大功率風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

作者：時(shí)間：2011-03-09 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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22水泵

火力發(fā)電機(jī)組必須配備的水泵主要有鍋爐給水泵、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵，其次還有射水泵、低壓加熱器疏水泵、熱網(wǎng)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(bǔ)給水泵等。這些水泵數(shù)量多，總裝機(jī)容量大。50MW火電機(jī)組的主要配套水泵的總裝機(jī)容量為6430kW，占機(jī)組容量的12.86％；100MW機(jī)組為10480kW，占10.48％；200MW機(jī)組為15450kW，占7.73％。100MW機(jī)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(shí)是火力發(fā)電廠中耗電量最大的一類輔機(jī)。因此，提高水泵的運(yùn)行效率，降低水泵的電耗對(duì)降低廠用電率具有舉足輕重的意義。

與風(fēng)機(jī)一樣，除由于設(shè)計(jì)中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車的現(xiàn)象之外，還由于為滿足生產(chǎn)工藝上的要求，采用節(jié)流調(diào)節(jié)，造成更大的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。以鍋爐給水泵為例，1臺(tái)200MW發(fā)電機(jī)組的給水泵，其電動(dòng)機(jī)功率達(dá)5000kW，水泵的出口壓力為25.0MPa，而正常運(yùn)行時(shí)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(gè)：

——鍋爐檢修以后打水壓試驗(yàn)的需要；

——為給水調(diào)節(jié)閥前提供較大的壓力，以提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

由以上分析可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定速運(yùn)行時(shí)，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(diào)節(jié)閥，增加阻力，以至消耗大量的能源。若電機(jī)采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，則可用改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足不同的壓力要求，節(jié)省了因閥門阻力引起的附加損耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)以調(diào)速方法改變壓力的響應(yīng)速度遠(yuǎn)比改變閥門開度來(lái)的快，使鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)加快，改善了鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(tǒng)阻力，合理配套并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度外，采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)是一種更加有效的途徑。因?yàn)榇蠖鄶?shù)水泵都需要根據(jù)主機(jī)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)流量，對(duì)調(diào)峰機(jī)組的水泵尤其如此。根據(jù)目前我國(guó)電網(wǎng)的負(fù)荷情況，大多數(shù)125MW機(jī)組已參與調(diào)峰，為擴(kuò)大調(diào)峰能力甚至一些200MW機(jī)組也不得不參與調(diào)峰運(yùn)行。所以為這類調(diào)峰機(jī)組配套的各種水泵最好采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)，以獲得最佳節(jié)能效果。例如，有1臺(tái)國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組配備3臺(tái)DG400－180型定速給水泵，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷為180MW時(shí)運(yùn)行2臺(tái)泵，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失高達(dá)2.21MPa，僅此一項(xiàng)每年浪費(fèi)電能883.9萬(wàn)kW·h。如果改用1臺(tái)全容量調(diào)速給水泵則可以節(jié)省大量電能，參見表1。由表1可見，當(dāng)主機(jī)采用定壓運(yùn)行方式時(shí)，可平均節(jié)電20％；當(dāng)主機(jī)采用定－滑－定運(yùn)行方式時(shí)，可平均節(jié)電30％。以上是沒有考慮給水焓升變化的計(jì)算結(jié)果，如果考慮調(diào)速泵中給水焓升較小，則平均節(jié)電率將下降3％～5％。

表1200MW機(jī)組采用全容量調(diào)速給水泵的節(jié)電效果

主機(jī)負(fù)荷/（MW）	給水流量/（t/h）	主機(jī)定壓運(yùn)行		主機(jī)滑壓運(yùn)行
主機(jī)負(fù)荷/（MW）	給水流量/（t/h）	節(jié)約功率/（kW）	相對(duì)節(jié)電率/（％）	節(jié)約功率/（kW）	相對(duì)節(jié)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

發(fā)電廠所用的各種水泵絕大多數(shù)是離心泵，它們的性能曲線如圖3所示。（H－Q）n1是泵在額定轉(zhuǎn)速n1時(shí)的性能曲線，它與管路系統(tǒng)阻力曲線R1的交點(diǎn)A為額定工況點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的額定流量為Q1、額定揚(yáng)程為H1、額定效率為ηA。運(yùn)行中如果需要減小流量到Q2，可以用節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。用節(jié)流調(diào)節(jié)法即通過關(guān)小出口調(diào)節(jié)閥，使系統(tǒng)阻力曲線由R1變?yōu)镽2，以得到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B。對(duì)應(yīng)B點(diǎn)的流量即為所需的Q2，揚(yáng)程為H2，這時(shí)泵的運(yùn)行效率為ηB，如用變速調(diào)節(jié)法，可使轉(zhuǎn)速由n1降到n2，這時(shí)泵的性能曲線變?yōu)椋℉－Q）n2，C點(diǎn)即為新的運(yùn)行工況點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的流量為Q2，揚(yáng)程為H3。轉(zhuǎn)速改變后，泵的效率曲線由ηn1變?yōu)?eta;n2，對(duì)應(yīng)C點(diǎn)的效率為ηc。

水泵軸功率的計(jì)算公式為：Pa=（2）

式中：Pa——泵的軸功率，kW;

Q——流量，m3/h；

H——揚(yáng)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(shù)K來(lái)表示ρg／1000，于是式（2）可改寫為：Pa=（3）

用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行于B點(diǎn)，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(jié)流損失的功率；KQ2H2——泵本身?yè)p失的功率。