陕西清水川电厂60t h粉煤灰分选系统顺利竣工 -太原锅炉集团环境工程...
刘联飞
摘 要：陕西清水川电厂锅炉给水泵年总耗电量8117.35万千瓦时，占发电能耗2.6%，占厂用电31%。所以为减少厂用电、降低能耗、实现节能减排，锅炉给水泵变频改造项目意义重大。通过对锅炉给水泵组节能方案的研究，结合清水川电厂的实际情况，研究出适合我厂锅炉给水泵变频改造方案，实现提高我厂锅炉给水泵整体效率的目的。
关键词：锅炉给水泵；液力偶合器；变频
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0159-01
1 研究背景
陕西清水川能源股份有限公司一期（2×300MW）項目，单台机组配置三台50%额定容量电动给水泵，锅炉给水泵由工频电机驱动，通过液力偶合器实现增速，而液力偶合器主要通过勺管的开度来控制工作油量的多少来实现调速功能，从而带动给水泵向锅炉上水。液力偶合器的主要损失为滑差损失，其和勺管开度的平方成反比，勺管开度越大，液力偶合器的滑差损失越小，传递效率越高。清水川电厂在机组100%负荷时，液力偶合器勺管开度始终不超过70%，所以现液力偶合器始终处于低效率区域运行，造成锅炉给水泵组效率低下。
2 设备概况
陕西清水川电厂一期汽轮机型号为N300-16.7/538/538型亚临界、中间再热、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机组。汽轮机额定进气量为938.146t/h，主蒸汽压力/温度16.7 MPa/538℃；再热器压力/温度3.3MPa/538℃。
单台机组配置三台50%额定容量电动给水泵，采用液力偶合器调节给水泵转速控制给水流量。给水泵运行方式为两用一备（A泵由6kV A段供电、B泵由6kV B段供电、C泵由6kV A、B段供电）。
3 研究内容
3.1 大功率变频器的选型
给水泵变频改造的变频器品牌主要有广州智光，西门子，东方日立，利德华福，东芝三菱。每台机组改二备一，原电机不变，增加高压变频器来控制电机转速。高压变频器功率单元采用串联设计。功率单元移相叠加SPWM波形输出，用于普通异步电动机无需加装滤波器。变频器主要包括双数字信号处理器（DSP）、大规模集成电路可编程器件（CPLD和FPGA）、滤波电容、SPWM逆变控制等设备。
改造后的高压变频器能够保证调节速度，满足锅炉给水响应速度。液力偶合器勺管开度0～100%用时通常是33秒，所以高压变频器从0～50Hz的增速时间也不应超过33秒。
如保留工频运行方式，则变频器需要增加旁路开关。
3.2 偶合器改造方式研究
偶合器改造主要有以下两种形式。
第一种形式：保留偶合器，在变频运行时偶合器勺管始终处于100%位置，通过电机变频器进行调速，满足锅炉给水。保留工频偶合器调速运行方式，只对偶合器进行简易改造，增加润滑油稳压系统，保证电机变频时润滑油系统压力。变频器故障时工频运行时，通过偶合器进行调节给水泵转速，满足运行工况。这种方案的优点是基础变动量小，工频变频自由切换，安全生产无风险。
第二种方案：将偶合器改为齿轮箱或将偶合器的泵轮和涡轮改造成对轮连接形式。相对偶合器不改的方案，改齿轮箱的优点是泵组效率高1%～2%，缺点是基础变动大，无法工频运行，对变频器可靠性要求高。具体改造图如图1。
3.3 锅炉给水泵前置泵驱动方式研究
电动给水泵转速控制由液偶控制改为电动机变频控制，改前给水泵电机定速运转，相应前置泵为定速运行。改后给水泵电动机的转速随变频器供电频率改变而调节，如果前置泵的方式不作改变，改后就成了变速泵，泵的出口压力与转速的平方成正比，转速的变化导致出口压力不再恒定，前置泵流量和入口压力相对稳定才能保证给水泵安全运行。前置泵的改造与否决定于，变频改造后前置泵是否能够满足给水泵的流量和必须汽蚀余量。
可行方案有以下两种：第一种：我厂给水泵和前置泵由上海电力修造厂提供，上电修对变频后变频改造前置泵、主泵气蚀余量初步核算，我厂前置泵可也满足变频需要，不用进行改造。第二种：广州智光结合他们的改造给水泵的经验提出前置泵需进行改造。保证泵的原有运行方式，即就是前置泵定速运行以满足主泵运行工况。改造如图3所示；前置泵进行改造需要将泵驱动端进行移向，泵轴、推力瓦等进行改造，增添前置泵电机，增加基础，整体费用50-60万左右。
3.4 润滑油系统研究
改造前电泵组供油系统压力油由偶合器提供，正常运行时由主油泵，启动和停止工况时由备用油泵提供，变频改造后油系统随着偶合器的改造而改造，具体形式如下；
偶合器改为齿轮箱，主油泵、辅助油泵被拆除，则需要增加整套油系统，油泵改造后应保持润滑油系统原有的压力、流量不变，给水泵、给水泵电机、前置泵和增速齿轮才能安全可靠的工作。
偶合器不进行改造，但是主油泵转速将电机转速变化，保留备用油泵，需要增加一稳压油泵，保证给水泵、给水泵电机、前置泵、偶合器等设备的正常供油。
3.5 锅炉给水泵变频器的散热方案
在锅炉给水泵系统节能改造方案中，高压变频调速系统使用了移相隔离变压器及大功率高频开关元件，其发热量较大，为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，变频器需要安装空水冷装置进行冷却。如果液力偶合器要改造为增速箱，工作油冷油器没有保留的必要。根据改造公司经验，结合我厂电泵组液力偶合器工作油冷却系统冷却水量，初步认为变频器室空水冷系统可以将液力偶合器工作油冷却水作为水源。如保留液偶，则需要重新增设冷却水源。
3.6 改造后泵故障切换控制策略
电泵变频改造热控部分，涉及对增加电泵变频控制后的逻辑组态修改。热控电缆敷设和接线工作完成后，将对远方控制设备进行模拟启动等静态试验。机组启动后，还要进行电泵变频并入给水系统的给水扰动试验和给水自动优化，使变频改造后给水自动能稳定运行，并投入电泵自动联锁功能。
4 结语
结合一期锅炉给水泵的运行情况，建议方案为A、B泵改变频，变频器容量采用6900kVA/6kV，C泵工频备用，偶合器改为对轮联接，增加一套润滑油稳压装置，前置泵改为独立驱动。
改造后电泵综合节电估计在20%以上，2015年我厂发电量30.4亿千瓦时，厂用电8.54%。电泵总耗电量8117.35万千瓦时，占发电能耗2.6%，占厂用电31%，改造后总节电1623.47万千瓦时，厂用电降低到8.1%左右。每度电按0.3元计算，每年节约费用487万元，两台机改造费用2350万，4.8年能收回成本。
