汽轮机组循环水泵变频改造的可行性分析

杨星

【摘要】当前，在火力发电厂中，越来越多的循环水泵都进行了变频改造。通过变频改造，能够有效实现能耗的降低，具有十分显著的经济效益。基于此，笔者结合实例，重点论述了汽轮机循环水泵变频改造的可行性。

【关键词】汽轮机循水泵；变频改造；可行性；分析

一、变频改造方案的优化选择

（一）循环水泵变频改造合理化路径

循环水泵的变频改造必须依托于电厂的实际情况，在确保安全的基础之上，通过优化配置变频技术，以实现最大化的节能降耗目标。由于各个电厂的循泵设计不同，存在的主要问题不同，成本开工至以及战略的侧重点都有所不同，但是掌握合理的方案改在布置以及不同方案情况下的运行特征，对于提高变频技术的应用效果有着十分重要的作用。具体来说，循环水泵的变频改造方案的主要步骤如下：系统主回路技术方案选择→变频器型式选择→变频控制策略优化→变频改造经济性分析。

（二）变频改造中的几个关键问题

1.系统主回路技术方案选择

利用变频器进行循环水泵的改造通常有两套技术方案：第一，一拖一的方式。正常运行的时候，变频器推动一台泵变频运行，而另外的一台泵工频作为备用。该方式主要是采用三个高压真空隔离开关，在电气上实现相互独立，并且要求变频主回路中的两个隔离开关和旁边的隔离开关不能同时闭合。旁路系统可以采取手动或者自动的方式。在手动方式下，虽然负载在切入工频的时候必须要求人工进行干预，但是检修变频器的安全性能比较高，改造的成本较低；在自动模式直线，虽然运行方式较为简单，灵活性比较高，但是初期投资成本较高，尤其是在电气发生故障的情况下，引起变频器停机之后再次启动，可能导致故障问题扩大化。第二，一拖二的方式。也就是利用一套公用的变频器和一套组合方式旁路组成该系统。在正常运行的情况下，一台循环水泵变频运行，而另一台工频作为备用，两台水泵进行无扰动的变频切换。如果变频器或者和其相连接的系统出现故障时，变频器保护就会自动跳闸，备用的泵工频就会自动启动，防止事故扩大化。系统的主回路技术方案中，所配备的变频装置一般可以选择“就地”和“遥控”两种方式。在“就地”控制方式之下，在变频器之上的人/机界面之上，通过改变高压变频器的转速，来实现对变频的就地启停或者调速操作；在“遥控”控制方式之下，变频器主要依据机组的控制指令改变高压变频器的转速，同时系统的界面还可以显示变频器的工作状态以及报警的参数，进程指导运行人员依据DCS阶段进行远程的启停或者是调速操作。

2.節能效果的预期

因为机组负荷的变化，所需要的循环水量也会不同，如果循泵只能定速运行的话，过量的循环水只能造成浪费，循泵变频改造减少电耗的前景是可以预期的，但同时，变频器的成本约120W，以及变频器维护费用，成本预算较高，而夏季海水温度较高时，循泵一般满出力运行，节能空间较小，两相结合，在北方，冬季时间较长，循泵变频改造能取得更好的效果，南方冬季时间较短，循泵变频改造空间较小。

二、工程实例

某电厂安装3×350MW联合循环机组，电厂的循环冷却水系统采用海水直流供水系统，取排水口均设在海边。流程为：海水→前池→净水间→循环水泵房→压力管→凝汽器及辅机冷却器→排水孔→虹吸井→排水沟→大海。循环水系统采用双母管制供水，三套联合循环机组配套三台循环水泵。循环水泵额定流量为7.05m3/s，扬程23m。单台循环水泵电机2200KW，电压6KV。

（一）循泵改造的必要性

该电厂三台机组配备三台循泵，为满足夏季海水温度最高时的循环冷却需要，三台泵同时运行；冬季工况下可以按照三机两泵运行，在满足冷却需要的情况下冬季运行可节约厂用电。根据设计说明，循环水量确定按照冬季工况50倍循环倍率，夏季65倍循环倍率确定。下表为冬夏季工况循环水量设计值。

可见，在机组的不同负荷条件之下，机组需要的循环冷却水量差异较大，由于单台循泵额定流量为25380 m3/h，所以在冬季工况和低负荷时，循环水量过剩，因此而导致的能量损失是非常大的。所以进行循泵变频改造十分必要。

（二）变频改造的可行性

对两台循泵进行变频改造，以两台机组两台循泵为例，分析2台机2台变频泵冬季运行工况，针对50%、75%和100%负荷下，满足冬季工况循环水量的最低变频频率，得：

100%负荷时2机2泵冬季所需循环水量为40690 m3/h，即11.30 m3/s。

75%负荷时2机2泵冬季所需循环水量为33600 m3/h，即9.33 m3/s。

50%负荷时2机2泵冬季所需循环水量为27200 m3/h，即7.56 m3/s。

通过2机2泵工况曲线分析得：

100%负荷时2机2泵冬季循环水量为11.30 m3/s，对应的扬程为17.98m，对应的运行频率为43.2HZ，对应水泵效率约为87%，每台泵轴功率约为1180KW。

75%负荷时2机2泵冬季循环水量为9.33 m3/s，对应的扬程为15.70m，对应的运行频率为39.2HZ，对应水泵效率约为83%，每台泵轴功率约为830KW。

50%负荷时2机2泵冬季循环水量为7.56 m3/s，对应的扬程为14.20m，对应的运行频率为36.1HZ，对应水泵效率约为78%，每台泵轴功率约为620KW。

由上可知，在满足机组循环水量的前提下，降低循泵运行频率可大幅降低泵的功率，以2机2泵工况来说，当2台机组满负荷时，单台泵的轴功率可降至1180KW，在3个月的冬季，泵节约的功率=2200×2-1180×2=2040KW，冬季节约的电量=2040KW×2160h=4406400kwh，冬季节约的成本=4406400kwh×0.63元/kwh=2776032元，可见，循泵改造节能是相当大的。

综上所述，通过对循泵的变频改造，既可以满足机组各种运行工况的需求，还可以大幅度的降低电厂的用电效率，有利于减低发电成本，实现电厂的经济效益。在进行循泵变频改造的过程中，应依据电厂的具体情况以及循泵的具体情况，采取合理的措施和改造技术，确保改造后的循泵能够实现节能降耗的主要作用。

【参考文献】

[1]杨顺虎.燃气一蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]郭立君.泵与风机.北京：中国电力出版社，2001.

[3]孙传森.变频器技术.北京：高等教育出版社，2008.