电动给水泵变频改造与节能分析

韩靖

【摘 要】宁夏六盘山热电厂是中铝宁夏能源集团有限公司独资建设的燃煤热电厂，装机容量为330MW×2，采用空冷技术，厂用电率设计值为9.35%。2010年两台机组投入商业运行，锅炉给水配用3台半容量电动给水泵，单泵电机额定容量6300kW，运行方式两用一备，正常运行中给水泵耗电约占厂用电的45%左右。锅炉给水调节方式为电动机定速，液力耦合器离合式调节给水泵转速，虽然比电动机定速阀门节流调节能耗低，但液力耦合器的滑差功耗随着转速下降而反比增加，在机组负荷65%～100%之间，对应存在着35%～8%左右的功率损耗。实践证明，如果机组年平均负荷率在75%，给水泵有20%左右的节能空间。本文论述了进一步节能技术改造过程。

【关键词】 电动给水泵 变频 改造

为落实国家提出的节能减排政策，提高企业的经济效益，促进可持续发展，若按年6000可利用小时、平均负荷率76.7%计，根据锅炉各工况给水泵液调改变频节电率综合估算，全年可节电约1276万度，发电煤耗317g/kWh，折合标煤约4045万吨，经济效益十分明显。

用电动机变频调节转速技术替代液力耦合器调速，对2号机组给水泵的调节方式进行改造是必要的。

1 设备运行现状分析

六盘山热电厂锅炉给水系统配置3台半容量液力耦合调速电动给水泵，单台水泵电机额定功率为6300kW，采用两用一备的运行方式。

1.1 给水泵液力耦合器调节存在滑差功耗

液力耦合调速电动给水泵是发电厂生产过程的主要辅机之一，因液力耦合器相对于“定速泵+调节阀”的控制方式有着无级调速的优点，我国在上个世纪八十年代开始从国外引进并逐步实现国产化，一段时期内广泛应用于200MW和300MW等级的机组中，但液力耦合器属于转差损耗型调速装置，在调速的过程中，转差功率以热能的形式损耗在油中，额外增加了能耗，因此其调速转换效率随着转速降低而下降，综合效率相对较低。图1中的液力耦合器效率曲线表明了液力耦合器的这种转换特性，从图中可以清楚地看到即便液力耦合给水泵能够利用转速调节方式控制给水量，但在变负荷工况下，尤其在低负荷时，如给水泵转速在液耦输出转速的60%工作时，液耦的能量损耗可达到42%左右。而社会需求电量的方式决定了发电机组绝无可能始终维持在90%ECR以上负荷运行。因此，在技术可行且不产生安全隐患的前提下降低电泵运行电耗是十分必要的。

1.2 液力耦合器效率特性分析

液耦效率：耦合器在运行中，泵轮转速要稍大于涡轮的转速，只有这样泵轮出口油压才能高于涡轮人口油压，从而完成扭矩传递。泵轮与涡轮的转速差与泵轮转速之比称作液力耦合器的滑差，用S表示：

（1）

（2）

液力耦合器在工作过程中的能量损失主要是液体在工作腔内的流动损失和进人工作轮入口处的冲击损失、工作轮与空气的摩擦损失，以及轴承、密封、齿轮齿等的机械损失，因此液力耦合器的输出功率总是小于输入功率，二者的比值就是耦合器的传动效率式中分别为容积效率、机械效率和液力效率。从泵轮中流出的工质，有很少一部分通过工作轮之间的轴向间隙直接流向泵轮入口以及从涡轮与转动外壳间的间隙流出，而未流入涡轮，这就是容积损失。因容积损失相当小，可忽略，则。

机械效率为工作轮输入扭矩与输出扭矩之比，其中：

（3）

（4）

为泵轮的机械效率，为涡轮的机械效率，为液压效率。因此，式（2）可变为：

（5）

比较式（2）、（5）得由于均趋于1，式（5）变为：

（6）

耦合器传动效率约等于其传动转速比。图2是液力耦合器效率特性曲线，可以看出液力耦合器工作在高传动比时传动效率高。但在较低转速工作时传动效率很低。

2 部门提出改造方案及改造技术实施过程

2.1 通过方案讨论确定

采用“给水泵电动机变频调速、改液力耦合器为增速齿轮箱方案”。技术特点为增加给水泵电动机高压变频器，取消液力耦合器泵轮、涡轮和涡轮套，用鼓形齿联轴器柔性联接小齿轮泵轮轴与涡轮轴，新增外置润滑油泵，保留辅助油泵，封闭液力耦合器工作油系统，取消工作油冷油器，给水泵应用高压变频器调速。

给水泵原工作方式为两台运行一台备用，变频调节拟采用一拖一方式，即机组正常运行时投运两台变频器调节给水泵，另一台给水泵采用工频备用方式。前置泵经核算在给水泵电机最低调频转速下仍能满足给水泵必需汽蚀余量的要求，但为了进一步保证给水泵的安全运行，将前置泵与给水泵电动机分离，增装一台1490rpm、功率匹配的定速电动机。液力耦合器润滑油泵需要外挂，增配恒速驱动电动机。在满足给水泵输入功率不变的情况下，通过变频器改变电机转速来实现给水泵节能目的。

2.2 保留设备

（1）给水泵电机2台；（2）给水泵2台；（3）液力耦合器辅助油泵；（4）液力耦合器润滑油系统及冷油器。

2.3 改造设备

（1）给水泵前置泵2台（需换新泵轴）；（2）液力耦合器2台（拆除工作油系统）。

2.4 新增设备

（1）7900kVA高压变频调速系统2套（包括旁路柜）；（2）前置泵电动机2套；（3）外挂润滑油泵2套。

2.5 新增设计和项目

（1）前置泵电动机基础；

（2）前置泵电气系统；

（3）液力耦合器传动系统；

（4）液力耦合器润滑油系统；

（5）外挂润滑油泵及管道系统；

（6）外挂润滑油泵电气系统；

（7）DCS控制逻辑（新增锅炉水位控制流量变频调节回路，修改给水泵并列/解列切换，RB和自动联锁等功能）；

（8）变频调速系统防尘电气室及冷却系统。

3 改造成果经济性分析

3.1 项目技术目标及技术水平评价

电泵变频节能改造了A、B两台运行泵，C泵作为备用泵（取A、B两段厂用电供电）保留了液力偶合器调速方式，正常运行方式下由A、B泵运行，C泵热备用，运行泵事故情况下，C泵经热控逻辑控制执行“抢水”运行。

A、B电泵变频改造后均实现一次启动成功，泵组设备运行稳定，调节灵敏，达到设计预期，A泵电机电流平均下降151A，最高下降172A，B泵电机电流平均下降155A，最高下降178A，综合节电率达到26.55%，超过预期节电率。

3.2 项目财务经济效益评价

六盘山热电厂#2机组10月10日至10月14日进行性能试验与泵组改造前后参数统计分析，泵组年均运行小时参考2012年按8000小时计算，预计年节电量可达1795.26万kWh，折算标煤约6122吨（按照供电煤耗341g/kWh计算），年节约电费536.1万元（按照六盘山热电厂上网电价0.2986元/kWh）。

计算方法及依据如下：

计算方法：修前电泵电动机输入功率-修后电泵输入功率-前置泵电机输出功率-泵组其余附属设备功耗。

数据依据：#2机组A级检修前后，均委托宁夏电科院进行了#2机组性能试验，根据改造前后不同运行负荷实际截图情况对比，节电降耗成效明显。

4 项目环境和社会效益评价

环境效益：电泵变频投后，电泵机组运行噪音明显降低，并且节约了的不可再生资源—煤炭，减少了环境污染。

社会效益：电泵变频投运后节约了煤炭资源，减少了污染物的排放。

参考文献

[1]马洪波.220MW机组电动给水泵变频改造及节能分析[J].华北电力技术，2014（01）.

[2]林道泽.联合循环电厂给水泵变频改造节能分析[J].科技资讯，2012（03）.