熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵高壓變頻改造應(yīng)用與分析

1 概述

呼和浩特金橋熱電廠現(xiàn)有裝機(jī)容量為2伊300 MW，選用5 臺1 000 kW的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，通過18 km的無補(bǔ)償管道，向熱力用戶提供六個月的供熱量。由于供熱系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)行中主要保證水循環(huán)穩(wěn)定和壓力恒定，即控制好水位、水壓達(dá)到安全運(yùn)行的目的。機(jī)組在供熱期間，當(dāng)供熱負(fù)荷變化時(shí)需要調(diào)節(jié)水量，而電機(jī)的出力并沒有變化，其消耗的廠用電率是相當(dāng)可觀的。當(dāng)前節(jié)能環(huán)保已成為各發(fā)電企業(yè)必須完成的硬指標(biāo)，所以降低廠用電率，合理調(diào)配設(shè)備運(yùn)行方式是急需解決的問題。因此對熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行高壓變頻器技術(shù)改造，通過調(diào)節(jié)壓力、改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制流量，可以方便地調(diào)整機(jī)組的供熱量，不但具有非常大的節(jié)能潛力，而且達(dá)到了管道穩(wěn)壓的最佳效果。

2 水泵變頻改造節(jié)能原理

異步感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對數(shù)p 之間的關(guān)系為n=60f(1-s)/p，改變其中任何一個參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f 的方式來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的。

水泵的流量與壓力的富裕度以及設(shè)備的非滿負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)與設(shè)計(jì)高效點(diǎn)相偏離，從而使水泵的運(yùn)行效率大幅度下降。一般情況下，如采用閥門調(diào)節(jié)的水泵，在兩者偏離10豫時(shí)，效率下降8豫左右;偏離20豫時(shí)，效率下降20豫左右;而偏離30豫時(shí)，效率則下降30豫以上。

這對于采用閥門調(diào)節(jié)流量的水泵，是一個不可避免的問題。可見，在水泵的用電量中，很大一部分是因其型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)閥門消耗掉的。因此，改進(jìn)泵的調(diào)節(jié)方式是提高運(yùn)行效率，降低耗電量的最有效途徑。

圖1 給出了離心式水泵不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較曲線，圖2 給出了閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)方式時(shí)，泵的效率原流量曲線。

由圖2可知，在泵的流量由100豫下降到50豫時(shí)，變速調(diào)節(jié)與閥門調(diào)節(jié)方式相比，泵的效率平均高出30豫以上。因而，從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。當(dāng)采用定速驅(qū)動時(shí)，水泵靠閥門開度來調(diào)節(jié)流量，除產(chǎn)生大量的節(jié)流損耗外，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度也慢。采用調(diào)速驅(qū)動后，系統(tǒng)的可控性提高了，響應(yīng)速度加快了，控制精度也提高了。從而使整個系統(tǒng)的控制性能大大改善，進(jìn)一步節(jié)約能源。同時(shí)，采用變速調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻改造方案

3.1 改造對象

金橋熱電廠有5 臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，選用兩套北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的“一拖二”高壓變頻裝置，分別帶1#、2#與3#、4#熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)，對5# 熱網(wǎng)循環(huán)水泵暫不作技術(shù)改造。運(yùn)行人員可根據(jù)供熱量的大小投入一臺或兩臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行。當(dāng)1#、3#熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行時(shí)，2#、4#熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻旁路，反之當(dāng)2#、4#熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行時(shí)，1#、3# 熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻旁路。當(dāng)運(yùn)行的變頻泵發(fā)生故障時(shí)，備用工頻泵連鎖啟動，確保供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 改造邏輯設(shè)計(jì)

由于熱網(wǎng)熱負(fù)荷調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)汽輪機(jī)抽汽量為調(diào)節(jié)方式，所以熱網(wǎng)循環(huán)泵主要以穩(wěn)定供熱管網(wǎng)壓力為調(diào)節(jié)方式。熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻調(diào)節(jié)以熱網(wǎng)供水壓力為被調(diào)量，通過變頻調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水壓力。為防止泵組在低轉(zhuǎn)速時(shí)出現(xiàn)共振的現(xiàn)象，將泵的最低轉(zhuǎn)速設(shè)定為900 r/min(電機(jī)工頻額定轉(zhuǎn)速為1489 r/min)。

3.3 改造后的畫面操作

由于采用“一拖二”配置，1#、2# 泵共享一號變頻器調(diào)節(jié)器，3#、4# 泵共享二號變頻調(diào)節(jié)器。泵變頻啟動時(shí)先合與其對應(yīng)的6 kV 開關(guān)，給變頻器供電，再按變頻器啟動按鈕啟動變頻器，之后操作相應(yīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)供水壓力。當(dāng)投入自動調(diào)節(jié)時(shí)，在操作畫面的設(shè)定塊上設(shè)定所需的供水壓力，并可通過偏置塊設(shè)定兩臺變頻泵的轉(zhuǎn)速偏置，偏置數(shù)值為一號變頻器轉(zhuǎn)速減二號變頻器轉(zhuǎn)速的差值。當(dāng)啟動第二臺變頻泵后，手動調(diào)節(jié)使兩臺變頻泵轉(zhuǎn)速調(diào)至一致，再投入自動調(diào)節(jié)。

由于該變頻器不能夠聯(lián)啟，所以變頻泵不能作為備用泵運(yùn)行，只能選擇工頻泵作為備用泵使用，泵的連鎖投入方法與改造前一致。

3.4 改造后高壓變頻器運(yùn)行方式

兩套“一拖二”高壓變頻裝置，分別帶1#、2# 與3#、4# 熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)，具備手動切換方式(虛線部分為新增加部分)，如圖3 所示。

高壓變頻器運(yùn)行方式分為就地控制及遠(yuǎn)程控制兩種。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，DCS 輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋;就地控制時(shí)，對高壓變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)方操作無效。

高壓變頻器受DCS 控制時(shí)分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過改變DCS 操作畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)。

4 改造后的節(jié)能效果對比分析

根據(jù)現(xiàn)有供熱面積，單臺熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行即可滿足熱用戶要求。現(xiàn)將3#熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻改造前后電流的變化及消耗的電量進(jìn)行比較(以2008年10 月20 日改造前與2008 年11 月8 日改造后全天運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行比較)。

運(yùn)行方式：10 月20 日單臺3# 熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻運(yùn)行，11 月8 日單臺3#熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行。電流變化及消耗的電量如表1 所列(熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)功率因數(shù)0.83。由表1 知改造后平均每小時(shí)節(jié)約電量419.6 kW·h。電力上網(wǎng)價(jià)按0.285元/ kW·h 計(jì)算，每年熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行按六個月算，則每臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運(yùn)行節(jié)電效益約為0.285伊419.6伊24伊18越51.7(萬元)。

5 結(jié)語

金橋熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)增設(shè)兩套變頻裝置后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組的供熱量調(diào)整方便，每年因單臺變頻運(yùn)行節(jié)能帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益最少約為45 萬元，節(jié)能效益顯著。