呼和浩特金橋熱電廠熱網循環泵高壓變頻改造應用與分析

1 前言
呼和浩特金橋熱電廠現裝機容量為2×300MW，選用5臺1000KW的熱網循環水泵，通過18km的無補償管道，向熱力用戶提供六個月的供熱量。由于供熱系統自身的特點，熱網循環系統在運行中主要保證水循環穩定和壓力恒定，即控制好水位、水壓達到安全運行的目的。機組在供熱期間，供熱負荷變化時需要調節水量，而電機的出力并沒有變化，其消耗的廠用電率是相當可觀的。當前節能環保已成為各發電企業必須完成的硬指標,所以降低廠用電率,合理調配設備運行方式是我廠急需解決的問題。因此對熱網循環泵進行節能改造，最佳方案就是采用高壓變頻器進行調速，這樣就可以通過調節壓力、改變電機轉速來控制流量，可以方便地調整機組的供熱量，不但具有非常大的節能潛力，而且達到了管道穩壓的最佳效果。
2 水泵變頻改造節能原理
異步感應電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p這三個參數有如下關系: n=60f（1-s）/p
改變其中任何一個參數都可以實現轉速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉速的。
水泵的流量與壓力的富裕度以及設備的非滿負荷運行導致水泵的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使水泵的運行效率大幅度下降。一般情況下，如采用閥門調節的水泵，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。如對于采用閥門調節流量的水泵，這是一個固有的不可避免的問題。可見，在水泵的用電量中，很大一部分是因其型號與管網系統的參數不匹配及調節方式不當而被調節門消耗掉的。因此，改進泵的調節方式是提高運行效率，降低耗電量的最有效途徑。圖1給出了離心式水泵不同調節方式耗電特性比較曲線，圖2給出了閥門調節和變速調節方式時，泵的效率－流量曲線。




由圖2可知：在泵的流量由100％下降到50％時，變速調節與閥門調節方式相比，泵的效率平均高出30％以上。因而，從節能的觀點來看，變速調節方式為最佳調節方式。當采用定速驅動時，水泵靠閥門開度來調節流量，除產生大量的節流損耗外，調節反應速度也慢。采用調速驅動后，系統的可控性提高了，響應速度加快了，控制精度也提高了。從而使整個系統的控制性能大大改善，進一步節約能源。同時，采用變速調節以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產生巨大的經濟效益。
3 熱網循環泵變頻改造方案
3.1 改造對象
金橋熱電廠有五臺熱網循環水泵，故我們選用兩套北京合康億盛科技有限公司生產的 “一拖二”高壓變頻裝置，分別帶#1、#2與#3、#4熱網循環泵電機，#5熱網循環水泵暫不改造。運行人員可根據供熱量的大小投入一臺或兩臺熱網循環泵變頻運行。當#1、#3熱網循環泵變頻運行時，#2、#4熱網循環泵工頻旁路，反之當#2、#4熱網循環泵變頻運行時，#1、#3熱網循環泵工頻旁路。當運行的變頻泵發生故障時，備用工頻泵連鎖啟動，確保供熱系統運行穩定。
3.2 改造邏輯設計
由于熱網熱負荷調節以調節汽輪機抽汽量為調節方式，所以熱網循環泵主要以穩定供熱管網壓力為調節方式。熱網循環泵變頻調節以熱網供水壓力為被調量，通過變頻調節熱網循環泵轉速來調節供水壓力。為防止泵組在低轉速時出現共振的現象，將泵的最低轉速設定為900r/min（電機工頻額定轉速為1489r/min）。
3.3 改造后的畫面操作
由于采用“一拖二”配置，#1、#2泵共用一號變頻器調節器，3、4#泵共用二號變頻調節器。泵變頻啟動時先操作對應6KV開關，給變頻器充電，再按變頻器啟動按鈕啟動變頻器，再操作相應調節器調節供水壓力。當投入自動調節時，在設定塊上設定所需的供水壓力，并設有偏置塊設定兩臺變頻泵的轉速偏置，偏置數值為一號變頻器轉速減二號變頻器轉速的差值。當啟動第二臺變頻泵后，手動調節使兩臺變頻泵轉速調至一致，再投入自動調節。
由于該變頻器不能夠聯啟，所以變頻泵不能作為備用泵運行，只能選擇工頻泵作為備泵使用，泵的連鎖投入方法與改造前一致。
3.4 改造后高壓變頻器運行方式
兩套“一拖二”高壓變頻裝置，分別帶#1、#2與#3、#4熱網循環泵電機，手動切換方式（虛線部分為新增加部分），如圖：

高壓變頻器運行方式控制分為就地控制及遠程控制兩種。遠程控制狀態時，DCS輸出的轉速命令信號跟蹤高壓變頻器轉速反饋。就地控制時，對高壓變頻器遠方操作無效。　　
高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態時，運行人員通過改變DCS操作畫面轉速控制塊控制高壓變頻器轉速，實現對熱網的調節。
4 改造后的節能效果對比
根據現有供熱面積，單臺熱網循環泵運行即可滿足熱用戶要求。現將#3熱網循環泵變頻改造前后電流的變化及消耗的電量進行比較（以2008年10月20日改造前與2008年11月8日改造后全天運行數據統計值進行比較）。
運行方式：10月20日單臺#3熱網循環泵工頻運行，11月8日單臺#3熱網循環泵變頻運行。
電流變化及消耗的電量如下表所示（熱網循環泵電機功率因數按0.83）

5 變頻改造后經濟效益分析
5.1 按電流差值計算
經運行比較發現熱網循環泵在滿足現有供熱面積的情況下，改造后平均每小時節約電量419.6度。
電力上網電價按0.285元/度計算，每年熱網循環泵變頻運行按六個月計算，則每臺熱網循環泵變頻運行節電效益約為：
0.285×419.6×24×180＝51.7（萬元）
5.2 按供電單耗計算：
供電單耗=電機功率/流量
改造前平均供電單耗：1003.216/2358.6=0.425（度/噸）
改造后平均供電單耗：563.4075/2071.53=0.272（度/噸）
改造后平均供電單耗降低值：0.425-0.272=0.153（度/噸）
供水量按工頻平均每小時2358噸計算，可節約電量：
0.153×2358=360.77（度）
電力上網電價按0.285元/度計算，每年熱網循環泵變頻運行按六個月計算，則每臺熱網循環泵變頻運行節電效益約為：
360.77×0.285×24×180=44.42（萬元）
經兩種計算比較，節電效益相差不大。
6 結語
經過分析比較，金橋熱電廠熱網循環泵電機增設兩套變頻裝置后，每年因單臺變頻運行節能帶來的直接經濟效益最少約為45萬元。若供熱面積增加，兩臺熱網循環泵變頻同時運行，每年因變頻運行節能帶來的直接經濟效益最少約為90萬元。