低加疏水泵變頻改造項(xiàng)目可行性研究報(bào)告

2 3眾所周知能源問題已經(jīng)成為世界各國(guó)共同關(guān)注的問題在我國(guó)這一現(xiàn)象更加凸顯。由于我國(guó)粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式又處在消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)加快的歷史階段火力發(fā)電機(jī)組超速發(fā)展，煤炭消耗過大因此節(jié)能降耗將是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)而艱巨的任務(wù)。根據(jù)美國(guó)及我國(guó)電力行業(yè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明我國(guó)平均水泵、空氣壓縮機(jī)總量約4200萬臺(tái)，裝機(jī)容量約1.1億千瓦。但系統(tǒng)實(shí)際風(fēng)機(jī)、水泵的拖動(dòng)電機(jī)處于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而生產(chǎn)中的風(fēng)、水流量要求處于變工況運(yùn)行；還有許多企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，容量選擇得較大，系統(tǒng)廠節(jié)能有很大的節(jié)能潛力可以挖掘。因此電站熱力系統(tǒng)節(jié)能是關(guān)系到節(jié)能全局以及可持續(xù)性發(fā)展的大事。因此在熱力系的環(huán)境下揭示各種節(jié)能理論內(nèi)在的聯(lián)系深入地研究和發(fā)展節(jié)能要的理論和現(xiàn)實(shí)意義對(duì)電廠45Q——使用工況點(diǎn)的流量(m3/s);H——使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程(m);R——輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3Nb＝RQ2Hb/102ηNc＝RQ2Hc/102ηΔN＝Nc—Nb=R×Q2×(Hb-Hc）/102η閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，由于流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速n成3次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)6n=60f(1-s)/p式中：f——水泵電機(jī)的電源頻率(Hz);p——電機(jī)的極對(duì)數(shù)；由上式可知，均勻改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率f,就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達(dá)到量變送器(PT)(4)調(diào)節(jié)器(PID).測(cè)量變送器將水管出口壓力測(cè)出，并轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標(biāo)進(jìn)行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號(hào)，該信號(hào)直接送到變頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為380V/50Hz的交流電變成輸出為0~380V/0~400Hz連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，4.1液力耦合器的工作原理和主要特性參數(shù)7固定連接；主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，而從動(dòng)軸則與風(fēng)機(jī)或水泵連接。泵輪與上的葉片將驅(qū)動(dòng)工作油高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)工作油做功，使油獲得能量（旋轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)渦輪做功，將工作油的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。工作油對(duì)渦輪做功后，能量減少，流出渦輪后再流入泵輪的徑向進(jìn)口流道，械能轉(zhuǎn)化為工作油的動(dòng)能和壓力勢(shì)能，這個(gè)原理與葉片式泵的葉輪相同，8一根可移動(dòng)的勺管（導(dǎo)流管）位置的改變而實(shí)現(xiàn)的：勺管可以把其管口以下的循環(huán)油抽走，當(dāng)勺管往上推移時(shí)，在旋轉(zhuǎn)外套中的油將被抽吸，使工作腔內(nèi)的工作油量減少，渦輪減速，從而使風(fēng)機(jī)或水泵減速；反之，當(dāng)勺遞的力矩，其輸出力矩M2等于其輸入力矩M1。9重要指標(biāo)，in表示渦輪轉(zhuǎn)速為最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速比，通常in＝0.97~液力耦合器在工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速比一般在0.4～0.98之內(nèi)，當(dāng)其小于液力耦合器工作時(shí)，其泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差與泵輪轉(zhuǎn)速之比的百分B（2－1）液力耦合器的轉(zhuǎn)差率除表示相對(duì)轉(zhuǎn)速差的大小外，還表示在液力耦（2－2）工作腔的幾何尺寸及形狀、以及工作腔流道表面的粗糙度等因素所決定而變，即λ=f(i)，在額定工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速比in時(shí)，液力耦合器的轉(zhuǎn)矩系4.2液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的節(jié)能效果4.2.1液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的功率損耗效調(diào)速裝置。液力耦合器在帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速工作時(shí)，轉(zhuǎn)速比越小，其調(diào)速效率越低，轉(zhuǎn)差功率損耗也越大；但是在帶動(dòng)葉片式風(fēng)機(jī)水泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速工作時(shí)，情況就不是這樣了。這是因?yàn)槿~片式風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，這時(shí)液力耦合器所傳遞的功率也迅速減小，當(dāng)風(fēng)機(jī)與水泵由液力耦合器驅(qū)動(dòng)調(diào)速工作時(shí)，風(fēng)機(jī)液力耦合器的從動(dòng)軸相連接，故風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速等于液力耦合器渦輪的轉(zhuǎn)（2－5）或改寫成2－6）即2－7）n通常，液力耦合器的in=0.97～0.以上通過理論分析，導(dǎo)出了液力耦合器的渦輪傳遞功率PT、泵輪傳遞Δ發(fā)生再轉(zhuǎn)速比i=2/3處。而不是轉(zhuǎn)速越低，Δ越速效率、泵輪傳遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線從圖中可以直觀地看出：隨著轉(zhuǎn)速比的減小，液力耦合器泵輪和渦輪4.2.2液力耦合器在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速中的節(jié)能效果例4－1：下面通過一個(gè)具體的例子來說明葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速，即使工作在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，盡管其調(diào)速效率很低，但與節(jié)流調(diào)103m3/h，p=280×9.81Pa；由于管路靜壓pst=0，管路性能曲線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，故此管路性能曲線與經(jīng)過最高效率點(diǎn)的相似拋物線相重合（因?yàn)槎ㄟ^液力耦合器調(diào)速時(shí)，水泵的性能曲線要發(fā)生變化，但管路性能曲線不變，故變速前后的運(yùn)行工況點(diǎn)均位于管路性能曲線上，而管路性能曲線n';;若再考慮到液力耦合器的損耗功率，則得實(shí)際所需的原動(dòng)機(jī)功率。由調(diào)速效率也等于0.5，這就意味著從液力耦合器輸入的功率只有一半為有液力耦合器中要產(chǎn)生較大的損耗，但它較之節(jié)流調(diào)節(jié)來說，所損耗的原動(dòng)率還是相當(dāng)可觀的，節(jié)電率達(dá)65.7%。當(dāng)然，這只是粗略的計(jì)算，實(shí)際上液力耦合器的冷卻水系統(tǒng)和油泵系統(tǒng)等輔助設(shè)備以及液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失也要消耗一定的功率（一般為額定傳動(dòng)功率的34%),變速調(diào)節(jié)時(shí)管路性能曲線不變，而泵的運(yùn)行工況點(diǎn)必在管路性能曲交得出（見圖6由圖可讀出M＇點(diǎn)的揚(yáng)程HM1=1670m。M/與M不是相便求出M＇的轉(zhuǎn)速。過M/點(diǎn)作相似拋物線，00上述兩式得出的結(jié)果略有不同是因作圖及讀數(shù)誤差引起的。從計(jì)算結(jié)果知，此泵裝置因管路靜揚(yáng)程Hst很高，故當(dāng)流量減少到原流量的包壓力，為了保證汽包順利進(jìn)水，轉(zhuǎn)速已不能再下降了。所以其調(diào)速范其軸功率P＇=1173kW，因?yàn)橐毫︸詈掀鞯恼{(diào)速效率等于調(diào)速比，這時(shí)本身的損耗，輸入功率約為1480kW，最大節(jié)電率約為30%左右。與上面在液力耦合器調(diào)速的基礎(chǔ)上進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，盡管在低轉(zhuǎn)速時(shí)也有很高的節(jié)電率，但其最大節(jié)電量也不超過額定傳送功率(Pec)的18% 在采用變頻器時(shí)，如果保留其液力耦合器的話，其節(jié)電率相差12~15%!節(jié)電率==100％—調(diào)速比12～15%)所以當(dāng)采用變頻器取代液力耦合器進(jìn)行水泵節(jié)能改造時(shí)，不去掉液力?。ǎ?，速比，和液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等于額定傳動(dòng)功率的34%表可見，由于水泵的靜揚(yáng)程較大（額定揚(yáng)程的60轉(zhuǎn)速比大轉(zhuǎn)速百分比比(%)率率率率(%)(%)(%)(%)差(%)(%)(%)(%)100.6、液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較無級(jí)連續(xù)變化的、且變化范圍很寬的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)，與節(jié)流調(diào)（3）可隔離震動(dòng)。液力耦合器的泵輪和渦輪之不會(huì)傳到從動(dòng)軸上，具有良好的隔震效果。能減緩沖擊負(fù)荷，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)（4）過載保護(hù)。由于液力耦合器是柔性傳動(dòng)，差，故當(dāng)從動(dòng)軸阻力矩突然增加時(shí)，轉(zhuǎn)速差增大，甚至當(dāng)風(fēng)機(jī)或水泵等負(fù)載機(jī)器制動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不致被燒毀，風(fēng)機(jī)與水泵也可受到保護(hù)。同時(shí)裝在液力耦合器上的易熔放油塞還能及時(shí)地把流道熱（5）除軸承外無其它磨損部件，故工作可靠，能長(zhǎng)期無檢修運(yùn)行，壽輸出的最大轉(zhuǎn)速要比輸入轉(zhuǎn)速低。因此在選擇風(fēng)機(jī)與水泵時(shí)，要按照液力耦合器的最大輸出轉(zhuǎn)速確定其容量，而不能用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速來確定風(fēng)和重量將增加，而且調(diào)速的延遲時(shí)間增大，反應(yīng)變慢，當(dāng)轉(zhuǎn)速比小于0.4時(shí)，還會(huì)使工作不穩(wěn)定，因此液力耦合器最適用于較高轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)水泵調(diào)于液力耦合器的調(diào)速效率等于轉(zhuǎn)速比，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差損耗還是較大的，因此的同步轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行，基本上保持額定轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差損失不增加。變頻調(diào)速時(shí)的損失，只是在變頻裝置中產(chǎn)生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動(dòng)機(jī)的損耗有所增加，相應(yīng)效率有所下降。所以變頻調(diào)速是一種這對(duì)于泵或風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很有利的。如萬一變頻裝置發(fā)生故障，就退出運(yùn)行，不影響泵與風(fēng)機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行；又如在接近額定頻率（50Hz）范圍工作時(shí)，由變頻裝置調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性并不高，變頻裝置可退出運(yùn)行，由連續(xù)平滑加速直致全速運(yùn)行。變頻軟起動(dòng)是目前最好的軟起動(dòng)方式，變頻（1）目前，變頻調(diào)速技術(shù)在高壓大容量傳動(dòng)中兩個(gè)：一個(gè)是我國(guó)發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)供電電壓高（3～10KV而功率開關(guān)器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問題；二是高壓大功率變頻調(diào)速裝置技術(shù)含量高、難度大，因而投入也高，而一般風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能改造都要求低投入，高回報(bào)，從而造成經(jīng)濟(jì)效益上的問題。這兩個(gè)問題是它應(yīng)用于風(fēng)均為非正弦波形而產(chǎn)生的高次諧波，對(duì)電動(dòng)機(jī)和供電電源會(huì)產(chǎn)生種種不良影響。如使電動(dòng)機(jī)附加損耗增加、溫升增高，從而使電動(dòng)機(jī)的效率和功率高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，其脈動(dòng)頻率為6kf(k=1，2，3?)。因此，裝置系統(tǒng)必須注意避免在共振點(diǎn)附近運(yùn)行。如用多重化技術(shù)的電流型和電壓型變頻器，其輸出波形大為改善，高次諧波液力耦合器雖然屬于低效調(diào)速方式，但是即使在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，相對(duì)于節(jié)流調(diào)節(jié)方式而言，也有明顯的節(jié)能效果。且因其投資少，見效快，資金調(diào)速精度高等優(yōu)勢(shì)，又可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，減少電網(wǎng)的電流沖擊及設(shè)備的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)于大部分采用籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)行時(shí)一運(yùn)行，一備用。低加疏水泵電動(dòng)機(jī)為西安西瑪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的Y315L2-2B3型三相異步電動(dòng)機(jī)，其設(shè)計(jì)額定功率為185KW，額在電力生產(chǎn)過程中，為適應(yīng)系統(tǒng)水量的變化，調(diào)節(jié)出水流量，通常采用在上圖中，曲線n0表示，管路中閥門開度不變時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程—流量曲線。R1表示水泵轉(zhuǎn)速不變這個(gè)點(diǎn)就是水泵工作時(shí)既滿足揚(yáng)程特性又滿足管阻特性，供水系統(tǒng)工作于兩個(gè)工況點(diǎn)的水泵軸功率之差為B、C兩工況點(diǎn)輸出介質(zhì)流量Q相揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。從這一比例定律關(guān)系可見，同一臺(tái)泵在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，泵的主要性能參數(shù)將按上述比例定律變化并且在變化過程中保持效率基本不變。由此可見，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)流量，電動(dòng)機(jī)所取用的電功率將大為減少。在火力發(fā)電廠，水泵流量的減少是因?yàn)樯a(chǎn)工藝的需要，通常是以調(diào)節(jié)水泵輸出閥門，人為改5H1H24AB231為管網(wǎng)特性曲線。如果管網(wǎng)特性不變，保持為曲線④,水泵由N1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)得流量減少為Q3，但又要維持水壓不變，這時(shí)水泵可以將速度調(diào)節(jié)到N3運(yùn)行，從工作曲線中可以看出，水泵的轉(zhuǎn)速和輸出流量下降，但水泵的輸出壓力卻保持不變，這就是為什么流量變化時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水的理論依據(jù)。這種情況下，由于管網(wǎng)特性的改變，水泵的流量并不是轉(zhuǎn)速下降其水壓就下降，水泵速度下降且其分擔(dān)的流量下降后，只當(dāng)外部管路特性不變時(shí)，如果通過水泵調(diào)速方式改H3H2CAB231假設(shè)水泵在B、C兩點(diǎn)效率差別不大，都約為η,則調(diào)速方式相對(duì)于如果外部管路特性變化而調(diào)速時(shí)要求水壓恒定。此時(shí)流量由流量由Q1H3H2CBA21泵工作點(diǎn)將由A變?yōu)锽點(diǎn)。水泵在B、C兩點(diǎn)的輸出功率差為：PC－PB=水泵調(diào)速節(jié)能效益與水泵的特性、運(yùn)行方式、電費(fèi)水平等多種因素有關(guān)，由于這些因素在不同場(chǎng)合下千差萬別。計(jì)算節(jié)能效益時(shí)對(duì)工況作如下P70%=1000×0.7×（1.4-0.4×0.7×0.7）=842.P50%=1000×0.5×（1.4-0.4×0.5×0.5）=650采用調(diào)速水泵調(diào)節(jié)流量時(shí)，如果需要壓力恒定，則功耗仍然按流量QP100%=1000/0.97=1031KWP70%=1000×0.7×1/0.97P50%=1000×0.5×1/0.97流量變化時(shí)，如果要求壓力不變，相對(duì)于用閥門調(diào)節(jié)流量，采用變頻采用調(diào)速水泵調(diào)節(jié)流量時(shí)，如果沒有壓力要求，即假定外部管阻特性P100%=1000/0.97=1031KWP70%=1000×0.343/0.97=35P50%=1000×0.125/0.97=12流量變化時(shí)，如果外部管阻特性不變（即流量小時(shí)，壓力也小，調(diào)速電形成沖擊，同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在很大不利影響。變頻調(diào)速裝置可以優(yōu)化電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，提高低加疏水泵的運(yùn)行效動(dòng)力電纜接頭從開關(guān)下側(cè)移至變頻柜輸出接線端子上，在用相同規(guī)格的電纜把開關(guān)與變頻器相連，系統(tǒng)改造前后示意圖如下:號(hào)機(jī)汽機(jī)A段母線BA轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟停車、無級(jí)調(diào)速，將電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流降低到額定電流1.5倍左右，使電動(dòng)機(jī)的電氣部分和軸承機(jī)械承有效避免了管道內(nèi)的水錘效應(yīng)，避免了管道流量的突變，減少了爆管、滴漏的發(fā)生機(jī)率。更重要的是，能夠?qū)崿F(xiàn)與供電頻率成立方比例的軸功率大啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要