５０ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ＮＯ．１ ２０１４ ２２０ ＭＷ机组电动给水泵变频改造及节能分析 马洪波 （山西大唐国际云冈热电有限责任公司，山西大同０３７０３９） 摘要：某热电公司２２０ ＭＷ汽轮机电动给水泵进行变频改造，通过对改造方案和改造前后的节能潜力进行 分析，指出了变频改造的经济性。充分肯定２２０ ＭＷ汽轮机电动给水泵进行变频改造较高的经济效益。并 进一步建议推广应用这一技术到３００ ＭＷ和６００ ＭＷ汽轮机组电动给水泵变频改造中。 关键词：电泵；变频；节能 中图分类号：ＴＭ６２１．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３．９１７ｌ（２０１４）Ｏｌ一００５０—０４ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｅｅｄ Ｐｕｍｐ ｉｎ ２２０ ＭＷ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｍａ Ｈｏｎｇ—ｂｏ （Ｓｈａｎｘｉ ＤＴＰ Ｙｕｎｇｕａｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｄａｔｏｎｇ ０３７０３９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：２２０ ＭＷ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｔ ａ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｆｕｌｌｙ ａｆｆｒｒｍｅｄ ｔｈｅ ２２０ ＭＷ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆｅｅｄ— ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｒｏｕｇｈｔ ｈｉｇｈｅｒ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ３００ ＭＷ ａｎｄ ６００ ＭＷ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ．ｕｎｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｕｍｐ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ０ 引言 大。因此，电动给水泵的节能改造，可以进一步 降低厂用电消耗，直接影响供电煤耗下降。 某热电公司２×２００ ＭＷ汽轮发电机组给水 泵按照２×１００％额定容量配置，为液力偶合器调 １ 目前生产状况和能耗情况 节电动给水泵。通过对近五年热电公司２× １．１ 改造系统设备配置基本情况 ２００ ＭＷ汽轮发电机组给水泵耗电情况统计（见 某热电公司２×２００ ＭＷ汽轮发电机组，每台 表１），得出电动给水泵耗电量占发电量的２．５％， 机组配置２套沈阳水泵厂生产的电动给水泵组 占生产厂用电率的２７．２８％。电动给水泵是火力 机组，其中主给水泵为ＣＨＴＣ５／５型卧式、筒袋式 发电厂生产过程的重要辅助设备，其耗电量偏 多级离心泵；前置泵为ＹＮＫｎ４００／３００型单级双吸 表ｌ ２００８—２０１２年某热电公司一期２×２００ Ｍｗ汽轮发电机组给水泵耗电情况表 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ５１ 转速比／％ 图１ 液力耦合器性能特性曲线 离心泵；液力耦合器为Ｖｏｉｔｈ生产的升速型液力 耦合器，工作转速范围为：１ ２０６至６ ０３０．４ ｒ／ｍｉｎ； 配用ＹＫＳ５５００４型６ ｋＶ交流异步电动机。 液力耦合器性能特性曲线如图１。最大功率 时的滑差率为２．１％，对应耦合器传动效率 ９４．９％。满负荷时液力损失１２１．９ ｋＷ，机械损失 １７３．８６ ｋＷ；内置齿轮润滑油泵和离心工作油泵、 电动启动齿轮润滑油泵，油箱总容积１ ５００ Ｌ。 １．２生产状况 两台机组投产以来，生产稳定，机组设备利 用小时数超过了同类平均水平，供热量逐年增 加，但尚未达到机组设计出力，锅炉给水泵尚有 富裕容量。统计２０１０年至２０１２年机组月度平均 蒸发量及给水泵单耗如下： ２０１０年度，１号机组年均主蒸汽流量５７１ ｔ／ｈ， ２号机组年均主蒸汽流量４９０ ｔ／ｈ。１、２号机组主 蒸汽流量随供热情况变化不大，两台机组给水流 量均未达到设计流量的８１％。 ２０１１年度，１号机组年均主蒸汽流量５３０．５３ ｔ／ｈ，２号机组年均主蒸汽流量５２４．８９ ｔ／ｈ。１、２ 号机组主蒸汽流量随供热情况变化与２０１０年基 本一致，两台机组给水流量均未达到设计流量的 ７５％。２号机组给水泵单耗约比１号机组高０．２ ｋＷｈ／吨汽，两台机组给水泵单耗基本一致。 ２０１２年度，１号机组年均主蒸汽流量５６０．７８ ｔ／ｈ，２号机组年均主蒸汽流量５４０．１６ ｔ／ｈ，供热期 １、２号机组主蒸汽流量比非供热期大５０ ｔ／ｈ左 右，两台机组给水流量均未达到设计流量的 ８０％。１、２号机组给水泵单耗分别为７．５３、７．５４ ｋＷｈ／吨汽，两台机组给水泵单耗基本一致。 两台机组给水泵均为一运一备方式运行，机 组滑压运行。两台机组给水泵单耗随锅炉蒸发 量变化较为平缓。主要是变工况滑压运行，给水 压力随机组负荷降低而降低，泵组有效能耗减 小。但由于其采用液力耦合器做调速装置，在低 负荷时，装置能量损耗较大。 采集给水泵运行参数如表２。 表２各负荷工况下给水泵运行参数 由表２数据计算给水泵组运行装置效率如 表３，给水流量由６２２ ｔ／ｈ到４１９ ｔ／ｈ，装置效率从 ５３．３６％降低到４１．６２％。 表３给水泵组装置运行效率计算表 项目 数据 机组负荷／ＭＷ １８５．４１ １６２．９ １５１．５ １３１．４６ 给水流量／（ｔ・ｈ ） ６２２．１６ ５３５．３ ４８４．８ ４１９．１５ 给水泵电流／Ａ ４７９ ３８０ ３６３ ３０９ 前置泵人口压力／ＭＰａ ０．５４ ０．５４ ０．５４ ０．５４ 给水压力／ＭＰａ １４．２５ １３．３９３ １２．１４ １０．７７８ 电动机输入功率／ｋＷ ４ ４４０．１７ ３ ５２２．４７ ３ ３６４．８９ ２ ８６４．３３ 泵组输出功率／ｋＷ ２ ３６９ ３９ １ ９ｌ１．１７ １ ５６２．１３ １ １９２．Ｏ２ 装置效率／％ ５３．３６ ５４．２６ ４６．４２ ４１．６２ 对于液力偶合调速的给水泵，系统几乎不存 在节流调节，通过分析图１所示曲线可知，影响 给水泵组能耗的主要因素为耦合器特性。查图１ 得出表４所示耦合器传动效率。 表４ 定压运行工况下耦合器传动效率统计表 ２液力偶合器调速与变频器调速效率特 性的比较 ２．１液力偶合器调速 液力偶合器又称液力联轴器，是以液体为工 作介质，利用液体动能的变化来传递能量的传动 机械。２００ ＭＷ汽轮机组给水泵配套的液力偶合 器，多为增速型液力偶合器，所谓增速型液力偶 ５２ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 合器是增速齿轮组与液力偶合器的有机结合。 增速齿轮组起增速作用，以满足给水泵额定工况 时的转速需要，液力偶合器起调速作用，以满足 变工况运行的需要。 液力偶合器的工作特性决定泵轮转速 （ｎ．）和涡轮转速／７， （ｎ ）之间是有转速差的，其转 速差称为滑差。额定工况下滑差率：Ｓ＝（／２ 一 ｎ ）／／２ ＝１—１７＇Ｔ／ｎ 液力偶合器的效率等于其传 动比ｎ ／ｎ ，可见，液力偶合器效率特性曲线是一 条通过坐标原点的斜线。 ２２０ ＭＷ汽轮机组给水泵配套的液力偶合器 的额定转速都是和给水泵的额定出力相配套的。 就液力偶合器本身而言，应该长期处于高传动比 下工作，才能获得最佳经济效益。但遗憾的是设 计上给水泵的最大出力是高于机组的额定出力 的，正常运行中２００ ＭＷ机组由于负荷需要和调 峰等因素，经常偏离额定负荷运行，年平均负荷 率一般在６５％～７５％左右。 运行中的给水泵的工作点是远离最佳工作 点的，随着负荷率降低，液力偶合器的效率明显 降低，负荷率７５％时液力耦合器效率为７３％，负 荷率７０％时液力耦合器效率为６８％，负荷率 ６５％时液力耦合器效率为６３％，分别与最高效率 点相差２４％、２９％、３４％。由于液力偶合器效率 随负荷率变化，液力耦合器调速方式在偏离额定 工况时所造成的效率降低而引起的能耗损耗是 很可观的。 ２．２变频调速 变频调速是通过改变电源频率和电压直接 进行异步电动机的调速。变频调速最大优点，一 是调节精度高，二是节电。这是因为变频器效率 在４０％负荷率以上不同转速下，均在９５％以上。 由变频器（含干式变）效率曲线（见图２）可知，变 频调速用干式变压器效率（功率因数０．９６为准） 和变频器效率的综合效率平均（在负荷６０％～ １００％之间）为９６％。 ２．３ 变频调速与液力偶合器调速效率比较 在不同负荷率下，变频调速与液力偶合器调 速效率的差别。如表５所列：齿轮箱效率按 ９９％，液力偶合器１００％负荷率时效率为９７％。 通过上述比较可明显看出，液力偶合器调速 （１００％负荷除外）比变频调速效率相差很大。在 负荷率偏低条件下，变频器运行可以有效提高传 动效率。 负荷率转数ｔＬ／％ 图２变频器效率曲线 表５在不同负荷率下变频调速与液力 偶合器调速效率 ％ ３项目实施描述 主给水泵额定转速５ ７００ ｒ／ｍｉｎ，入口温度 １６８℃时，给水流量６７１ ｔ／ｈ，出口压力１８ ＭＰａ。 前置泵转速１ ４９２ ｒ／ｍｉｎ，流量７０１ ｔ／ｈ，扬程 ８２ ｍ；经多年的运行，在机组最大出力及大幅度 变工况时，给水泵泵组未出现过汽化现象，说明 泵组及系统配置合理。 本泵组单泵定速运行可以满足锅炉ＢＭＣＲ 及以下工况运行。变速运行时，需重点预防给水 流量在３６０～６７０ ｔ／ｈ范围变化泵组发生汽化。 对两台机组１、２号给水泵组液力耦合器油 系统进行改造。每台机组增设两台齿轮油泵；运 行中保持耦合器勺管最大开度，依靠新增稳压阀 维持系统油压稳定。 改造示意如图３所示：每台机组增设２台辅 助油泵，对耦合器外部油路进行改造。分别从１、 ２号给水泵液力耦合器油箱底部取油至新增齿轮 油泵人口母管；油泵出口母管通过Ｖ３、Ｖ４阀及原 耦合器润滑冷油器入口油门前管路向耦合器油 系统供油，油压０．３５ ＭＰａ。１、２号新增齿轮油泵 互为备用，运行中Ｖｌ与Ｖ３同开（同闭），Ｖ２与 Ｖ４同开（同闭），Ｖ１、Ｖ３开启（关闭）时，Ｖ２、Ｖ４ 关闭（开启）。 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ５３ ２ 泵 润 滑 冷 油 器 图３给水泵改造示意图 按一拖二方式增设高压变频器，如图４所 表６ 机组各负荷率运行时间分布情况表 示。ＱＦ１、ＱＦ２为Ａ、Ｂ给水泵原有高压开关； ＱＦ３～ＱＦ６为变频器开关柜自带断路器。ＱＦ３和 ＱＦ４、ＱＦ５和ＱＦ６、ＱＦ１和ＱＦ５、ＱＦ６和ＱＦ２互锁， 运行中只允许１台给水泵变频运行，另１台给水 泵工频备用。 变频问通风冷却装置耗功暂按最大耗功方 ｌ号泵开关Ｑ 开关ＱＦ２ 式计算＝１台冷却水泵功率（１５ ｋＷ）＋４台冷却 风机功率（４×３．５ ｋＷ）＋１台齿轮泵功率 （７．５ ｋＷ） 变频器效率９６％，以单台机组滑压运行为例 计算节电量如表７： 表７ 单台机组滑压变频运行节电量计算表 ｌ号泵电机 ２号泵电机 图４改造电气接线图 ４项目节能量和效益 此项工程通过技术改造，提高泵组机械传动 效率，降低给水泵组耗电率，提高了电厂的上网 电量。机组的运行小时数可达到按照７ ０００ ｈ计 算，各负荷率分布情况如表６。 单机节能量的计算公式： 某负荷下滑压变频运行年节能量＝运行时 间ｘ（给水泵组总输入电功率一给水泵组总输入 机组滑压变频运行全年节电４５８．１２万ｋＷｈ 电功率ｘ液力耦合器工作效率÷变频器效率÷ ０．９４一变频间通风冷却装置耗功） （下转第６６页） ６６ 华北电力技术 ＮＯＲＴＨ ＣＨＩＮＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 数据的应用研究综述［Ｊ］．继电器，２００６，３４（６）：７８—８４． ４ 结语 为加强ＰＭＵ的运行维护，规范ＰＭＵ的运行 ［３］王立鼎，杨东，吴京涛，等．ＷＡＭＳ系统历史数据库的 优化［Ｊ］．电力自动化设备，２００５，２５（２）：６２—６４． ［４］肖晋宇，谢小荣，李建，等．电网广域动态安全监测系 统及其动态模拟试验［Ｊ］．电网技术，２００４，２８（６）：５—９． 管理，保证ＰＭＵ的安全、可靠运行，为电网运行 调度和分析提供正确可靠的动态数据和故障信 息。主站需加强对ＰＭＵ动态数据的精细化管 ［５］南方电网公司同步相量测量装置（ＰＭＵ）配置及运行 管理规定（试行）［ｓ］． ［６］王英涛，张道农，谢晓东，等．电力系统实时动态监测 系统传输规约［Ｊ］．电网技术，２００７，３１（１３）：８１—８５． ［７］华北电网有限公司电力调度通信中心组．电力系统实 时动态监测系统（ＷＡＭＳ）系统规范［Ｍ］．北京：中国电力 出版社，２００９． 理，完善运行管理体系和考核评估体系，发布 ＰＭＵ装置的运行信息，对ＰＭＵ装置存在的缺陷 提出整改要求，为电力系统实时动态监测系统及 广域测量系统提供重要的数据支撑。 参考文献 ［１］王英涛．基于ＷＡＭＳ的电力系统动态监测及分析研 究［Ｄ］．北京：中国电力科学研究院，２００６． ［２］丁剑，白晓民，王文平，等．电力系统中基于ＰＭＵ同步 逝 ｝ ｝ ｝ ｝坐业业 ｝ ｝ ｝ ｝逝 业 ｝ ｝ ｝ 业出生 收稿日期：２０１３－００－００ 作者简介：刘军娜（１９８８一），女，助理工程师，现主要从事电力系 统及其自动化方面研究。 （本文编辑坐业出 ｝ 生 ｝业生 ｝ 业业业坐业业 卢晓华） 业业 ｝ （上接第５３页） 本项目共计节电量：４５８．１２×２＝９１６．２４万 ｋＷｈ ５ 结论 通过某热电公司２×２２０ ＭＷ汽轮机组两台 根据机组全年供电煤耗３５０ ｇ／ｋＷｈ折算： 本项目年节约标煤：９１６．２４万ｋＷｈ×３５０ ｇ／ｋＷｈ＝３ ２０６．８４ ｔ 给水泵的变频一拖二改造及分析，证明多功能液 力偶合器是实现变频一拖二改造的关键。变频 一拖二给水泵改造后节电效果明显，经济效益可 减排ＣＯ，量＝３ ２０６．８４×２．５＝８ ０１７．１ ｔ 观。这一解决方案也可以进一步推广到３００ ＭＷ 和６００ ＭＷ汽轮机组电动给水泵变频改造中，其 节电效果将是明显的，效益是可以肯定的。 收稿日期：２０１３—１１－２０ 经测算机组年节电４５８．１２万ｋｗｈ，项目年 节电９１６．２４万ｋｗｈ，按当前年平均供电煤耗３５０ ｇ／ｋＷｈ折算，节省标煤３ ２０６．８４ ｔ，减排二氧化碳 ８ ０１７．１ ｔ 作者简介：马洪波（１９７６一），女，工程师，长期从事节能管理工作。 （本文编辑季佳彬） ９ 夸 ’ ’９醺 ’ ’ ’ ’自 ’’９ ’ ’９潞 ’§ ’９ ’９‘ ’ 辩’女 ’ ’逝’ 硷’９ 。 ’§■ 夸 ’９ ’ ’ 釜 ’９ ’§ ’９潞 夸 ’９ 夸譬’９ ’９ 窖 ’９ ’９ ’９■｝’９ ’： ｝’９ ’ ・电力科技信息・ 华能开发湿式电除尘技术减少烟尘和ＰＭ２．５排放 中国华能集团公司自主开发的湿式电除尘器技术取得积极突破。２０１３年１２月３１日，应用该技术 进行示范改造的山东黄台电厂８号机组完成试运，投入商业运行。经西安热工研究院、浙江大学、华北 电力大合测试，改造后机组的烟尘排放仅为原来的１１％，ＰＭ２．５仅为原来的１４％，为燃煤电厂烟 尘深度控制、有效去除ＰＭ２．５、治理燃煤产生的雾霾探索了一条新路径。 为应对日益严重的雾霾天气，中国华能集团积极探索，勇于作为。由西安热工研究院自主研发的 湿式电除尘器具有较好的烟尘控制效果和ＰＭ２．５去除效果、较好的去除三氧化硫能力，并具有冲洗水 量小和运行阻力小等特点。山东省济南市是落实国家大气污染防治行动计划的重点城市，黄台电厂位 于城市中心，担负着沉重的环保减排压力。中国华能确定先期安排黄台电厂８号机组、上海石洞口一 电厂３号机组及蒙西电厂１号机组进行湿式电除尘器示范改造。 本刊编辑部供稿
