鍋爐電動(dòng)給水泵變頻方案

1、火電廠鍋爐全配置電動(dòng)給水泵系統(tǒng)節(jié)能增效整體解決方案 一、簡(jiǎn)述我國(guó)大型（300MW等級(jí)及以上）燃煤火力發(fā)電機(jī)組全配置鍋爐電動(dòng)給水泵都是采用液力偶合器進(jìn)行調(diào)速，耗電量約占單元機(jī)組發(fā)電量的2.54左右（因純凝、供熱、空冷、壓力等因素而不同），是機(jī)組輔機(jī)中最大的耗電大戶。電動(dòng)給水泵耗費(fèi)的電功率除了正常所需外，液力偶合器滑差調(diào)節(jié)產(chǎn)生的熱耗損失了部分功率，直接影響到全廠的供電煤耗、發(fā)電成本等指標(biāo)。相比液偶間接調(diào)速，應(yīng)用效率更高的變頻器直接調(diào)節(jié)給水泵電動(dòng)機(jī)可降低給水泵組的用電損耗。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)300MW等級(jí)火電機(jī)組鍋爐液偶調(diào)速給水泵變頻改造成功案例的分析得知，機(jī)組鍋爐液力偶合器調(diào)速給水泵改為電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后節(jié)

2、電率可達(dá)20至30%，每年可以節(jié)約電量上千萬(wàn)度，年節(jié)約標(biāo)煤約4000噸，同時(shí)具有提高機(jī)組自動(dòng)化調(diào)節(jié)品質(zhì)、降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。2012年10月8日，在中鋁寧夏發(fā)電集團(tuán)馬蓮臺(tái)電廠領(lǐng)導(dǎo)和工程技術(shù)人員的全力幫助和支持下，廣州智光電氣股份有限公司（簡(jiǎn)稱“智光電氣”）以專有的實(shí)施火電廠鍋爐全配置電動(dòng)給水泵系統(tǒng)節(jié)能增效整體解決方案成功完成了1號(hào)機(jī)組鍋爐給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)300MW等級(jí)機(jī)組的第一個(gè)成功改造案例。截至目前，智光電氣已成功實(shí)施馬蓮臺(tái)電廠1、2號(hào)機(jī)組、六盤山電廠2號(hào)機(jī)組等多項(xiàng)改造工程，積累了豐富的技術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)，并成功申請(qǐng)多項(xiàng)專利，成為300MW機(jī)組電動(dòng)給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造的行業(yè)領(lǐng)

3、跑者和專家。二、典型案例 智光能效專家團(tuán)隊(duì)幫您安全節(jié)約電能20%30%馬蓮臺(tái)電廠1號(hào)機(jī)組該機(jī)組單機(jī)容量330MW，配置3臺(tái)液偶調(diào)速電動(dòng)給水泵，帶前置泵。給水泵電機(jī)5500kW6kV，液偶為德國(guó)VOITH生產(chǎn)。本次節(jié)能改造總體方案是保留液偶，通過(guò)對(duì)兩臺(tái)（A、B）運(yùn)行泵液偶油路、前置泵等系統(tǒng)進(jìn)行全面的技術(shù)改造，每臺(tái)配智光電氣生產(chǎn)的6900kVA級(jí)給水專用高壓變頻器，備用泵仍保留液偶調(diào)速。截止目前投產(chǎn)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)一年，給水泵系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠適應(yīng)機(jī)組各種運(yùn)行工況。經(jīng)寧夏經(jīng)信委組織專家現(xiàn)場(chǎng)審核測(cè)算，本項(xiàng)目每年可節(jié)標(biāo)煤3594噸，節(jié)電超過(guò)1100萬(wàn)度。 馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組該機(jī)組配置與1號(hào)機(jī)組相同。本次改

4、造是在1號(hào)機(jī)組成功改造的基礎(chǔ)上為進(jìn)一步提升給水泵系統(tǒng)的節(jié)能潛力，在國(guó)內(nèi)首次提出并采用一種全新的液偶改造方案：將液偶改造為增速箱的技術(shù)方案。通過(guò)對(duì)A、B兩臺(tái)液偶調(diào)速給水泵系統(tǒng)改造后，給水系統(tǒng)一次啟動(dòng)成功，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)期。A泵運(yùn)行電流下降134.9A，B泵運(yùn)行電流下降139.3A，節(jié)能效果提高到23左右（比1號(hào)機(jī)組提升34%）。該技術(shù)為我司專有技術(shù)，并已成功申請(qǐng)國(guó)家專利。本次改造內(nèi)容包括將偶合器輸入軸驅(qū)動(dòng)的齒輪潤(rùn)滑油泵和離心工作油泵移出偶合器箱體，拆除輸出側(cè)軸系的泵輪、渦輪，通過(guò)配置一套新設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器取代原有的泵輪、渦輪傳遞扭矩。在液力偶合器殼體外新增一套潤(rùn)滑油泵系統(tǒng)，具備改造前同樣功能，壓力、流

5、量、溫度等運(yùn)行參數(shù)與原偶合器相同，保持同等級(jí)的安全性能。圖1 液偶改成增速箱圖2 改液力耦合器為增速齒輪箱示意圖圖3 電動(dòng)機(jī)給水泵聯(lián)軸器動(dòng)力傳動(dòng)六盤山熱電廠2號(hào)機(jī)組該機(jī)組給水泵電機(jī)為6300kW6kV（兩用一備），通過(guò)比對(duì)馬蓮臺(tái)1、2號(hào)機(jī)組的節(jié)能效果，綜合技改周期等諸多因素，我公司技術(shù)專家大膽探索，提出了一種比馬蓮臺(tái)2號(hào)機(jī)組更為先進(jìn)的改造方案：即將液力偶合器整體更換成定制增速箱的技術(shù)方案。公司技術(shù)專家通過(guò)仔細(xì)研究給水泵系統(tǒng)設(shè)備的特點(diǎn)，考慮到今后改造的通用性及改造周期，擬定了定制增速箱的詳細(xì)技術(shù)細(xì)節(jié)。本次改造成功的意義在于為今后國(guó)內(nèi)給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目縮短施工工期開(kāi)辟了一條新路，使得在機(jī)組C級(jí)

6、（15天）檢修中完成給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造成為可能。改造完成后兩臺(tái)鍋爐給水泵先后順利投入運(yùn)行，實(shí)測(cè)給水泵電動(dòng)機(jī)A泵電流平均下降151A，B泵電流平均下降155A，測(cè)算節(jié)能效果達(dá)到25.5。該技術(shù)方案我司也已成功申請(qǐng)國(guó)家專利保護(hù)。該專利技術(shù)方案中的定制增速箱，其幾何尺寸在三維空間上與原偶合器安裝尺寸完全一致，給水泵組的全部基礎(chǔ)均無(wú)須改動(dòng)，簡(jiǎn)單易行，在機(jī)組C級(jí)（15天）檢修中完成給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造成為可能。所配置的定制增速箱其技術(shù)特性、材質(zhì)全部按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求進(jìn)行，精度等級(jí)高、噪音低。對(duì)相關(guān)增速箱的連續(xù)運(yùn)行溫度、出廠動(dòng)平衡試驗(yàn)嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保設(shè)備安全可靠，符合長(zhǎng)期運(yùn)行技術(shù)要求。圖4 液偶

7、換成增速箱圖5 電動(dòng)機(jī)給水泵定置增速箱動(dòng)力傳動(dòng)圖6 維持原給水泵動(dòng)力特性的給水前置泵3.1技術(shù)策略智光電氣具有針對(duì)300MW機(jī)組電動(dòng)鍋爐給水泵節(jié)能改造的水、油、電、控等相關(guān)專業(yè)的全面解決方案，獨(dú)有的專利技術(shù)、改造策略和豐富的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)成就智光電氣安全、高效的幫助用戶節(jié)約20%30%的電能。策略一：項(xiàng)目的難度、應(yīng)對(duì)、要求與標(biāo)準(zhǔn) 水油電控，給泵復(fù)雜。 專業(yè)協(xié)調(diào)，多管齊下。 改后參數(shù)，不可偏差。 安全節(jié)能，操控俱佳。策略二：鍋爐給水泵改造六條軍規(guī) 第一一切改造要安全， 第二節(jié)能降耗要優(yōu)先， 第三不宜擅改原工況， 第四操控水平如從前， 第五工期質(zhì)量考慮全， 第六投資效益在心間。3.2實(shí)施方案與重要措施1

8、、前置泵改造-維持給水前置泵原有水動(dòng)力特性水泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵串聯(lián)運(yùn)行末級(jí)出口壓力等于各臺(tái)水泵揚(yáng)程的疊加。給水泵變頻調(diào)速后，前置泵仍然必須滿足鍋爐給水泵富裕汽蝕余量（NPSH）的要求，還要在任何運(yùn)行工況下確保給水泵的出口壓力始終高于給水母管壓力，以防機(jī)組負(fù)荷低到一定程度變頻調(diào)速給水泵的出口壓力可能發(fā)生低于鍋爐汽包壓力而造成瞬間斷水的現(xiàn)象。智光電氣的技術(shù)措施是不改變前置泵的安裝位置和泵的進(jìn)、出給水管道，將前置泵與給水泵電動(dòng)機(jī)主軸脫開(kāi)，為前置泵配置一根新的主軸，新增一臺(tái)與前置泵軸功率相匹配的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)前置泵，改造后的前置泵運(yùn)行工況和性能與原設(shè)計(jì)一致。2、潤(rùn)滑油系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)與改前相同改造

9、后應(yīng)保持潤(rùn)滑油系統(tǒng)原有的壓力、流量不變，給水泵、給水泵電機(jī)、前置泵和增速齒輪才能安全可靠的工作。馬蓮臺(tái)模式保留液力偶合器內(nèi)置輔助油泵，增加一臺(tái)外置潤(rùn)滑油泵（見(jiàn)圖3），六盤山模式新增兩臺(tái)全容量潤(rùn)滑油泵（見(jiàn)圖5），一用一備，自動(dòng)聯(lián)鎖。3、給水泵調(diào)速專用高壓變頻器為保證啟停機(jī)及事故狀態(tài)下運(yùn)行人員操作習(xí)慣的連貫性和滿足給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性不發(fā)生變化，用于給水泵電機(jī)的高壓變頻器必須依據(jù)給水泵系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，尤其是在系統(tǒng)諧波水平控制、調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間上進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，不能簡(jiǎn)單采用普通通用型變頻器。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的智光電氣專用鍋爐給水泵變頻裝置在前述改造案例中得到很好的應(yīng)用，保證了給水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前該

10、專用變頻器還將應(yīng)用于華電東華電廠給水泵變頻（300MW機(jī)組）改造、山西漳澤電力（200MW機(jī)組）給水泵變頻等改造項(xiàng)目。圖7 六盤山2號(hào)機(jī)改后穩(wěn)定運(yùn)行的8000 kVA變頻器4 變頻器散熱方案在鍋爐給水泵系統(tǒng)節(jié)能改造方案中，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是給水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。該裝置中使用了大容量移相隔離變壓器及大功率電力電子開(kāi)關(guān)元件，其發(fā)熱量較大，采用風(fēng)道冷卻或是空調(diào)冷卻的方式無(wú)法滿足設(shè)備運(yùn)行的散熱要求。為了使變頻器能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，針對(duì)超大容量高壓變頻器需要安裝空水冷裝置進(jìn)行冷卻。所謂空水冷冷卻方式，是將變頻運(yùn)行過(guò)程中散發(fā)的熱量通過(guò)一定的方式收集起來(lái)，經(jīng)由散熱器將熱風(fēng)進(jìn)行冷卻后密閉循

11、環(huán)至變頻裝置的進(jìn)風(fēng)口，散熱器的熱量由流經(jīng)的冷卻水帶走。不同的現(xiàn)場(chǎng)，由于冷卻水的水溫不同而要采取不同的空水冷卻方案，需要針對(duì)水的流量、管路及是否需要二次冷卻（冷卻水水溫不夠低情況下）等進(jìn)行工程技術(shù)設(shè)計(jì)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)一是空氣閉式循環(huán)，不會(huì)受外部粉塵的污染；二是效率最高，耗電量很低。智光電氣是國(guó)內(nèi)超大容量高壓變頻（5000kW及以上）研發(fā)與應(yīng)用的領(lǐng)軍企業(yè)，該類型的高壓變頻裝置一般均需采取空水冷冷卻方式，除上述幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)外，該方案技術(shù)還在大唐金竹山600MW機(jī)組聯(lián)合引風(fēng)機(jī)（2臺(tái)機(jī)組，四臺(tái)電機(jī)6500kW/6kV）、中電投黔東電力600MW機(jī)組聯(lián)合引風(fēng)機(jī)（2臺(tái)機(jī)組，四臺(tái)電機(jī)7000kW/6kV）、寶鋼集

12、團(tuán)寧波鋼鐵燒結(jié)主抽系統(tǒng)（2臺(tái)10000kVA變頻）、首鋼曹妃甸球團(tuán)（2臺(tái)8000kVA變頻）等超過(guò)100個(gè)現(xiàn)場(chǎng)改造工程中采用了此方案，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)均按照現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，很好的滿足了變頻的散熱要求，也積累了豐富的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)。 圖8 空水冷裝置工作原理示意圖圖9 空水冷裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖5 熱工控制策略和運(yùn)行操作改造后應(yīng)全盤解決變頻給水自動(dòng)調(diào)節(jié)，備用泵自動(dòng)聯(lián)鎖和機(jī)組RB工況的DCS控制策略。改造后應(yīng)提出與變頻給水泵系統(tǒng)相適應(yīng)的運(yùn)行方案。圖10 火電廠330MW機(jī)組DCS操作員站變頻調(diào)速給水系統(tǒng)圖3.1節(jié)能測(cè)試與成果馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組全年運(yùn)行7200小時(shí)，可利用小時(shí)5400小時(shí)，年平均負(fù)荷率75，

13、兩臺(tái)給水泵變頻改造后全年可節(jié)電1300萬(wàn)度，折合標(biāo)煤4290噸。節(jié)電率： 22.9六盤山熱電廠2號(hào)機(jī)組全年運(yùn)行7900小時(shí)，可利用小時(shí)5950小時(shí)，年平均負(fù)荷率75，兩臺(tái)給水泵變頻改造后全年可節(jié)電1586萬(wàn)度，折合標(biāo)煤5302噸，節(jié)電率：25.5。馬蓮臺(tái)電廠和六盤山熱電廠同樣為330MW機(jī)組，節(jié)電率的差異主要因泵組配置、全年運(yùn)行小時(shí)、全年可利用小時(shí)、不同實(shí)發(fā)負(fù)荷節(jié)電率以及累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等因素所致。例如，馬蓮臺(tái)電廠給水泵電動(dòng)機(jī)容量5500kW,六盤山熱電廠給水泵電動(dòng)機(jī)容量6300kW，全年運(yùn)行小時(shí)和利用小時(shí)也不盡相同，兩個(gè)廠的改造方案本質(zhì)上是一樣的，對(duì)節(jié)電率產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。1 馬蓮臺(tái)電廠1

14、號(hào)機(jī)組雙泵平均節(jié)能2 馬蓮臺(tái)電廠1號(hào)機(jī)組雙泵技改前后電流差曲線3 馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組A泵技改前后電流差曲線4 馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組A泵技改前后電流差值表5 馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組B泵技改前后電流差曲線6 馬蓮臺(tái)電廠2號(hào)機(jī)組B泵技改前后電流差值表7 增速箱與保留液偶電流差值曲線8 馬蓮臺(tái)電廠鍋爐給水泵節(jié)能分析1號(hào)機(jī)組6598負(fù)荷段內(nèi)，變頻調(diào)節(jié)下給水泵電動(dòng)機(jī)的電流平均下降了124.5A，形成的曲線基本上是以工頻曲線為參照整體下移，電流相對(duì)下降率平均達(dá)到31.4，但隨著機(jī)組負(fù)荷增加兩條曲線的差值略有收窄。2號(hào)機(jī)組負(fù)荷200MW330MW之間，按間隔10MW取值，B泵變頻電流下降最大150.6A，最小124.3A，平均139.3A，下降率最高46.7，最低27.4，平均35.4。增速箱方案比液偶伴隨運(yùn)行方案節(jié)能量提高10左右。負(fù)荷的高低對(duì)節(jié)電量有一定影響，節(jié)電量分布約在2515之間，節(jié)電量的多少主要取決于機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)的長(zhǎng)短。年平均負(fù)荷在75上下，平均節(jié)電率至少在 22。9 六盤山熱電廠2號(hào)機(jī)組A、B泵技改前后電流差值表10 六盤山熱電廠330