9F联合循环机组凝泵变频改造可行性浅

9F联合循环机组凝泵变频改造可行性浅析 随着我国经济的快速发展，资源消耗高、浪费大，环境污染严重的粗放型经济增长方式与日益紧缺的资源之间的矛盾越来越突出，为此，国家适时提出了加快建设资源节约型社会的号召。在电力行业随着经济体制的转变，电厂节能降耗已成为降低发电成本的当务之急，而用于电厂的辅机驱动方式耗能十分严重。采用高压变频器，不仅能使主要电机的耗能大大降低，而且还能显著减少电机及阀门等调节机构的损耗，减少设备的维护量。凝结水泵作为联合循环热力系统中能耗较大的辅机，对发电厂用电率影响较大。因此，为了降低凝泵的能耗，本文就凝泵变频改造的可行性进行讨论。 一．凝泵变频的原理与实现 1.异步电机的变频原理和节能特性 交流异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为：n0= 60f/p， 式中，n0代表同步转速(r/min)；f 代表定子频率；P 代表磁极对数；异步电动机的转子转速为：n = n0(1-S) = 60f (1-S)/p 式中，S 代表异步电动机的转差率，S = (n0-n)/n0 由上式可见，调速有三种方法： 1) 改变电动机转差率S； 2）改变电动机定子绕组极对数p； 3）改变电源频率f。 由于一般异步电动机转差率s 变化范围很小， 电机调速范围很小。当极对数p 改变时，转速就随之而改变，但是这种调速方法，不是平滑调速而是极差调速。在电动机极对数P，转差率s 不变的情况下改变电动机定子供电频率，可以平滑改变电动机的同步转速。 发电厂中电机负载随着机组负荷的变化而不断变化，为了实现准确地控制，采用控制阀门开度的方法，使大量能量损失在阀门上。我们可以根据电动机的负载特性来调整泵与风机的转速来适应压力流量等参数的要求，从而具有明显的节能特性。下面结合凝结水泵系统的变频调速控制给予具体的分析。 发电厂凝结水泵其工作点取决于凝结水泵的工作特性和管道系统的阻力特性。采用变频调速的电动机来改变泵的转速，以满足工况改变时对性能的要求，其调速时的H-Q 曲线为图一所示， 泵的特性曲线N 与管道性能曲线DE 的交点A0，即为泵的正常运行时的工作点。下面通过节流控制和变频调速的比较，说明变频调速的节能原理。

图一 H-Q曲线 节流控制是通过改变装在管道上的阀门或挡板的开度，使阀门对供水的阻力发生变化。所以反映到上图中，阻力曲线从DE 移到DE'，扬程则从H0升到H1，流量由Q0减小到Q1，运行工况点从A0点移动到A1点。变频调速控制是在管道性能曲线不变的情况下，通过改变泵的工作转速，使其性能曲线变化，从而变更运行工作点来实现调节。泵的特性曲线取决于电机的转速，如果把速度从n 变为n'，工况点将从A0点移到A2点，扬程将从H0降到H2，流量将从Q0减小到Q1，与用节流控制时输出的流量相同。采用两种方法运行时A1点和A2的泵轴功率变化为：ΔP =P1-P2=(H1-H2) Q1ρg/1000。 用节流控制流量比用变频调速控制时多消耗了ΔP 的功率，而且消耗随着着阀门的开度减小而增加。另一方面，用变频调速控制时，由于泵的功率与转速的三次方成正比，当水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此凝泵在低负荷时节能潜力非常大。 2.凝泵变频的电气实现 我厂机组设两台凝泵，正常运行方式为一台运行，一台备用。因此变频器拟采用“一拖二”的工作方式。以#1机组为例，图二为凝泵变频的电气一次图。工作原理如下： 图二 凝泵变频电气接线图 为了保证凝结水系统的可靠性和便于变频器检修隔离，变频器加装旁路，工作原理如下： (1)1A凝泵旁路柜由3个刀闸KA2、KA3和KA4组成，KA1为原1A凝泵断路器。KA2和KA4不能同时闭合，在机械上实现互锁。1A泵变频运行时，KA3和KA4闭合，KA2断开；工频运行时，KA2闭合，KA3和KA4断开。同时，1A泵运行时，1B泵主开关KB1断开、KB2闭合，使1B泵处于工频备用状态。1B工作原理同1A凝泵。 (2)1A泵与1B泵至变频器输入刀闸KA3与KB3实现机械互锁。 （3）由于系统设置了变压器，对KA2、KA3、KA4、KB2、KB3、KB4这几个隔离开关就有了一定的要求，正常运行中，变频调节时变频器输出电压、电流及频率与输入的电压、电流及频率差别较大，所以不容许刀闸带负荷操作，故在操作这几个隔离开关时，一定要保持KA1及KB1开关在断开状态。 二．我厂9F联合循环机组凝泵变频改造经济性分析 我厂凝结水系统主要承担向余热锅炉低压省煤器及低压汽包供水、汽轮机低压缸喷水减温、汽轮机高、中、低压蒸汽旁路系统减温、凝汽器水幕喷水、本体疏水扩容器减温，并提供轴封加热器紧急减温水、凝泵密封水等任务。机组正常运行中，凝结水进入低压省煤器1、低压省煤器2，通过低压汽包水位调节阀自动控制来实现对低压汽包的补水。在机组启停过程中，凝泵除了满足低压汽包水位要求外，还要提供高、中、低压蒸汽旁路的减温水。我厂凝泵及电机参数如表一： 表一 凝泵及电机主要参数 类 别 名 称 参 数 单 位

水 泵

型号 NLT300-400×6 级数 6 级 转速 1480 rpm 流量 434 m3/ h 扬程 278 m 效率 78 % NPSHR 3.7 m

电 机

型号 YLKK450 功率 560 kw 电压 6 kv 电流 59 A 防护等级 54 功率因素 0.9

1.我厂目前定速凝泵的运行参数 由于联合循环机组实行两班制，且调峰运行为主，机组负荷主要为基本负荷和部分负荷280MW，表二为凝泵在不同负荷下的运行参数。 表二 凝泵在不同负荷下的运行参数 机组负荷 （MW） 凝泵电流 （A） 凝泵流量 （m3/h） 凝泵出口压力 （MPa） 凝泵功率 （kw） 280 51.5 340 26.97 507 320 53.3 365 26.27 526 360 53.9 392 26.17 529 400 54.6 415 26.06 536 从表二可以看出，机组运行在280MW~400MW之间，其电机功率在507kw~536kw之间变化。在机组低负荷阶段，所需的凝结水量较基本负荷要少得多，但由于凝泵工频运行方式造成凝水管路节流损失较大，同时凝泵效率降低，因此，将凝泵改成变频方式运行能产生一定的节能效果。

2.凝泵变频改造前后功耗对比 如前提到，凝泵的功率与流量的三次方成正比，因此，根据机组各个负荷阶段的凝水流量，可以大概算出凝泵变频改造后在不同负荷阶段的功耗。表三为凝泵变频改造前后功耗比较。 表三 凝泵变频改造前后功率比较 机组负荷 （MW） 凝泵功率（KW） 变化 （KW） 节电率 （%） 定速 变频 280 507 269 298 58.8 320 526 333 193 36.7 360 529 413 116 21.9 400 536 489 47 8.8

3.投资及收益分析 由于我厂已经对凝泵系统进行过改造，加装了400V电机的小凝泵，即对于两班制运行机组停运后，6KV大凝泵即可以停运，改由400V小凝泵运行。因此，我们分析凝泵变频改造产生的收益时只考虑在机组运行时间范围内。下面以我厂2010年的凝泵运行数据进行收益估算。我厂2010年全厂凝泵耗电量为576.51万kw.h， 我厂2010年平均负荷为320MW左右，凝泵总运行小时为11456小时。如凝泵变频改造后，对应于年度平均负荷下的凝泵功率为333kw，因此全年变频凝泵耗电量为333*11456/10000=381.48万kw.h，变频改造后凝泵全年可省电576.51-381.48=195.03万kw.h。按上网电价0.581元计算，每台机组凝泵改变频后产生收益为195.03*0.56/2=56.7万元。 按照每台机组凝泵变频改造需投资80万元来估算，理论上最短时间需要1.4年能收回改造成本，由于变频器需要冷却装置，因此，变频一次性改造投资费用加上变频器平时运行成本以及维护成本后，粗略估算每台机组凝泵改成“一拖二”的变频方式，大致需要2年即可收回成本。 三．9F联合循环凝泵变频改造后需要注意的问题 1. 由于采用变频调速方式，凝泵出口压力将随着流量的降低而降低。而9F联合循环机组汽机旁路(尤其是高压旁路)减温水来自于凝结水，高压旁路要求减温水的水压不低于1.8Mpa，但经过变频运行后，凝泵出口压力会较低，可能满足不了旁路减温水的要求，严重影响机组的安全运行。因此，在机组启停过程中，凝泵需采用工频运行方式，待机组正常运行时再切至变频方式运行，这种凝泵运行方式的切换对机组的运行带来一定安全隐患。 2.由于凝泵正常运行时采用自密封，而在机组低负荷工况下变频凝泵出口压力较低，有可能不满足凝泵自密封压力要求，导致凝水溶氧上升。由于我厂凝泵密封水压为4kg/cm2,左右，而即使在低负荷工况下凝泵变频运行也能满足此要求，因此不存在上述问题。 3. 根据经验，变频凝泵会存在多个共振频率点，这需要在凝泵变频设计时和控制手段上加以避开。 4.凝泵变频改造后，最理想的是低压给水调门全开，靠凝泵变频器调节频率来达到控制低压汽包水位的目的。就余热锅炉省煤器而言，存在着“接近点温差”的问题。省煤器应设计成为欠饱和状态，以免在燃气轮机部分负荷时省煤器吸热量增大而导致省煤器中发生汽化。在机组正常运行时，若低压给水调门全开，通过凝泵变频器调节低压汽包水位，则低压省煤器2出水压力可能低至0．5 MPa左右。低压省煤器2出水温度有可能高于0．5 MPa对应的饱和温度，存在着低压省煤器2水侧汽化的可能，影响了低压省煤器的安全运行。采用凝泵变频方式运行时，应在充分考虑到低压省煤器2安全运行。因此，变频改造过程中，必须通过控制低压水位调门开度来提高低压省煤器2出水压力，从而保证余热锅炉最小接近点温差要求，使省煤器能够安全运行。但是，这反过来又削弱了凝泵变频的节能效果。 综上所述，对于9F联合循环机组凝泵变频改造，具有一定的可行性，需要注意的是，变频改造过程中要注意一些对设备安全运行相关的问题，以保证既有收益又有安全。