变频调节技术在火电厂系统中的应用分析

变频调节技术在火电厂系统中的应用分析

王秋华1,张柏林2

(1湖南湘潭发电有限责任公司,湘潭411102;2湖南省电力试验研究所,长沙410007)

摘要:我国火电系统的泵与风机基本上都采用分流或节流等手段来调节,这种方式人为地增加管网阻力以减小流

量,造成阻力损失相应增加,而此时泵与风机的特性曲线不变,叶片转速不变,系统输入功率并无减少,而是白白地损失在节流、分流过程中。采用变频调节则可大大地减少这部分损失,尤其是对于经常处于低负荷下运行的泵与风机采用变频调节后节电效率可达20%～60%。

关键词:火电厂;泵与风机;变频调节;低负荷;节电效率分类号:TM623.7　　　文献标识码:B　　　文章编号:100125884(2004)0620458202

ApplyAnalysisofFrequencyConversionAdjustinginFirePowerPlants

WANGQiu2hua1,ZHANGBo2lin2

(1HunanXiangtanLimitedEnergyPowerCompany,Xiangtan411102,China;2HunanElectricPowerTest&ResearchInstitute,Changsha410007,China)

Abstract:Mostofbumpsandfansusedinourfirepowerplantsarealmostadjustedbythemeansofdistributaryingorthrottlingthataddingresistancefrompipesandthenwastingenergy,butthecharacteristiccurvedonotchangeandthelossofenergyincreasesfrightfullyontheconditionofnochangeofinputingpower.Adoptingfrequencyconversionadjust2ingcansharplyreducesthisgreatmountofenergyloss,andespeciallyintheconditionoflowerload,bumpandfan’sma2chinescansavingtwentytosixtypercentofpowerafteradoptingfrequencyconversionadjusting.

Keywords:firepowerplant;bumpandfan;frequencyconversionadjusting;lowerload;savingpowereffiency

～60%。

0　前　言

能源是我国国民经济的基础“,九五”期间我国大力推进节能技术进步,加强节能管理取得了显著的成绩,但与世界先进水平相比仍有相当大的差距。实现节能的手段多种多样,其中通过电机调速实现节电的方法也正在从理论逐渐被推向应用。

泵与风机的经济性运行与泵的调节方式有着密切联系。目前我国工业的泵与风机在运行中普遍存在系统运行效率低的问题,这是因为系统单机选型匹配不当、系数裕度过大和不合理的调节方式所造成,因此多数泵与风机都要靠分流或节流等手段来调节,人为地增加管网阻力以减小流量,造成阻力损失相应增加,而此时泵与风机的特性曲线不变,叶片转速不变,系统输入功率并无减少,而是白白地损失在节流、分流过程中。

经测算,泵与风机的流量由100%降到50%时,若分别采用出口和入口阀门的节流调节方式,则此时电机的输入功率分别为额定功率的84%和60%,而此时泵与风机的轴功率仅为12.5%,即损失率分别为71.5%和47.5%,这说明即使泵与风机的设计效率为100%,在不采用先进的调节措施时,其实际的运行效率可能只有百分之十几或更低。国内外多项应用实例证明采用上述技术后与原系统相比节电20%

　收稿日期:2004205228　　　　　

　作者简介:王秋华(19722),女,工程师,从事火电厂汽轮机运行技术管理。

目前火电厂的凝结水泵运行中基本上都采用分流调节方式,所谓分流调节是指泵输出的部分流量通过支管引回到吸入容器或吸入管路。采用分流调节泵本身的性能曲线不变,但管路特性曲线发生改变,因而造成泵的经济性明显下降,尤其是对于离心泵。因此,电厂的凝结水泵采用分流调节只是出于安全可靠性的目的而使用,这就大大降低了凝结水系统运行的经济性。而采用变频装置则一改以往传统的调节方式,使用高性能传感器测量泵的出口压力,利用变频器内置PID调节软件,直接调节泵的转速,保持出口压力恒定来调节流量,从而满足系统要求的流量。其内置PID软件和节能控制真正地达到了高效节能的效果。

为了实现泵的节能,变速调节是一个行之有效的手段,通过变频来达到变速是其中的方法之一,本文将以湘潭电

厂1号机组(300MW)凝结水系统的运行为例,讨论变频调节技术应用在凝结水泵上所产生的经济效益。

1　湘潭发电厂300MW机组凝结水系统简介

300MW机组凝结水系统布置如图1所示。

湘潭发电厂300MW机组汽轮机是单元机组,每台机组配备凝结水泵2台,机组运行中一台凝泵运行,另一台备用。凝结水系统设置了凝泵再循环和轴加再循环,其中凝泵再循

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第6期王秋华等:变频调节技术在火电厂系统中的应用分析459　　

2　凝泵的变频调节参数范围

根据凝泵的性能曲线可知,该泵的流量极限为90m3/h～1700m3/h;同时根据运行规程,建议运行流量范围为200m3/h～1200m3/h;对应凝泵出口压力为3.2MPa～1.8MPa;经计算,对应转速调节范围(未考虑管阻)为342r/min～2051r/min。

图1　300MW机组凝结水系统布置图

环主要用于开停机过程中凝结水用量较低时泵的出水量的调节;轴加再循环主要用于低负荷下及开停机过程中凝结水量的控制,该两路调节本质上都是为了解决凝泵出水量与机组凝结水用量的矛盾。

这种调节方式就是分流调节,即在不同的运行工况下是通过凝泵的再循环和轴加再循环将部分流量引入凝汽器来实现凝泵的调节。

凝结水泵的简要特性如表1所列(以1号机组为例)。不同负荷下对应的凝结水流量列于表2。　　表1

项　　目型号　　　　型式　　　　流量　　　　扬程　　　　转速　　　　效率　　　　必须汽蚀余量电机型号　　电机型式　　电压　　　　功率　　　　电流　　　　台数　　　　

kVkWAr/min%m

3　效益评估

2000年～2003年1号机组运行情况统计列于表3,经计

算,采用变频调节后,各种工况下凝结水泵的节电量列于

表4。1台凝泵采用配套变频装置节能数据统计列于表5。

表3

年份

2000

年运行小时年平均负荷冷态启动热态启动停机

hMW次次次

5616.055661.025646.638179.556275.8

224.03235.6239.08258.35241.21

45423.75

66203.5

1011617

单位1号机9LDTNA-4

2号机BDGM-CV640-5

200120022003

立式

8702701487813.5YLST500-4

立式

870270148782.53.5YLST500-4

平均

　　表4

实际耗电万kW・h

正常运行冷态开机热态开机停　　机合　　计

576.94.61×3.752.94×3.54.59×7636.61

变频调节耗电

万kW・h

432.82.935×3.751.87×3.53.0×7471.35

节电

万kW・h

144.11.675×3.751.07×3.51.59×7165.26

立式

61000118.82

立式

61000118.82

台/机

　　表5

变频装置配套

功率,kW

1000

　　表2

机组负荷

300MW90%ECR(270MW)75%ECR(225MW)50%ECR(150MW)40%ECR(120MW)30%ECR(90MW)

数　量

台

1

价　格万元

110

平均寿命年

13

回除氧器实际凝结凝结水再

主蒸流量

的抽汽量水流量循环流量

t/h

t/h22318414183.765.450.72

t/h711.6618521367.3301.6231

t/h158.4252349502.7568.4639

935802662451367282

年平均节电万kW・h

165.26

年平均节资金

万元

56.7

寿命年限节约资金,万元

627.1

节电效率

%26.33

4　采用变频调节的利弊

4.1　优点

(1)调速效率高。变频调速的特点是在频率变化后,电

　　注:(1)回除氧器的抽汽量包括1号、2号、3号高加抽汽、除氧器抽汽;(2)表2数据均为设计值;(3)以凝泵额定工况运行计算(Q=

870m3/h,H=270m)。

表2中凝结水再循环部分的流量未能被利用,这种循环则是对电能的浪费,正是要通过变频调节来减少这一部分的损失。

动机仍在该频率的同步转速附近运行,基本上保持额定转速

差,转差损失不增加。变频调速时的损失,只是在变频装置系统中产生的变流损失,以及由于高次谐波的影响,使电动机的损耗有所增加,相应效率有所下降。所以变频调速是一种高效调速方式。

　　(2)调速效率宽,通常可达10:1(50Hz～5Hz),并在整个

(下转第464页)

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464汽　轮　机　技　术　　

　　表3

日期

2002.01.22

第46卷

平衡后的振动

时间

8:28

负荷

MW0175248301

3

轴承座振动(垂直方向)

4

5

6

31∠3564∠23614∠29712∠1632∠2523∠32419∠33312∠31633∠4536∠32716∠35323∠29230∠4633∠32615∠35420∠294

2002.01.2313:202002.02.1920:252002.02.2020:00

图10　拆去支架后的振动趋势

这台机组长期存在振动问题,主要反映在4瓦。表2是

2001年12月29日机组大修后的状况。定速时的振动状况还是比较好的。但是带负荷之后,4号、5号轴承的振动呈上

μm和50μm以上,并基本稳定在这个水升趋势,分别达到70

平。

表2大修后的振动

日期

2001.12.292001.12.312002.01.0315:002002.01.04

3:00

时间

负荷

MW0170299243

3

轴承座振动(垂直方向)

4

5

6

21∠3532∠33934∠30115∠33638∠5251∠32441∠31918∠29635∠8075∠34251∠33931∠30534∠7572∠34555∠33833∠302

图11　湛江2号机平衡后的振动趋势

5　结　论

(1)膨胀不畅使轴承座与台板的结合面出现间隙、轴承

　　判断振动的增大是因低压缸的变形引起,这种变形引起轴承座刚度的降低。缸体变形的原因可能与膨胀有关、也可能与缸体存在的残余应力有关。

要彻底消除该低压缸的缺陷是困难的,决定通过平衡改善振动。

平衡的指导思想是首先降低冷态的振动。利用一次启机的机会,将机组升速至3000r/min测量振动,并以此作为原始值进行平衡。在对轮加重1000g∠320。仅经过一次平衡,

μm。而热态运行中振动虽有所将4瓦的冷态振动降低到4

μm左右,如表3、上升,但最终稳定在20图11所示。

(上接第459页)

座刚度降低,引起振动的增大。

(2)膨胀问题所引起的振动的基本特点是:定速后振动逐渐上升,并稳定在高位。此后的趋势有两种可能:一种是振动始终在高位,无法回落;另一种振动可以逐渐回落。前者说明膨胀卡涩的部位无法自行疏通,或存在其它导致缸体变形的因素;后者说明膨胀卡涩的部位可以自行疏通。

(3)从以下几个方面可以区别膨胀问题与转子问题:晃度变化;轴振与座振的关系;振动变化持续的时间;振动的重现性。

(4)转子平衡可以减小膨胀不畅对振动的影响。的纯利润却相当可观;其次,对变频技术的了解和认识不足,还有待于进一步提高;再次,技术人员对变频技术的掌握程度不够;最后,变频调节技术的应用在我国正处于成长期,其可靠的售后技术服务网络尚未形成。

调速范围内均具有较高的调速装置效率。所以变频调速方式适用于调速范围宽,且经常处于低负荷状态下运行的场合。

(3)必要时,变频装置可以退出运行,改由电网直接供电。这对于泵的安全经济运行是有利的。如万一变频装置发生故障,就退出运行,不影响泵的继续运行。

(4)变频装置可以兼作启动设备,即通过变频电源将电动机启动到某一转速,再断开变频电源,由工频电源把电动机加速到全速。这样则避免启动电流过大,实现真正变频软启动,减少电机启动对电网的冲击和对电机本身的危害,提高电机的寿命和系统的寿命。

(5)泵总是处于工频50Hz满速运行,泵的运行质量很低;而采用变频调速后,随流量适时调节频率以调节转速,泵的运行质量大大提高。4.2　影响变频技术推广应用的主要因素

首先,变频装置的初投资高,这是它应用于泵类、风机类调速节能的主要障碍。但对于300MW机组的一台凝结水泵来说,变频装置的初投资也只需要2年的时间收回,而它

5　变频技术的发展趋势

变频调节技术在国外已广泛应用于风机节能和恒压供水领域,而近十年来变频技术的应用在我国有很大的发展,并取得了良好的效果。可以说,变频技术已为大多数用户所接受。但是,不能不指出,我国在变频技术的应用方面,与发达国家的水平尚有很大差距。目前,我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右,而工业发达国家已达60%～70%;日本在泵与风机上变频调速的采用率已达10%,而我国还不足0.01%;在日本,空调器的遥控器70%采用了变频调速,而我国才刚刚起步。

从这个现实出发,变频技术在我国尚有很大的发展空间,尤其是在火电系统,全国目前采用变频调节的尚为数不多,在电煤供应日趋紧张的今天,节电的意义更加不言而喻。

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