度比母管制时也减小了，该单台锅炉单台泵变频给水系统没有发生蒸汽倒流事故，调节流量灵活，满足了锅炉多变负荷要求.以下是单台锅炉单台泵变频给水改造后的一组运行数据.

项目序号给水瞬时流量（t／h）蒸汽瞬时流量（t／h）泵出口压力（MPa）省煤器进口压力（MPa）省煤器出口压力（MPa）锅筒压力（MPa）1 7.8 6.7 0.98 0.8 0.75 0.7 2 7.4 6.8 0.9 0.75 0.69 0.61 3 10 7.5 10 0.85 0.78 0.66

由以上数据可见，在负荷相差不大的情况下，改造后给水泵的出口压力降到了1 MPa，比改造前的1.4 MPa减少了0.4 MPa，大大降低了电动调节阀的节流损失.