火力发电厂凝结水泵节能优化改造分析

学术论文 2018-06-12 12:26:42
  0 引言 
  随着国家节能减排要求日益提高,加之电力市场竞价上网试点的开展,如何降低运行成本提高火力发电厂经济效益,是每个发电运营商急待解决的重要课题,而通过优化改造凝结水泵降低厂用电率,则是降低供电煤耗和发电成本的主要途经之一。现以某电厂为例对凝结水泵节能优化改造问题加以探讨分析。 
  某电厂装机容量为4×135MW机组,每台机组配有3台立式筒状凝结水泵,设计运行方式为两用一备,所配电机功率为160KW. 由于该厂目前主机已增容至150MW,原有配备的凝结水泵运行方式已不能满足安全稳定节能降耗的运行要求。现对其进行改造。 
  1 可行性分析 
  1.1 凝结水泵工作原理 
  凝结水泵是火力发电厂凝结水系统的重要设备,其作用是把凝汽器水箱中的凝结水经低压加热器加热后送至除氧器,维持除氧器水位稳定。同时保证机组所需的其它辅助用水,机组正常运行状态下,机组负荷升高时,凝结水量增加,凝汽器内的水位相应升高,机组负荷降低时,凝汽器内水位相应降低。该厂目前凝结水量调节主要靠改变凝结水泵出口母管调节阀开度来实现。在机组低负荷时阀门开度小,节流损失大,对管道及阀门冲刷严重,也使凝泵效率降低,运行不经济。凝结水泵参数表1。 
  根据水泵设计原理,水泵轴功率:W=Q*g*h/(3.6*η) 
  Q:流量m3/h g:9.81 h:扬程m η:泵效率% 
  计算可知该泵轴功率:W=116.5 kw 小于电机输出功率160 kw,因而存在增容空间,拟对泵叶轮进行增容改造,热力发电厂凝结水除维持除氧器水位稳定外,还提供给下列用水:汽轮机低压轴封减温水、凝汽器喷水、真空泵补充水、定子冷却水补充水、低压旁路减温水等。经调研该厂满负荷发电在满足凝结水杂项用水要求时,除氧器入口最大凝结水量420t/h,压力1.9MPa。 
  1.2 变频器变频调速原理 
  三相交流异步电动机工作原理:三相对称绕组通入三相对称交流电,将在空间产生旋转磁场,此磁场切割转子导体,将在转子中产生感应电动势及感应电流,并且转速低于同步速并与同步速方向相同旋转。其转速满足如下的关系式 
  n =60 f(1-s)/p, 
  式中:n:电机转速 f:电源频率 P:电机磁极对数 S:电动机转差率。 
  上式中,由于转差率s一般情况比较小(0―0.05),可看出,三相交流异步电动机转速与工作电源输入频率成正比。通过改变电动机工作电源频率即可改变电机转速。 
  1.3 变频节能原理 
  根据流体力学知识,流量(Q)与转速(n) 的一次方成正比,压力(P)与转速(n) 的平方成正比,功率(P)与转速(n) 的立方成正比。在水泵的效率一定,当调节流量下降时,转速将成比例下降,此时输出功率成立方关系下降,即水泵电机的耗电功率与转速约成立方比关系。可见降低电机转速大大降低轴功率,从而达到节电的目的。 
  2 机组改造及运行安全问题 
  在改造中,首先对原有三台凝结水泵更换大容量叶轮,以满足增容要求,根据泵设计知识,该泵在扬程(1.90MPa)电机不变的前提下,还可增容至220t/h,两台凝泵总流量440t/h,该流量满足该厂满负荷发电凝结水最大流量及各项杂用水要求。改造可行。为满足节能降耗要求,缓解调节阀调解流量时产生的精度差、水位波动大、阀门易坏等问题。采用了变频调节技术,对三台凝结水泵电机经行了改造,变频装置采用“一拖一手动旁路” 方案。既可工频启动又可变频启动。电气原理图如图1所示: 
  3 改造完成后节能效果 
  改造完成后,在机组不同负荷工况下,对运行的#1、#2凝结水泵分别经行性能试验,实验数据如表2。 
  3.1 泵扬程计算 
  H=(P2-P1)/ρg+ (V22-V12)/2g (mH2O) 
  式中: P1:泵的入口压力 Pa P2 :泵的出口压力 Pa V2 :泵的出口流速 m/s 
  V1 :泵的入口流速 m/s ρ:凝结水密度 kg/m3 
  H=(1977200-16620)/993.9g+(4.1*4.1-2.82*2.82)/2g=210.66 (mH2O) 
  由表中实验数据算得#1、#2凝结水泵平均节电率为:20.5 %。改造完成后#3凝结水泵处于备用状态,对应电机节电160Kw。该厂年运行5500 h,则年节电量:W={160x20.5%x2+160}x5500h=1240800Kwh=124万Kwh。 
  则可推得对煤耗的影响约为0.347g/Kwh。 
  如按照上网电价0.4元/kwh计算,年节电效益为124x0.40=49.6万元。 
  4 结束语 
  从上述数据分析得出,该厂凝结水泵变频改造后节能效果较好,除氧器水位调节灵敏,减少了对管道阀门的冲刷,保证了机组安全稳定运行,改造后凝结水泵各项性能指标均达到要求。本次改造是成功的,可以加以推广。 
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