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大型燃煤機(jī)組鍋爐給水泵變頻調(diào)速改造方案

摘要：火力發(fā)電近20年來節(jié)能技改發(fā)展迅速，已經(jīng)有相當(dāng)大部分的風(fēng)機(jī)和水泵完成了節(jié)能改造工作。目前，我國煤電機(jī)組綜合升級改造已步入“深水區(qū)”。本文主要介紹了森蘭高壓變頻器在大型燃煤機(jī)組鍋爐給水泵上的應(yīng)用，為大功率鍋爐給水泵變頻節(jié)能改造提出了新思路。

關(guān)鍵詞:大型燃煤機(jī)組給水泵高壓變頻器節(jié)能改造

Abstract：In the past 20 years，Therapid development of energy saving renovation in thermal power generation. Aconsiderable part of the fans and pumps have been completed the transformationof energy saving work. At present，comprehensive upgrading of China's coal fired units has entered “profundal zone”. Applicationof SBH inverter in boiler feed pump of large coal fired units hasbeen introduced in this paper. Put forward new ideas for energy saving renovationof frequency conversion in boiler feed water pump.

Key words: Large coal fired units; Feed pump;High Voltage Inverter; Energy saving renovation

一、前言

2015年度，全國電力供需形勢總體寬松。全社會用電量增速同比回落，三產(chǎn)用電量保持較快增長；工業(yè)用電量持續(xù)負(fù)增長，制造業(yè)用電量同比降幅擴(kuò)大；高耗能行業(yè)用電量持續(xù)負(fù)增長，鋼鐵和有色行業(yè)用電量環(huán)比下降；核電、風(fēng)電發(fā)電量增長顯著，火電發(fā)電量連續(xù)13個(gè)月負(fù)增長；各類型發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)均同比降低，利用小時(shí)降幅繼續(xù)擴(kuò)大；火電新增裝機(jī)規(guī)模同比大幅上升。

“新電改”政策的逐步實(shí)施，導(dǎo)致電力行業(yè)的競爭日趨激烈，成本控制也成為了電力企業(yè)必須面對的問題。在大量的風(fēng)機(jī)和水泵已經(jīng)進(jìn)行了變頻節(jié)能改造的情況下，對液力耦合器調(diào)速的電動給水泵進(jìn)行節(jié)能改造已經(jīng)勢在必行了。

部分發(fā)達(dá)國家把火電廠鍋爐電動給水泵作為變頻節(jié)能改造的主要對象。作為耗電大戶：

l 給水泵功率大，能耗高。

l 節(jié)能潛力大。對于電動給水泵采用液耦調(diào)速的機(jī)組，變頻改造后節(jié)電率通常在20%左右（跟發(fā)電負(fù)荷有直接聯(lián)系）。

液耦調(diào)速作為改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方式，存在固定的滑差損耗，并且在變速條件下，液力耦合器的效率隨轉(zhuǎn)速的降低而降低，屬于低效調(diào)速。而變頻調(diào)速是不耗能的高效調(diào)速。近年來，隨著高壓變頻技術(shù)成熟，完全取代了液耦調(diào)速用在需要調(diào)速的各種設(shè)備上。

鍋爐電動給水泵變頻調(diào)速改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，改造復(fù)雜，難度大，其內(nèi)容包括電動機(jī)的變頻改造、液力耦合器改造、前置泵改造、潤滑油系統(tǒng)改造、控制保護(hù)邏輯改造、土建安裝和暖通等。

二、項(xiàng)目概況

某電廠350MW大型燃煤發(fā)電機(jī)組配置如下：單臺機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)配備3臺鍋爐給水泵，采用2用1備運(yùn)行方式。給水泵系統(tǒng)采用液力耦合器作為調(diào)速方式，其中給水泵采用鄭州電力機(jī)械廠的300TSBII-JB型，液力耦合器為德國VOITH公司的R16K400M。前置泵為鄭州電力機(jī)械廠生產(chǎn)的YnKn350/250J型水泵。系統(tǒng)整體示意圖如下：

鍋爐電動給水泵系統(tǒng)由前置泵、電動機(jī)、液力耦合器、給水泵組成。系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化，通過液力耦合器調(diào)節(jié)給水泵供水量的大小，以滿足鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)供水需求。

三、系統(tǒng)改造方案

森蘭結(jié)合多年豐富的電廠應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),與用戶進(jìn)行了多次的現(xiàn)場交流與技術(shù)溝通,最終確認(rèn)了一套最切合現(xiàn)場實(shí)際的改造解決方案：單個(gè)機(jī)組將兩臺運(yùn)行泵改為變頻驅(qū)動，剩余一臺備用泵不做改動，仍采用液耦調(diào)速。

改造機(jī)械部分包括液力耦合器、前置泵的改造，電氣部分包含電機(jī)側(cè)以及DCS控制系統(tǒng)改造等內(nèi)容，方案簡介如下：

3.1變頻器改造方案

項(xiàng)目采用一拖一限流方案：

此方案為一拖一的典型方案，QS1、QS2為隔離開關(guān)。系統(tǒng)高壓上電時(shí)，電流首先通過限流電阻對系統(tǒng)進(jìn)行充電，當(dāng)系統(tǒng)充電完畢后斷路器QF1自動動作，切除限流電阻，系統(tǒng)正常上電，整個(gè)高壓上電過程對系統(tǒng)無沖擊，有效的提高了設(shè)備使用的穩(wěn)定性及設(shè)備的使用壽命。

隔離柜作用：當(dāng)變頻器需要檢修或維護(hù)（清掃積灰、檢查電纜連接）時(shí)，將QS1、QS2斷開，變頻器與電氣主回路之間產(chǎn)生明顯的斷點(diǎn)，確保工作人員的人身安全和設(shè)備的安全。

3.2機(jī)械改造方案

3.2.1前置泵改造：系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造必須對前置泵的輸出揚(yáng)程是否滿足給水泵的必需汽蝕余量要求進(jìn)行校核，以確定前置泵的改造方案。

前置泵改造通常有兩種方案：

l 保留原有運(yùn)行方式，前置泵不做改動。該方案改造后前置泵變速運(yùn)行，工程施工量小，無需新增驅(qū)動電機(jī)，節(jié)能量較增加驅(qū)動電機(jī)的方案更大。

l 增加驅(qū)動電機(jī)，將前置泵從主電機(jī)脫開，改為定速泵。該方案改造后前置泵定速運(yùn)行，泵體由新增的定速電機(jī)驅(qū)動。由于轉(zhuǎn)速不下降，給水泵不會出現(xiàn)汽蝕。

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，并仔細(xì)研究分析現(xiàn)場采集到的給水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，最終確定前置泵無需進(jìn)行改造，變頻驅(qū)動依舊就能夠滿足變頻改造后現(xiàn)有各個(gè)工況情況下的運(yùn)行需要，不會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。為用戶節(jié)約了一大部分的成本投入并最大可能的不對原有成熟設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，減少改造風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2液力耦合器改造通常有三種思路，改造時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定具體方案。

l 保留液耦的調(diào)速功能，增加外置輔助油泵，保證系統(tǒng)變頻改造后潤滑油壓正常。由于液耦存在固定滑差損耗，因此本方案無法達(dá)到最大節(jié)能量。

l 保留液力耦合器的增速功能，取消液力耦合器的調(diào)速功能。該方案消除了液耦系統(tǒng)的固定滑差損耗，節(jié)能量較方案一高，但改造難度大，周期較長。

l 拆除液力耦合器，定制增速齒輪箱。增速齒輪箱在外型上與原液耦保持一致，其主要作用是增加轉(zhuǎn)速。該方案特別適合新建項(xiàng)目和現(xiàn)場液耦不方便拆除改裝的場合。

針對液耦調(diào)速的弊端，將液耦調(diào)速功能取消，改為增速箱連接，消除了液耦本身的滑差損耗，系統(tǒng)節(jié)電率得到保證。改造包括液耦本體的改造以及潤滑油路的改造，最終在確保電機(jī)、給水泵的穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，最大化的挖掘節(jié)能潛力。

3.3 控制系統(tǒng)改造方案

結(jié)合原有控制特點(diǎn)，變頻器控制系統(tǒng)采用專用控制器，同時(shí)針對鍋爐各項(xiàng)調(diào)節(jié)狀態(tài)分析可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，與原系統(tǒng)完美對接，使用邏輯策略來規(guī)避各項(xiàng)可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況，最終將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制到最低，現(xiàn)場經(jīng)過多項(xiàng)試驗(yàn)最終保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

四、改造效果

1、項(xiàng)目正式投入運(yùn)行后，在280兆瓦負(fù)荷時(shí)電泵耗用功率由8260千瓦降低到5792千瓦，節(jié)電率高達(dá)29%，降低了1個(gè)百分點(diǎn)的廠用電率，節(jié)能效果顯著。

2、對現(xiàn)場的控制以及可靠性方面做了大量的試驗(yàn)，最終證明改造后系統(tǒng)仍可保持原有的備用方式并不影響給水系統(tǒng)的可靠性，并未引發(fā)可能存在的改造風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目實(shí)施圓滿結(jié)束。

改造現(xiàn)場：

五、總結(jié)

大功率鍋爐給水泵的突破性改造，標(biāo)志著大型火力發(fā)電機(jī)組變頻節(jié)能改造新的高度，其顯著的節(jié)能效果，穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能，完美的解決方案，是改造成功實(shí)施的原動力，為國內(nèi)電力企業(yè)節(jié)能降耗提供了新的思路，森蘭也再次證實(shí)了作為國產(chǎn)變頻領(lǐng)軍企業(yè)的雄厚技術(shù)實(shí)力。