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利德華福高壓變頻器在西固電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的應用
北京利德華福電氣技術(shù)有限公司

摘要:蘭州西固電廠(chǎng)在高壓變頻器的改造工程中促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟效益的明顯提高,并且它以高性能、高可靠性和調節的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性,贏(yíng)得了運行人員的認可。
關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統 高壓變頻器 節能
一、前言:
成立于2000年6月的蘭州西固熱電有限責任公司,其前身西固熱電廠(chǎng)是國家“一•五”期間156個(gè)重點(diǎn)建設項目之一。該電廠(chǎng)于1957年投產(chǎn)發(fā)電,是全國最大的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)之一?,F管理運行4×50MW、2×142MW共10爐6機,總裝機容量484MW。擔負著(zhù)向周邊蘭化、蘭煉等大中型企業(yè)提供電力、熱能的重大任務(wù)。
受設計和制造技術(shù)條件的影響,電廠(chǎng)主要用電設備如送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、循環(huán)水泵等高能耗設備,其輸出功率不能隨機組負荷變化而變化,只有通過(guò)改變檔板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調整,造成很大部分能量消耗在節流損失中。為此,蘭州西固熱電有限責任公司把挖潛節能降耗的工作提到議事日程中,從技術(shù)改造著(zhù)手,尋求節能降耗的途徑和辦法。
針對以上能源浪費的現象,采用高壓變頻調速技術(shù)對電廠(chǎng)重要用電設備的驅動(dòng)電源進(jìn)行技術(shù)改造,是電廠(chǎng)節能降耗提高競價(jià)上網(wǎng)競爭能力的有效途徑。
二、再循環(huán)水系統變頻改造問(wèn)題的提出:
2001年西固電廠(chǎng)一廠(chǎng)循環(huán)水系統在自然通風(fēng)冷卻塔的改建過(guò)程中,使機組循環(huán)冷卻水量(一次水量)由原來(lái)的年平均10000t/h減少到5000t/h,降低了發(fā)電成本,取得了明顯的經(jīng)濟效益。但在運行中專(zhuān)門(mén)為塔上水而配置的4臺同型號,額定出力為9720m3/h的軸流式再循環(huán)水泵,由于出力較大,不能達到循環(huán)水泵與水塔的合理匹配運行,制約了發(fā)電成本的有效降低。
眾所周知,軸流式水泵具有相當陡的性能曲線(xiàn),管道阻力變化對流量變化影響很小,軸流式水泵出口門(mén)及豎井上水門(mén)不能節流,造成流量調節困難。因此,運行中僅限于調整機房?jì)饶Y器排水門(mén),啟停機組循環(huán)水泵和聯(lián)系水廠(chǎng)加減一次水量,非常不方便,而且造成極大的浪費。例如,冬季循環(huán)水出、入口溫度都較低,如果一臺再循環(huán)水泵在額定工況下運行,為保障水泵入口(#3、4溝水位)正常,機房?jì)雀鳈C組排水門(mén)都開(kāi)的較大,同時(shí)為維持循環(huán)水母管壓力,還需要啟動(dòng)循環(huán)水泵,人為的增加了廠(chǎng)用電耗,冬季機組凝汽負荷本身不大,由于排水門(mén)開(kāi)度大,造成排氣溫度過(guò)低,使機組末級葉片濕度增大,葉片工作工況惡化,嚴重威脅著(zhù)機組運行安全,且循環(huán)水量過(guò)大,造成凝結水過(guò)冷卻度增大,對機組的經(jīng)濟性影響更大。夏季由于來(lái)水溫度較高,為保證機組排汽溫度不至于過(guò)高,需要增加一次水量,凝結器出口門(mén)開(kāi)度也較大,造成#3、4溝水位溢流,再啟動(dòng)同型號再循環(huán)水泵,勢必會(huì )開(kāi)大凝結器出口門(mén),#5-8機8臺循環(huán)水泵全部啟動(dòng),卻無(wú)法保證#3、4循環(huán)水溝水位,且啟動(dòng)循環(huán)水泵,增大一次水量,造成企業(yè)效益流失和發(fā)電成本的提高。
因此根據公司運行實(shí)際和企業(yè)可持續發(fā)展的戰略需要,將冷水塔#1、3再循環(huán)水泵加裝變頻調速器,改造為調速調頻再循環(huán)水泵勢在必行。
三、系統參數配置以及控制邏輯:
經(jīng)過(guò)西固電廠(chǎng)多方調研、比較,最后同北京利德華福電氣技術(shù)有限公司合作,共同制定了在循環(huán)水系統的變頻改造方案,具體方案如下:
1.電機和水泵的參數



2.系統旁路方案,如圖一:

圖一 主回路接線(xiàn)圖

器件說(shuō)明:
QF1、QF2:廠(chǎng)方高壓真空斷路器
QS1、QS2、QS3:手動(dòng)隔離刀閘
VVVF:HARSVERT-A06/090 高壓變頻器
M1、M2:710kW/6kV 異步電動(dòng)機
使用方式:
一拖二(1備1用);
#3泵只變頻運行,#1泵也可在工頻下運行。
3.設備配置
冷水塔#1、#3再循環(huán)水泵參與這樣一個(gè)水循環(huán)過(guò)程:將蓄水溝中的水抽到冷水塔中,冷水塔中的水供生產(chǎn)使用,生產(chǎn)后剩余的水再排到蓄水溝中。
本次改造是在電機前加裝高壓變頻調速器,加強了對循環(huán)水系統的調節運行。該調節系統采用新型的功率單元,通過(guò)功率單元與控制單元的程序控制,實(shí)現全數字化微機控制,并且具有高可靠性和易操作性等優(yōu)點(diǎn),適合電廠(chǎng)現運行系統的需要。
以前開(kāi)一臺泵,抽水量不夠,造成水溝水溢流,平均每小時(shí)5000立方左右;增加變頻器后,用兩臺泵,變頻泵開(kāi)到35Hz左右,水溝水位維持在4.8米左右,不再造成溢流,另外還加速了水系統的循環(huán)過(guò)程,降低了煤耗等綜合指標。
四、問(wèn)題的解決與應用:
蘭州西固電廠(chǎng)再循環(huán)水泵變頻改造后,循環(huán)水系統可調節性能大大增強,一次水量由投運前平均5000t/h,變化為3500t/h,細化了指標,很大程度的降低了企業(yè)發(fā)電成本。
1.節能原理:
通常異步電動(dòng)機的轉速n=60f(1-s)/P,在電動(dòng)機選定條件下,功率P一定,轉差s的影響可忽略不計,因此電機轉速變化可以通過(guò)調節電機頻率實(shí)現,可以看出n與f間為線(xiàn)性關(guān)系,轉速調節范圍寬,功率損失較小。
我們也知道泵的軸功率,P=KQH,Q為流量,H為泵出口壓力。由于斜流泵受管道阻力影響較小,在出口壓力恒定的情況下,轉速降低,流量降低,使泵的輸出功率降低。節能明顯,調節方便。圖二中陰影部分為有效節能。

圖二 水泵節能原理

2.高壓變頻調速系統在實(shí)際應用中的節能效果:
(1)比較2002年10月與2003年10月經(jīng)濟指標,機組平均負荷為12.8MW
2002年10月:平均真空度:90.26% ,一次水量平均5000t/h
2003年10月:平均真空度:93.37%,一次水量平均3500t/h
(2)按一個(gè)月計算:
2002年十月:一次水成本:5000×24×31×0.4=148.8萬(wàn)元
2003年十月:一次水成本:3500×24×31×0.4=104.16萬(wàn)元
相比節約資金:44.64萬(wàn)元/月
(3)2002年十月真空度:90.26% 對應排汽溫度查表得42℃
2003年十月真空度:93.37% 對應排汽溫度查表得35℃
因此,2003年與2002年同期比較,變頻泵啟動(dòng)后排汽溫度下降7℃,真空度每提高1%,節約標準煤耗3.5g/kW•h。所以2003年10月較2002年10月真空度提高3.11%,節約煤耗10.9g/kW.h,全月發(fā)電量9495萬(wàn)kW•h。
因此節約煤耗94950000×10.9×0.8=827.96t標煤×210元/t標煤=17.39萬(wàn)元。
(4)變頻泵自投運以來(lái),據統計月平均耗電,比僅運行一臺工頻泵多耗廠(chǎng)用電13萬(wàn)kW•h。
變頻泵啟動(dòng)增加廠(chǎng)用電13萬(wàn)kW•h,耗電130000×0.196=2.55萬(wàn)元
(5)綜上,月平均產(chǎn)生經(jīng)濟效益:44.64+17.39-2.55=59.48萬(wàn)元。
全年經(jīng)濟效益:59.48×12=713.76萬(wàn)元
3. 高壓變頻系統在實(shí)際應用中還體現出諸多優(yōu)點(diǎn):
(1)減少了機組循環(huán)水泵的啟、停次數,保持了系統運行的穩定,降低了值班人員調整、維護水溝水位和機組真空的難度。
(2)增加了調解的靈活性,方便了凝結器膠球清洗工作。以往此項工作需要增加一次水量,操作過(guò)程中加、減一次水量及啟、停循環(huán)水泵,會(huì )造成循環(huán)水的浪費,用變頻泵可通過(guò)調整電機頻率和閘板開(kāi)度滿(mǎn)足實(shí)際水位的需要。
(3)電廠(chǎng)在夏季啟用變頻泵,可以增加上塔水量,使冷水塔冷卻效率提高,既能避免水溝溢流,又可以增大冷卻水的循環(huán)倍率,降低機組排汽溫度,提高機組熱經(jīng)濟性。
在冬季,水溫較低時(shí),只啟動(dòng)一臺變頻泵運行,既能保證機組排汽溫度穩定,提高機組安全運行,又可以減少一次水量和廠(chǎng)用電,更好的降低成本,提高效益。
4.綜合效益:
自03年9月份變頻再循環(huán)水泵調試和投運以來(lái),變頻器運行穩定,循環(huán)水系統可調節性能大大增強。不但節約了大量電能,降低了廠(chǎng)用電率,而且大大降低了一次用水量及減少機組循環(huán)水泵的啟、停次數,甚至提高了系統真空度,降低了標準煤耗,取得了非常好的綜合效益。為此,該高壓變頻改造項目獲得當年甘肅省科技成果推廣二等獎,西固電廠(chǎng)科技進(jìn)步一等獎。
五、結束語(yǔ):
高壓變頻調速控制作為一種新型的調速方法,其性能優(yōu)于其它調速方式,是現代化大型電廠(chǎng)廣泛采用的一種節能控制手段。西固電廠(chǎng)的變頻改造工程促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟效益的明顯提高,并且它以高性能、高可靠性和調節的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性,贏(yíng)得了運行人員的認可。
隨著(zhù)電力體制改革的推進(jìn)和競價(jià)上網(wǎng)新格局的形成、深化,西固電廠(chǎng)還將在給水泵等輔助設備進(jìn)行變頻改造,勢必將優(yōu)化企業(yè)資源配置,為促進(jìn)企業(yè)可持續發(fā)展創(chuàng )造條件,早日實(shí)現扭虧增盈的目標。
六、后記:
06年7月12日,蘭州西固電廠(chǎng)#11爐甲乙側吸風(fēng)機再次使用了2套利德華福生產(chǎn)的1000 kW/6kV高壓變頻器,順利通過(guò)驗收并移交運行,這是繼一廠(chǎng)再循環(huán)水泵、二廠(chǎng)生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后,西固電廠(chǎng)又一次較成功的變頻改造。(以下這段文字鏈接即來(lái)源于蘭州西固熱電有限責任公司網(wǎng)站,網(wǎng)址:http://www.xgrd.com/home/Article_Show.asp?ArticleID=4382)
7月12日,我公司#12爐A/B吸風(fēng)機改變頻工作順利通過(guò)驗收并移交運行,這是繼一廠(chǎng)再循環(huán)水泵、二廠(chǎng)生水泵、除鹽水泵、凝結水泵改變頻后,我公司又一次較成功的變頻改造。從安裝到調試,公司上下傾注了大量的心血,各分場(chǎng)、部門(mén)專(zhuān)門(mén)抽調技術(shù)人員配合、監督,使此次改造工程順利完成。
我公司的#12爐A/B兩臺吸風(fēng)機選用的風(fēng)機的備用容量較大,且都采用入口擋板調節,正常運行時(shí)擋板開(kāi)度只有30%-40%,為在現有情況下實(shí)現鍋爐燃燒的優(yōu)化控制,要求吸風(fēng)機風(fēng)門(mén)擋板調節靈活,燃料量及熱量反饋準確,但由于吸風(fēng)機擋板運行時(shí)間長(cháng)、故障率高,調節延遲,加之擋板節流產(chǎn)生壓力損失和兩臺風(fēng)機同時(shí)運行時(shí)的“大馬拉小車(chē)”現象造成吸風(fēng)機效率低下,采用變頻調整技術(shù)后,擋板全開(kāi),通過(guò)對風(fēng)機轉速的控制,靈活方便地實(shí)現對風(fēng)量的調節,耗電量大大降低,且簡(jiǎn)化了運行方式,減少了轉動(dòng)設備磨損,從而實(shí)現現有條件下節能、降低運行成本的目的。
現階段,在能源日趨