高压给水泵多种运行方式在热电企业中的应用

傅月明

（福建省福能龙安热电有限公司，福建宁德 355200）

0 引言

给水泵作为朗肯循环的主要设备之一，给水压力及流量是锅炉安全运行的重要参数，利用变频节能原理，本文结合某热电联产企业4 台给水泵采用变频器“一拖一”“一拖二分时启动”及工频运行相结合，节约占地面积，节省项目资金，降低设备维修成本。

1 变频节能原理

异步电动机的转速如式（1）所示：

式中：n-电机转速；f-供电频率；p-电动机极对数；s-电动机转差率；由式（1）可知，相同的电机极对数，在转差率s 不变的情况下，电机转速随着供电频率降低而降低[1]。

传统方式通过调节阀门或启停电动机来实现对给水泵水压和流量的调节，该方式阀门节流损失较大，水泵的总效率偏低，由此而引发的电能损失较大，而介入变频调节，可以根据实际需要调节电机转速，改变给水泵的性能曲线，从而达到水泵的水压、流量满足供况要求，变速前后流量、水压、功率、转速之间的关系见式（2）～式（4）。

式中：Q1、Q2-水泵调整前后的流量；H1、H2-水泵调整前后的水压；P1、P2-水泵调整前后的轴功率。

变频器频率由额定50Hz 降至35Hz，即调整前后的转速比为0.7，则调整前后的功率比为0.343，可见降低转速能大大降低电机功率，因变频器的功率较高，变频器本身的功耗很低，而电动机转速在50%额定转速以上时，给水泵效率变化不是很明显，另外在满足操作要求的前提下，因电动机输出力矩相对稳定，电机转速降低不会导致给水泵效率降低，因此变频器的节能效果才能体现出来。

2 设备概况

某热电联产企业共3 台150t/h 高温超高压循环流化床锅炉，配套一台17MW、一台20MW 发电机，配置4 台高压给水泵。由于锅炉负荷受外网热用户用汽量波动需要频繁调整，给水调节随之变化，为满足给水调节的便利性及经济性，现场配置两台高压变频器，采用多种控制方式相结合，以满足实际运行工况。

该变频器的优点：①引入变频器的使用，实现电动机的软启动，具有启动电流小，对电网冲击小的优点；②该变频器具有完善的保护功能：配备有过电流，过电压、欠压以及短路保护，轻故报警，重故跳闸等保护；③系统采用一体化设计，大大降低对电机的要求，对电网的谐波污染小[2]，不需要滤波变频器就可以直接输出所需的正弦的电流和电压。

3 控制方式选择

由于热用户用汽波动在50—350t/h，该企业给水系统属于母管制供水系统，企业根据实际生产工况，采用变频器“一拖一”“一拖二分时启动”“工频”三种方式联合控制，在不同工况下，采用不同的启动方式，以达到节能效果。

其中，变频一拖一为1 号给水泵；变频一拖二为2 号给水泵与3 号给水泵；工频为4 号给水泵。

3.1 一拖一选择

受外网供热因素影响，供热量在0—120t/h，采用单台给水泵变频启动方式，如图1 所示。QF1 为10KV 高压隔离开关，QS1、QS2 为变频器隔离刀闸，KM1、KM2 为变频器前、后真空接触器，KM3 为变频器旁路柜真空接触器。运行人员可根据现场实际情况远程选择1 号给水泵工频/变频运行方式。外网在65—115t/h，1 号给水泵既满足锅炉安全运行，又达到节能省电降噪。

1 号给水泵连锁保护：

互为闭锁关系：KM2 和KM3 互为闭锁，即KM2 合闸后KM3无法合闸，KM3 合闸后KM2 无法合闸。

图1 1 号给水泵接线

互为联锁关系：KM1 与KM2 互为联锁，即KM1 合闸后KM2方能合闸；KM1 联锁QS1，即KM1 合闸后QS1 无法操作。

1 号给水泵在运行中，可实现“工/变”人为自由切换。当变频器故障跳闸后，自动切换至工频运行，保证锅炉的上水。

3.2 两台变频器运行

当供热负荷在120—280t/h，可选用二台变频器运行。如图2所示：QF1、QF2 为 10KV 高压开关，QS1、QS2 为变频器输入隔离刀闸，QS3、QS4 为变频器输出隔离刀闸，KM1、KM2、KM3、KM4为变频器前、后真空接触器、KM5 和KM6 为变频器旁路柜真空接触器。

图2 变频器“一拖二”接线

当3 号给水泵QF1 合闸后，选择变频器C，变频启动3 号给水泵，反之变频启动2 号给水泵。在外网负荷达267t/h，1 号、3 号给水泵在变频条件下，仍能满足锅炉上水要求，并达到节能效果。

互为闭锁关系：KM1 和KM2 互为闭锁，即KM1 合闸后KM2无法合闸，KM2 合闸后KM1 无法合闸。

KM3 和KM4 互为闭锁，即KM3 合闸后KM4 无法合闸，KM4合闸后KM3 无法合闸。

KM3 和 KM5 互为闭锁，即 KM3 合闸后 KM5 无法合闸，KM5合闸后KM3 无法合闸。

KM4 和 KM6 互为闭锁，即KM4 合闸后KM6 无法合闸，KM6合闸后KM4 无法合闸。

互为联锁关系：KM1 与KM3 互为联锁，即KM1 合闸后KM3方能合闸。

KM2 与KM4 互为联锁，即KM2 合闸后KM4 方能合闸。

真空接触器：KM1（KM2）的作为隔离刀闸 QS1（QS2）的闭锁开关，即 KM1（KM2）合闸后，QS1（QS2）无法操作。

3.3 一工两变运行方式

当外网负荷>280t/h，选择“一工，两变”联合运行，在保证工频运行泵不超电流的情况下，通过变频器调节上水流量及压力，达到节能降耗。

4 节能分析

福建地属全国多雷区，该企业在闽东沿海地区，常年多雨潮湿，常发生地面返潮现象。研究表明，凝露现象的产生，与温度、湿度、气压三个要素紧密相关。为避免高压设备因受潮，导致短路跳闸，该企业特设置给水泵变频室，并配备空调，以维持室内湿度的同时保证高压变频器运行过程中产生的热量及时得到冷却。由于东方日立变频器配备有变压器柜、功率柜、控制柜、旁路柜四部分组成，占地面积较大，在寸土如金的沿海城市，节约用地可有效控制前期投资成本，因此选用“一拖二分时启动”的方式，减少设备的资金投入及占地面积，从根本上降低企业成本。

据统计，该企业2019 年年供热169.1 万吨，年平均运行约7500h，平均供热量为225t/h，平均上水量317t/h，从表1 可知，年上网电量增加441.75MW·h，可增加利润173.8 万。

表1 给水泵变/工运行节能对比

5 结论

（1）热电联产企业运行时，由于受热用户影响，负荷波动大，调节频繁，给水母管制系统采用给水泵多种运行方式相结合，选择合理的运行方式，节能效果显著。

（2）采用变频技术，启动给水泵时，电机启动曲线平滑，大大降低了对电网的冲击，在低负荷运行时，有效减少机械磨损，延长设备的使用寿命，大幅降低设备的维护成本。