火力發(fā)電廠循環(huán)水泵雙速節(jié)能改造分析
隨著電力體制改革的逐步深化，廠網(wǎng)分開和競價上網(wǎng)成為必然趨勢，發(fā)電廠改制為發(fā)電有限公司，成為獨立核算自負(fù)盈虧的經(jīng)濟(jì)實體。面對這一新形勢，如何進(jìn)一步深化發(fā)電廠的節(jié)能工作，是擺在每個節(jié)能工作者面前的課題。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，發(fā)電廠為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，積極參與發(fā)電市場競爭，綜合發(fā)電成本是企業(yè)的競爭能力的主要指標(biāo)。發(fā)電廠節(jié)能工作的主要目的就是降低企業(yè)的綜合發(fā)電成本，為企業(yè)獲取最大利潤。
循環(huán)水泵是電廠僅次于給水泵的耗電設(shè)備。循環(huán)水采用單元制供水的機組進(jìn)行循環(huán)水泵的雙速改造，根據(jù)季節(jié)的變化采用靈活運行方式，即在夏季，雙泵高速運行；冬季，雙泵低速運行；春秋季，一泵高速、一泵低速的運行方式。這樣，既可以滿足不同季節(jié)循環(huán)水流量的要求，又可以在環(huán)境溫度較低的情況下起到節(jié)約廠用電、降低綜合發(fā)電成本的作用，冬夏溫差大，這項改造節(jié)能潛力很大。
某電廠四臺循環(huán)水泵電機改造后投入運行
一、循環(huán)水量應(yīng)隨冷卻水溫和熱負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)整
循環(huán)水的作用是冷卻，簡稱冷卻水，旨在將排人凝汽器的熱量．帶走凝汽器熱負(fù)荷與循環(huán)水的關(guān)系式：
Qτ=Cwt×Cpt(t2TtlT) (1)式(1)中，Qτ為凝汽器熱負(fù)荷，kW；CvT為循環(huán)水流量，kg／s；CPT為循環(huán)水的平均溫度下的比熱容，kJ／(kg·℃)；t2T為凝汽器出口冷卻水溫度℃．t1T為凝汽器人口冷卻水溫度℃。
分析式(1)可知，假定凝汽器熱負(fù)荷和凝汽器出口冷卻水溫度是不變量，凝汽器人口冷卻水溫度越低，需要的冷卻水量越少；反之越多。假定凝汽器人口冷卻水溫度不變，凝汽器熱負(fù)荷越多，所需冷卻水量就越多；反之越少。對于純凝機組，冬季的循環(huán)水溫在10℃左右，夏季循環(huán)水溫在30℃左右，機組即使在相同負(fù)荷及工況下運行，所需的循環(huán)水量也是不同的。對于帶抽汽的凝汽式機組，是否帶抽汽運行及所帶抽汽量大小，凝汽器的熱負(fù)荷是不同的，相應(yīng)所需的循環(huán)水量隨之改變。
二、傳統(tǒng)循環(huán)水流量調(diào)整方法的經(jīng)濟(jì)性差
多數(shù)電廠在實際運行中，循環(huán)水泵出口門全開，用調(diào)整水泵運行臺數(shù)的方式來滿足不同水溫和熱負(fù)荷的需求，這使得循環(huán)水泵不能長期運行在高效區(qū)，遠(yuǎn)離設(shè)汁工況運行效率偏低。采用改變水泵葉片角度的調(diào)整方法，但此法不能實現(xiàn)在運行中調(diào)節(jié)，長期使用后，調(diào)整叫片角度的裝置容易失靈。
三、循環(huán)水泵的雙速節(jié)能改造
3.1 重改變循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的原理
根據(jù)泵的相似定律，如果泵的相應(yīng)尺寸相等(或?qū)ν慌_泵)，可以得出：
Q1／Q2=(n1／n2）2
H1/H2=(n1／n2)2
(2)N1/N2=(n1／n2)3
式(2)中，Q為泵流量；H為泵揚程；N為泵功率；n為泵轉(zhuǎn)速。
式(2)表明泵轉(zhuǎn)速改變時，性能參數(shù)之間的關(guān)系。假定轉(zhuǎn)速變化時，相似工況點的效率相等，可以根據(jù)泵轉(zhuǎn)速變化畫出水泵通用特性曲線，如圖1所示。
通過圖1可以看出，改變轉(zhuǎn)速，可以在泵效率不變的情況下，得到所要求的冷卻水參數(shù)，相應(yīng)地降低廠用電的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。例如，在夏季，循環(huán)水泵在圖1中A點以600r／min運行，水泵效率為0．78，流量為105L／s；（378T/h）在冬季，由于循環(huán)水溫低，在相同熱負(fù)荷下，循環(huán)水泵在圖1中B點以500r／min運行，水泵效率不變，流量為80Us，由于流量減少，水泵的耗電降低，機組的廠用電量隨之減少。
3.2 改變泵轉(zhuǎn)速方法的比較分析
3.2.1增裝變速箱、液力偶合器和變頻調(diào)整裝置
此方法技術(shù)比較成熟，安全性較高，但這些設(shè)備自身有能量消耗；另外，占地面積大，使泵組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大。
3.2.2更換水泵電機
更換水泵電機為雙速電機是好方法，技術(shù)成熟，安全性高，沒有多余的自身能量消耗；但這種方法的投資大。
3.2.3改變原有水泵電機的轉(zhuǎn)速
根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速關(guān)系式：
n=n1(1-s)=(60f1/p1)×(1S) (3)
式(3)中，s為電動機的轉(zhuǎn)差率f1為電機電源的頻率，Hz:p1為電機定子繞組的極對數(shù)。
由式(3)看出，改變異步電動機的轉(zhuǎn)速有3種辦法：
A.改變原有電動機的轉(zhuǎn)差率S。
B.改變原有電動機頻率f：以改變n1，即變頻調(diào)速。該方法在高壓電機上應(yīng)用風(fēng)險較大，維護(hù)成本高 。
C.改變電動機定子繞組的極對數(shù)P1，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1，即變極調(diào)速。要使定子繞組具有二種極對數(shù)，容易實現(xiàn)的辦法是用2套極對數(shù)不同的定子繞組，即極對數(shù)不同的雙繞組變極調(diào)速。顯然，這是一種投資較大的變極調(diào)速方法。另一種方法是只裝1套定子繞組，通過改變繞組端部聯(lián)線的連接方式來獲得兩種極對數(shù)，即單繞組變極調(diào)速方法。這是一種投資小見效快的方法，但是否對任何循環(huán)水泵電機都可行有待研究，并且這種方法難以進(jìn)行動態(tài)轉(zhuǎn)速切換。
3.3 雙速循環(huán)水泵改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性
3.3.1節(jié)約用電可以最大限度地降低綜合發(fā)電成本
發(fā)電廠是能量轉(zhuǎn)換工廠，從熱力學(xué)分析看，經(jīng)過鍋爐、汽輪機和發(fā)電機把燃料的化學(xué)能依次轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機械能和電能，能量在轉(zhuǎn)換過程中不可避免地存在各種損失，可用能逐步降低；但能量的價值卻逐步增加，熱能的能價大于煤的能價，而電能的能價大于熱能的能價。如發(fā)熱量為20MJ／kg的原煤價格為260元／t，其能價為0.0913元／MI；而價格為0.33元／(kW·h)的電能，其能價為0.0917Tr.／MJ。電煤能價比為7,即節(jié)約1MJ電能給企業(yè)帶來的效益相當(dāng)于節(jié)約7MJ煤的能量。
因此，發(fā)電廠節(jié)能工作要抓住“同能不同價”的特點，因地制宜，最大限度地降低綜合發(fā)電成本。
3.3.2雙速循環(huán)水泵改造的經(jīng)濟(jì)性
北方，一年四季分明。每年10月至次年5月，氣候寒冷，最低氣溫可達(dá)30℃；而每年510月，氣候溫暖，最高氣溫為+30℃。一年之中氣溫變化比較大、這是推廣雙速循環(huán)水泵節(jié)能項目自然環(huán)境的優(yōu)勢所在?，F(xiàn)以某發(fā)電廠雙速循環(huán)水泵改造為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。循環(huán)水泵的耗能計算式為
P=√3UICOSφ (4)
式(4)中，P為運行循環(huán)水泵所消耗的電能，kW；
U為循環(huán)水泵電機的電壓kV；I為循環(huán)水泵電機的電流A；cos為電機的功率因數(shù)。該循環(huán)水泵電機型號為Y1250-12／1730-1，采用單繞組變極的方法，通過改變繞組端部聯(lián)線的連接方式來獲得兩種極數(shù)；高速495r／min時，12極；低速422r／min時，14極。改造后進(jìn)行了負(fù)載試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。
如果對某電廠循環(huán)水泵進(jìn)行雙速改造，以200MW機組為例，在冬季循環(huán)水泵處于低速運行工況，1臺循環(huán)水泵冬季運行的時間為3000h，上網(wǎng)電價按0．2元／(kW·h)計，可節(jié)約電費：
3000×332.55×0.38=37.92萬元
如果1臺循環(huán)水泵雙速改造按改造費用為20萬元，投資回收期不足二個月。如在春秋兩季，采用一泵高速、一泵低速的靈活運行方式，投資回報率更高。
四、結(jié)束語
節(jié)能是人類合理適度開發(fā)利用自然資源的永恒課題，世界各國非常重視，電力部門尤為突出。將循環(huán)水泵改造為雙速運行，滿足了機組在不同季節(jié)和不同負(fù)荷工況下對循環(huán)水量的要求，降低了綜合發(fā)電成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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| 新的定子線圈經(jīng)真空壓力浸漆后 | 改造的新定子線圈吊入真空浸漆缸中進(jìn)行真空壓力浸漆 |
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| 技工正在對改極后的定子線圈極相組接頭焊接 | 技工正在對出線樁頭進(jìn)行測試 |
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| 改雙極雙速后的循泵電機正在做空載試驗 | YKSL3500-16循泵電機改極 |
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