电厂循环水泵应用变频技术的节能分析

2006年6月吉林电力Jun. 2006第34卷第3期(总第184期)Jilin Electric PowerVol.34 No. 3 (Ser. No.184)节能《电厂循环水泵应用变频技术的节能分析Energy Saving for Circulating Pump WithFrepuency Converter in Power Plant王强',樊睿源”,陈立军,连海军”,杨善让2(1.沈阳工程学院,辽宁沈阳110136;2. 东北电力大学,吉林吉林 132012;3.北方联合电力丰泰发电有限公司,内蒙古呼和 浩特01 0020)摘要:介绍了变频调速技术的主要原理.汽轮机最佳真空的计算方法。以某电厂350MW机组循环水系统为例,对采用2种不同的变频调速方案后的节能收益进行计算。说明在电厂循环水系统中应用变频调速技术具有较大的节能潜力。关键词:循环水泵;变频调速;汽轮机;节能Abstract :This paper introduced the principle of frequency converter speed regulation technique and the algorithmof profit and loss for the optimum vacuum of steam turbine with frequency converter. Take a circulating coolingwater system of the 350MW unit as an example，this paper calculates the benefits of energy conservation and findsthe great potential on energy saving of frequency converter speed regulation technique.Keywords :circulating pump; frequency converter speed regulation; steam turbine senergy saving中围分类号:TK264.1;TM921.51文献标识码:A文章编号:1009-5306(2006)03-0039-03火电厂循环水系统是一个庞大的动力系统,耗调速节能用的变频器的基本组成。它主要由整流器、电量大,研究和改善循环水系统的运行方式是降低中间滤波环节、逆变器及控制电路等部分组成厂用电.提高电厂经济性的重要措施之一。目前许多变频电源(变频器)电厂实际运行中仍是通过调整冷却水泵台数以及不三同组合的方法来改变冷却水流量。这种方法虽然简相I_电动机泵单易行,但由于不能对冷却水流量进行连续调节,很+整流器4施中间滤逆变器.M网或波环节难达到最佳水量。交流变频调速技术是电气传动领电|济材域兴起的一项新技术,在循环水系统中,若通过改变控制电路电机转速来调节水泵流量,则可以实现冷却水流量的连续调节而达到最佳水量,更有效地节约电能。圈1变频器 的基本组成本文以某电厂350 MW机组循环水系统为例，根据相似定律,由泵转速变化前后泵的扬程.对采用变频调速技术后的节能效果进行计算分析。H,质量流量qm及轴功率P。与转速n之间的关系可知，功率与转速的三次方成正比,降低转速可使功1变频调速技术的基本原理率大幅度降低。异步电动机的转速n= 60f(1- S)/a,因此,在2凝汽器的最佳真空和循环水量计算C2)极对数a一定而转差率S又变化很小的情况下,转速n基本上与电源频率f成正比，即改变电源频率蒸汽在凝汽器压力下的饱和温度te用下式就可以改变转速。基于这一原理,可用变频电源(变计算中国煤化工频器)实现转速调节。图1是用框图表示的泵与风机YHCNMHG收稿日期:2006-02-19作者简介:王强(1978- -),男,硕士研究生,从事冷端优化方面的研究。●39●2006年6月吉林电力Jun. 2006第34卷第3期(总第184期)Jilin Electric PowerVol.34 No. 3 (Ser. No.184)tc=tw1十Ot+δt(1)速改造前采用调整冷却水泵台数以及不同组合的方式中:1。为循环水入口温度;Q为循环水温升;8t为法来改变冷却水流量。变频调速改造有2种方案,方案1是一台泵以凝汽器端差。由热平衡方程得到循环水在凝汽器内的温升变频调速方式运行(称为变频泵),另外一台按原方式定速运行.此方案只需投资一台变频器即可;方案为2是2台泵同时变频调节,为同性能泵并联运行，此,_ D.(h.-h)A=- q.c,方案需投资2台变频器,因此初投资较高。式中:D。为凝汽器蒸汽负荷;(he- h的)为1 kg蒸汽在此将这2种方案在汽轮机额定主蒸汽流量工在凝汽器中凝结放出的热量。当排汽压力变化不大况下、不同循环水入口温度时的节能效果进行计算时,(h.- h的)值的变化范围很小,对于大型机组一般并制成曲线,如图2所示,图中的横坐标为循环水入可以近似将其取为2250 kJ/kg;C,为水的质量定压口温度i,纵坐标为每小时节省的功率P.热容,取c,=4.186 8kJ/(kg●. K);qm为循环水质量流量.I 6001 400凝汽器端差用下式计算:力案11 2008=_A(3)力案2800式中:k为凝汽器总体传热系数;A.为凝汽器的冷却面积。凝汽器总体传热系数k可用别尔曼公式00 -计算“。凝汽器压力pe可根据lc由下式求得:020 25p:-=g.81x0-+x(100).(4)1/T.” 57.66循环水泵电动机功率P用下式计算:團2节能效果对比图pgq.H可以看出:对于2种方案,随着循环水人口温度(5)P.= 10007m7的降低,节能效果越显著,方案2的节能效果要稍优式中:g。为体积流量;p为循环水密度;g为重力加.于方案1.随着循环水人口温度由0.5 C增至速度;刀为泵的效率;7为传动效率;7为原动机25.0 C.2种方案的节能效果逐渐降低并接近,当效率。循环水入口温度达到约20.0 C时,二者已经基本相真空变化所对应的汽轮机功率变化OPr可由等,并且由于此时的最佳循环水量已经达到或超过制造厂提供的汽轮机真空修正曲线(即汽轮机背压了2台泵并联定速运行时的流量,可按原方式定速变化对其功率影响的修正曲线)查得.运行,已不需要进行变频调速,所以当循环水入口温当蒸汽负荷与冷却水入口温度-定时,对不同度大于20.0 C时的节能效果为0。的冷却水质量流量,计算汽轮机功率变化OP ,0P=下面分别对循环水系统采用方案1和方案2进0Pr-. AP,OP.为压力变化所对应的循环泵功率变行变频调速改造后的年节能收益进行计算,结果见化，当△P达到最大时的冷却水流量即为最佳流量，表1,计算条件如下。对应的真空值便是最佳真空。a.全年机组在额定主蒸汽流量工况下运行6 000h,每月运行时间相等,均为500 h9。3计算实例b.在额定主蒸汽流量工况下,每个月的收益以2003年每月平均循环水人口温度进行计算。以某电厂350MW单元制机组为例,编制了---c.机组及冷端系统其他设备运行正常。套优化程序,对循环水系统采用变频调速后的节能中国煤化工进口高压变频调速效益和投资回收年限进行了计算。.MHCNMH G、安装费等大约)是该机组的循环水系统为开式冷却系统(亦称直2 oo儿/nw↓⊥网吧可以v.35元/(kW●h)计，流供水),以海水作为冷却水。循环水泵为2台立式则投资回收期如表2所示。固定叶混流泵,电动机额定功率1130kW.变频调从上面的计算结果可以看出:在平均循环水入●40●2006年6月吉林电力Jun.2006第34卷第3期(总第184期)Jilin Electric PowerVol. 34 No. 3 (Ser. No.184)表1循环水系统改造后年节约电量比较月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均水温/C1.4 3.1 11.4 16.0 19.6 22.1 24.522.4 20.7 14.4 7.6 4. 1方案1/(10'kW.h) 55.57 51.48 22.98 8.37 1.19 0.00 0.00 0.00 0.00 12.96 36.76 48.58方案2/(10*kW.h) 77.39 71.78 30.18 9.72 0.88 0.00 0.000.000.00 15.95 50.36 67. 65.表2投资 回收期比较b.对于改造项目,可以有不同的改造方案,每年总节约电量年总收益投资 投资回收期种方案都有各自的优点和不足之处。所以电厂在对方案/(10* kW●h)/10*元/10* 元/a循环水系统进行变频调速技术改造时,应根据自身1237. 9183. 27262.7的具体情况,对不同方案进行充分的技术经济性比323. 90113. 364523.9较分析,从而确定最佳改造方案。随着变频调速技术的不断发展,变频器单位功口温度最低的1.2、11.12月份节能效果最好,随着率价格的不断下降,变频调速技术在电厂循环水系循环水人口温度的逐渐升高，节能效果也越来越不统中的应用将具有更为广阔的前景。明显。并且在循环水入口温度最高的6.7.8、9月份，最佳循环水量已经达到或超过了2台泵并联定速运参考文献:行时的流量,循环水泵可以按原来的定速方式运行，[1] 吴民强.泵与风机节能技术问答(M].北京:中国电力已经不需要进行变频调速运行,所以这4个月份的出版社,1998.节能收益为0;方案2的年总收益约是方案1的1.4[2]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M].北京:水利倍,但是由于其初投资是方案1的2倍,所以其投资电力出版社,1993.回收期要比方案1长,约是方案1的1.5倍。[3] 齐复东,贾树本,马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京:水利电力出版社,1990.4结论[4] 杨旭中.关于发电厂冷端优化的几点意见[J].电力建设,1997,(4):19-21.a.在循环水系统采用变频调速技术,能够根据.[5] 任昱,白恺.发电厂采用高压变频调速需要注意的几个问题(J].电力行业应用,2004.(4):96--99.不同的机组负荷和循环水温度对循环水量连续调(编辑郝竹 筠)节,使机组维持在最佳真空状态下运行。(上接第32页)缘子表面清洁，瓷铁浇装无松动、开裂并有防水措4结论.施;法兰无锈蚀.裂纹现象。安全控制措施中要求拆接引线时,要使用梯子并有人扶持,不得攀登隔离开a.制定严格的进货验收制度,必要时对支柱绝关瓷柱。缘子逐个试验项目抽样检测。3.4 适时更换支柱绝缘子b.采用超声波无损探伤仪对支柱绝缘子无损.现场做高压隔离开关支柱绝缘子超声波无损探检测,当测试出有裂纹时应立即更换;测试合格的支伤时发现，支柱绝缘子的生产日期要早于高压隔离柱绝缘子,在与所有水泥结合面处涂绝缘子专用的开关1~2年,这样高压隔离开关在未到达使用寿命防护胶。期限时,支柱绝缘子就已经到使用期限了,而文中断c.更换支柱绝缘子时应选择高强瓷,且采用粘裂的支柱绝缘子,使用的时间为7年。因此,对运行砂_中国煤化工、清晰的厂家代号、时间较长的尤其是使用普通支柱绝缘子的高压隔离超FR瓷标记。.开关,要全面更换为已经检测合格的高强支柱绝THC.NMH G平稳操作.防止合闸缘子。过猛,使支柱绝缘子受力不均而断裂。(编辑李健平)●41●