660MW超临界直接空冷机组给水泵变频改造.pdf

内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第 3 2 卷第 1 期 I N N E R MO N G O L I A E L E C T R I C P O WE R 5 7 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 6 2 1 8 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 1 8 6 6 0 MW超 临界直接空冷机组给水 泵变频改造 张 法科 ( 山西漳电同华发电有限公司， 山西 忻州0 3 4 1 1 4 ) 摘要： 介绍 了国 内首例 6 6 0 MW超临界直接 空冷机组给水泵由液力耦合 器调速 改造为变 频调速的情况 ， 对 比了液力耦合 器调速 方式和变频调速方式下给水泵 系统的设备配置方案。 通过 比较 2 种调速方式下给水 系统参数 随负荷 的变化情况， 分析 了变频改造的节能效果 ， 计 算结果表明， 改造后给水泵的节电率约为3 5 ． 5 1 ％， 每年可节省电费约 1 4 9 5 ．7 万元。认为大型 直接空冷机组给水泵组由液力耦合 器调速改为变频调速的节能效果明显 ， 值得推广应用。 关键词 ： 6 6 0MW超临界直接空冷机组； 给水泵； 液力耦合器 ； 变频器； 调速 文献标志码 ： B 中图分类号 ： T K 3 2 3 文章编号 ： 1 0 0 8—6 2 1 8 ( 2 0 1 4 ) 0 1 —0 0 5 7～0 3 F r e q u e n c y C o n v e r s i o n F e e d Wa t e r P u mp T r a n s f o r ma t i o n i n 6 6 0 MW S up e r c r i t i c a l Di r e c t Ai r Co o l i n g Un i t Z h a n g F a k e ( S h a n x i Z h a n g z e P o w e r T o n g h u a Ge n e r a t i o n C o ． ， L t d ． ，S h a n x i Xi n z h o u 0 3 41 1 4 ) Ab s t r a c t ： I n t r o du c e d t h e d o me s t i c f i r s t t r a ns f o r ma t i o n a p pl i c a t i o n e x a mp l e o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n f e e d w a t e r p u mp s e t s i n 6 6 0 MW s u p e r c r i t i c a l d i r e c t a i r c o o l i n g u n i t ． B y c o mpa r i n g t h e p a r a me t e r o f f e e d wa t e r p ump c h a ng i ng wi t h l o a d be t we e n flui d c o u pl i n g s pe e d r e g u l a t i o n a n d f r e qu e n c y c o nv e r s i o n， s u mma r y a n d a n a l y z e e ne r g y —s a v i ng e f f e c t a n d e c o n o mi c a l e ffi c i e n c y o f f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t r a n s f o rm a t i o n ．T h e r e s u h s h o we d t h a t ，fl u i d c o u p l i ng s p e e d r e g u l a t i o n c h a ng i ng f r e q u e n c y c o n t r o l o f mo t o r s p e e d o n l a r g e di r e c t a i r c o o l i n g u n i t f e e d wa t e r p u mp s e t ， e n e r g y — s a v i n g e f f e c t wa s v e ry o b v i o u s ， p o s s e s s t h e e c o n o mi c c o n d i t i o n s o f t r a n s f o rm a t i o n i n v e s t me n t Ke y w o r d s ：6 6 0 MW s u p e r e r i t i c a l d i r e c t c o u p l i n g ；f r e q u e n c y c o n v e r s i o n e q u i p me n t ；s p e e d 0引言 近年来 ， 我国空冷机组 的装机容量迅速增 加 ， 尤其北 方地 区新建机组 中绝大多数 为直接空冷 机 组 。 由于直接空冷机组较湿冷机组 背压 高且变 化 幅度大， 受机组负荷 、 季风 、 环境温度等因素的影响 较大， 故早期机组给水泵配置主要以电动泵为主。 a n d d e s e r v e d t o b e a p p l i e d w i d e l y ． a i r c o o l i n g u n i t ； f e e d wa t e r p u mp ； fl u i d r e g u l a t i o n ； 随着 机组容量 和参数 的提 高 ， 给水泵 功耗增加很 快 ， 尤其是直接空冷机组 ， 给水泵 的耗电率 占厂用 电率的 比例越来越高 ， 对机组上网电量 的影 响也越 来越大⋯ 。为了响应 国家倡导实施 的节能减排发展 规划 ， 降低厂用 电率 、 提高机组经济性 ， 山西漳 电同 华发电有限公司开展了国内首例6 6 0 M W直接空冷 机组给水泵变频改造工作。 【 收稿 日期】2 0 1 3 — 0 9 — 0 9 ； 【 修改 日期]2 0 1 4 一 O 1 一 l 5 【 作者简介】张法科( 1 9 8 8 一) ， 男， 山西人， 学士， 助理丁程师， 从事汽轮机榆修技术管理工作。 5 8 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第3 2 卷第1 期 l 改造前给水泵配置方式 山西漳 电 同华 发 电有 限公 司 1 期工 程 2 X 6 6 0 MW 直接空冷机 组采用 D G 2 1 0 0 ／ 2 5 ． 4 一 I I 6 型超 临界 直 流锅炉 ， 汽 轮机采用 C L N Z K 6 6 0 — 2 4 ． 2 ／ 5 6 6 ／ 5 6 6型 直接空冷凝汽式机组 ， 配置 3 x 3 5 ％N ~ ( 为机组额定 容量) 的液力耦合器调速电动给水泵 ， 给水泵组设 备连接情况如图 1 所示。电动机 同轴驱动给水泵和 前 置泵 ， 给水泵 的流量 调节 由液 力耦合器 调速实 现。正常运行时3 台给水泵全部投运， 无备用 ； 低负 荷时可 以2台泵运行 、 1 台泵备用 ， 也可 以 3 台泵 同 时降速运行。 给水 泵 电动机 图1 原给水泵组设备连接示意图 2 给水泵变频改造方案 2 ． 1 改造后给水泵配置方式 此次改造将 2 号机组给水泵配置方式 由原 3 3 5 ％N o 方式变更为 2 x 5 0 ％N o + 1 x 3 5 ％N o 方式 。此方 式保 留了 1 台3 5 ％N , 的给水泵作为备用 ， 将另外 2台 改造为 5 0 ％N o ， 同时主给水泵采用先进可靠 的高压 变频调速方式 。 2 ． 2 设备连接情况及驱动方式 变频改造后的给水泵组设备连接情况如图2 所 示 。前置泵 由单独的定速电动机驱动。给水泵通 过增速齿轮箱与电动机连接 ， 电动机与高压变频器 连接 ， 利用变频器改变 电动机定子供 电电源的频率 从而改变电动机的转 速 ， 实现 给水泵调速 的 目的。 改造前、 后主要设备对 比见表 l 所示 。 3 给水泵组变频改造效益分析 3 ． 1 给水泵性能分析 3 ． 1 ． 1 扬 程 表 2为 改造 前 、 后 给水 泵基 本参 数 的对 比情 况。由表 2中数据可 以看出 ， 新给水泵较原给水泵 的额定扬程有所降低 ， 这是因为原给水泵选型时扬 程偏高， 造成给水泵的实际工作转速偏离最高工作 给水 泵 齿轮箱 电动机 前置泵 前 置泵 电动机 图2 变频改造后给水泵组设备连接示意图 表 l 改造前、 后给水泵组设备对 比 表2 变频改造前、 后给水泵基本参数对比 效率区较远 ， 故新泵设计扬程有所降低 ， 并且新泵 效率 曲线 的高效区较原给水泵平坦宽 阔， 可以实现 在较大调速范围给内给水泵 的高效运行 ～ 1 。 3 ． 1 ． 2 工作 转速及 效率 表 3 、 表 4 分别给出了给水泵变频改造前 、 后给 水泵液力耦合器调速和变频调速下 ， 给水系统参数 随负荷的变化情况 。分析表 3 、 表4 数据可得知 ： ( 1 )在相 同负荷下 ， 新 给水泵工作转速明显低 于原泵 。由泵的相似定律 可知 ， 轴功率 与转速 的 3 次方成正 比 ， 当水泵的转速降低时 ， 单位给水量 的 电耗将迅速减小 ， 这也是变频调速水泵节能的基本 原理 1 。 ( 2 )由于原给水泵扬程偏高 ， 机组满负荷工况 下， 转速仅为额定转速的9 0 ．8 ％， 液力耦合器按照给 水泵的最高转速配置 ， 其勺管开度也仅约为7 1 ． 7 ％， 造成液力耦合器传动效率偏低。而新给水泵在满 负荷工况下 ， 转速可达到额定转速的9 5 ％， 且增速齿 轮箱传动效率基本不受影响( 在调速范围内可保持 在 9 8 ． 5 ％左右 ) 。可见， 给水设备的选型配置对给水 系统效率影响很大 ， 在新建 机组设 备选 型时 ， 应重 2 0 1 4 年第 3 2 卷第 1 期 张法科： 6 6 0 MW超临界直接空冷机组给水泵变频改造 5 9 视设备的优化配置。 ( 3 )由水泵并联运行性能 曲线可知 ， 水泵并联 的台数越多， 总效率下降越快。所以通过增大单台 泵 的给水容量 ， 减少并联运行泵 的数量 ， 可以提高 给水系统的总效率 1 。 表 3 改造前给水系统参数随负荷的变化情况 表4 改造后给水系统参数随负荷的变化情况 3 ． 2 液力耦合器调速方式 与变频调速方式经济性 对 比 本次改造针对 1 2 5 0 0 k W 大功率高压变频器 ， 依据计算机模糊控制理论 ， 开发出具有专利技术的 优化控制软件 ， 使变频器 、 电动机 、 负载在最佳状态 下运行， 并对其进行优化控制， 确保在满足系统需 求的前提下大幅度提高系统效率， 最大限度地降低 能耗 。 3 ． 2 ． 1 能 量损耗 形 式 3 ． 2 ． 1 ． 1 液力耦合器调速方式 由液力耦合器 的工作原理知 ， 液力耦合器 属于 损耗传动功率 的机械调速设备 ， 转速差造成的功率 损耗以热能的形式消耗在油液中， 其调速效率( 传 动效率) 近似等于转速比， 所以转速比越小 ， 调速效 率越低 。转速 比与液力耦合器勺管开度成正 比， 所以从勺管开度即可得出液力耦合器的调速效率。 3 ． 2 ． 1 ． 2 变频器调速方式 变频器调速利用变频装置作为变频 电源 ， 通过 改变异步电动机定子供 电电源的频率 ， 使 同步转速 发生变化 ， 从而达到改变异 步电动机转速 、 实现调 速 的目的 。变频调速节电效率与转速的3 次方成 正比 ， 而变频器 的功率损耗仅约为 1 ％。同时， 由于 电动机工作转速与给水泵工作转速不同， 两者之间 通过增速齿轮箱达到转速匹配的 目的 ， 而增速齿轮 箱的传动效率很高、 损耗很小。 3 ． 2 ． 2 运 行 工 况与 电源 系统 对比分析表 3 、 表 4 可知 ： ( 1 )即使在满负荷工况下， 液力耦合器勺管开 度也大约仅为 7 1 ． 7 ％， 并且 随着负荷 的降低 ， 勺管开 度逐渐减小 ， 液力耦合器功率损耗越来越大 。根据 液力耦合器功率损失特性， 当转速比为2 ： 3 时， 功率 损失达到最大。当转速t L < 2 ： 3 时， 虽然传动效率随 着转速比的降低而下降 ， 但由于泵的转速下降， 功 率呈3 次方下降， 所以传功功率损失反而小于速比 为 2 ： 3 时的功率损失 。 ( 2 )在满 负荷 工况 下 ， 变 频器工 作频 率约 为 4 6 ．2 5 H z ， 随着负荷的降低 ， 变频器可以逐渐降低供 电频率( 调节精度可控制在0 ．0 1 ％) ， 频率越低节能 效果越显著 。 ( 3 )原 电动机额定电压为 1 0 k V， 而新电动机额 定 电压为 6 ． 6 k V( 变频器 采用 1 0 k V输 入 ， 6 k V输 出) ， 且工作电机的数量由3 台减为2 台， 从新、 旧电动 机的电流值也可以直观反映出变频节能改造的明显 效果 并且随着负荷的降低， 变频节能的效果愈突出。 3 ． 3 经济效益分析 表 5 为 给水泵变频 改造前 、 后 的耗 电量数据 。 当 日发电量以 1 ． 2 5 G Wh 计 ， 根据表中数据估算的给 水泵节 电率约为 3 5 ． 5 1 ％。 表5 给水泵变频改造前、 后耗电数据 注 ： 1 )改造前 、 后分别选取 2 个典型 日进行 r测试 。 按照机组全年发电量 3 ． 5 x 1 0 k wh ， 原给水泵耗 电率3 ． 8 5 ％， 变频改造节电率3 0 ％估算， 则全年节电 量为4 ．0 4 x 1 0 k Wh 。若按照电价0 ． 3 7 元／ k Wh 计算 ， 改造后每年可节省电费约 1 4 9 5 ．7 万元。此次给水 泵变频改造总投 资约为 4 5 0 0万元 ， ( 下转第 6 3页)