260吨锅炉给水泵变频改造应用及经济效益分析

冯宏图

（河钢集团邯钢公司能源中心，河北 邯郸056015）

1 引言

节能改造是当今企业降低成本、提高综合竞争力的主要途径，高压变频技术的飞速发展为钢厂锅炉给水泵节能改造提供了技术支撑。现260吨锅炉拥有两台给水泵，用一备一，通过母管向锅炉供水。每台泵的驱动电机功率为2000kW，其流量及压力通过调节阀和再循环进行调节。此运行方式的优点是系统简单，有利于集控运行，缺点是损耗较大，特别是在锅炉低负荷运行的时候。为解决这一问题，经论证分析后对其中一台给水泵进行了变频改造。

2 运行方式介绍

根据钢厂供暖季与非供暖季限产实际运行情况，分别对采暖季与非采暖季时给水泵运行情况进行介绍。

2.1 采暖季运行说明

供暖季，锅炉长期处于低负荷运行，锅炉额定负荷为260t/h，实际负荷在100吨左右，远远低于其额定负荷，致使给水泵长期处于低负荷运行状态，为使给水泵出口压力和负荷满足用户需求，降低给水流量。需要通过打开给水泵再循环门，关小给水调节阀的方式，来调节流量和压力。采取此调节方式带来的问题是，随着阀门开度的减小，水泵出口压力上升，达到16～18Mpa以上，阀门两侧的压差将增大，压差接近10Mpa，对给水电动阀和调节阀的冲刷十分严重，需两年更换阀门，给水泵再循环需要常开，对给水泵再循环冲刷严重；达到18Mpa以上，远远大于原设计的水泵出口压力15Mpa，高于锅炉汽包压力11Mpa(包括给水垂直落差及管路压差)的要求，在此工况状态下运行时锅炉压力最高只有7Mpa，不但造成能量浪费，而且使得水泵的振动和磨损加大，寿命缩短。

2.2 非采暖季节运行说明

非采暖季，由于环保压力，高炉限产，煤气用量紧张，锅炉运行负荷变化频繁，长期处于额定负荷以下运行，由于给水泵出口压力和流量不能自身调节，同样需要通过打开给水泵再循环门，关小给水调节阀的方式来调节。不但造成能源浪费，而且给设备运行带来生产隐患。

3 给水泵变频改造

为优化锅炉给水控制结构流程，特加装高压变频调速装置，通过调整输出频率实现给水泵流量调节。此方式不仅能降低设备启动电流实现变负荷平滑过渡，同时缓解高压水流对出口调节阀的冲刷，还能获得相应节能效益。变频器采用户内型，变频器与电动机采用“一拖一”配置+旁路切换保障方式。

图1 变频器系统主回路原理图

变频装置与电动机的连接方式如图1所示，一拖一手动系统成套设计方案如下：

电源经变频装置进线开关QS1到变频装置，变频装置输出经出线开关QS22送至电动机。电源还可经旁路开关QS21直接启动电动机。进出线开关和旁路开关的作用是：一旦变频装置出现故障，即可断开进出线刀闸QS1和QS22，将变频装置隔离；手动合旁路刀闸QS21，在工频电源下起动电机运行。QS22与QS21机械联锁，不能同时合闸。QS1与QS21电气联锁。若QS21处于合闸状态，则不得操作QS1。QF为原泵高压电源控制开关，QS21与QS22同处断开状态时，可输出QF分闸信号。（正常停机操作状态时，可输出高开分闸信号，将变频器供电源切断，以免误操作；此功能为可选项）。

在给水泵变频改造前，出口压力连锁设定值为12Mpa，变频改造后，在运行变频给水泵时出口压力变低，致使另一台不能投入连锁。为解决这一问题，将压力连锁调整为8.0Mpa，并实现工频和变频运行的两种模式手动切换。

4 变频改造效益分析

4.1 供暖季效益分析

工频运行方式下消耗功率计算

式中，U为电机电压，取10kV；I1为工频运行时电机电流，取105A；η1为功率因数，取0.9。

变频运行方式下消耗功率计算

式中，I2为变频运行时电机电流，取50A。

表1 供暖季给水泵电机运行参数

4.2 非供暖季效益分析

工频运行方式下消耗功率计算

式中，U*为电机电压，取10kv；I1*为工频运行时电机电流，取105A。

变频运行方式下消耗功率计算

式中，I*2为变频运行时电机电流，取50A。

表2 供暖季给水泵电机运行参数

4.3 节约运行成本运算

按照保守估计，采用变频改造后，供暖季11月15日至3月15日（2880h）节约成本：

式中，D为电费单价，取0.55元/kwh；T1为供暖季的运行时间，取2880h；η2为变频系统运行效率，取典型值0.96。

非供暖季3月15日至11月15日约5220h（不包括检修时间）节约成本：

式中，T2为非供暖季的运行时间，取5220h。

全年共节约成本为：T=T1+T2=247万元

5 变频改造的间接经济效益

除了直接的经济效益外，变频改造还有一些间接的经济效益，包括减少了对给水调节阀的冲刷，降低了给水调节阀的前后压差，减少了对阀门的更换周期；实现了给水泵的软启动，减少了启动力矩突变对电机的电气和机械损伤，减少了由于直接启动对转子笼条造成的冲击；减少了对轴承的摩擦，维护工作量减少；控制平滑、稳定、精度高。

6 结论

给水泵变频改造投资小，效益明显，且采用高压变频技术，运行稳定，避免了机械故障等的发生，是一种可取的改造方式。