大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析
加入技術交流群
22水泵
火力發電機組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環水泵和凝結水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網水泵、冷卻水泵、灰漿泵、軸封水泵、除鹽水泵、清水泵、過濾器反洗泵、生活水泵、消防水泵和補給水泵等。這些水泵數量多，總裝機容量大。50MW火電機組的主要配套水泵的總裝機容量為6430kW，占機組容量的12.86％；100MW機組為10480kW，占10.48％；200MW機組為15450kW，占7.73％。100MW機組主要配套水泵的總耗電量約占全部廠用電量的70％左右。由此可見，水泵確實是火力發電廠中耗電量最大的一類輔機。因此，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。
與風機一樣，除由于設計中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車的現象之外，還由于為滿足生產工藝上的要求，采用節流調節，造成更大的能源浪費現象。以鍋爐給水泵為例，1臺200MW發電機組的給水泵，其電動機功率達5000kW，水泵的出口壓力為25.0MPa，而正常運行時的汽包壓力為16.5MPa。水泵的出口壓力與正常的汽包壓力之間的差別如此之大（8.5MPa）的原因有兩個：
——鍋爐檢修以后打水壓試驗的需要；
——為給水調節閥前提供較大的壓力，以提高調節系統的反應速度。
由以上分析可知，當電動機定速運行時，為了維持汽包壓力在正常值，必須在給水管道上加裝給水調節閥，增加阻力，以至消耗大量的能源。若電機采用調速驅動，則可用改變電機的轉速來滿足不同的壓力要求，節省了因閥門阻力引起的附加損耗，從而達到節能的目的。同時以調速方法改變壓力的響應速度遠比改變閥門開度來的快，使鍋爐汽包水位自動調節系統的反應加快，改善了鍋爐給水調節系統的性能。
為了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率，降低管路系統阻力，合理配套并實現經濟調度外，采用調速驅動是一種更加有效的途徑。因為大多數水泵都需要根據主機負荷的變化調節流量，對調峰機組的水泵尤其如此。根據目前我國電網的負荷情況，大多數125MW機組已參與調峰，為擴大調峰能力甚至一些200MW機組也不得不參與調峰運行。所以為這類調峰機組配套的各種水泵最好采用調速驅動，以獲得最佳節能效果。例如，有1臺國產200MW機組配備3臺DG400－180型定速給水泵，當主機負荷為180MW時運行2臺泵，調節閥的節流損失高達2.21MPa，僅此一項每年浪費電能883.9萬kW·h。如果改用1臺全容量調速給水泵則可以節省大量電能，參見表1。由表1可見，當主機采用定壓運行方式時，可平均節電20％；當主機采用定－滑－定運行方式時，可平均節電30％。以上是沒有考慮給水焓升變化的計算結果，如果考慮調速泵中給水焓升較小，則平均節電率將下降3％～5％。
表1200MW機組采用全容量調速給水泵的節電效果
| 主機負荷/（MW） | 給水流量/（t/h） | 主機定壓運行 | 主機滑壓運行 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 節約功率/（kW） | 相對節電率/（％） | 節約功率/（kW） | 相對節電率/（％） | ||
| 200 | 616 | 710 | 14.61 | 950 | 19.69 |
| 180 | 535 | 770 | 17.15 | 1050 | 23.08 |
| 160 | 470 | 875 | 20.59 | 1530 | 36.00 |
| 140 | 410 | 950 | 23.93 | 1750 | 43.21 |
水泵軸功率的計算公式為：Pa=（2）
式中：Pa——泵的軸功率，kW;
Q——流量，m3/h；
H——揚程，m；
ρ——水的密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/s2；
η——泵效率。
為分析問題方便，以系數K來表示ρg／1000，于是式（2）可改寫為：Pa=（3）
用閥門節流調節時，運行于B點，軸功率PaB為：PaB=
變化此式可得：PaB=KQ2H3＋KQ2(H2－H3)＋KQ2H2 （4）
式中：KQ2H3——有用功；
KQ2(H2－H3)——閥門節流損失的功率；KQ2H2——泵本身損失的功率。
用變速調節法時，運行于C點，軸功率PaC為：PaC=
同樣變化此式可得：PaC=KQ2H3＋KQ2H3（5）
用變速調節法比用節流調節法少消耗的軸功率ΔPa為：
ΔPa=PaB－PaC=KQ2(H2－H3)＋KQ2（6）
評論