英威騰CHH100高壓變頻器在火電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用
2014/12/26 17:19:02
摘 要：本文介紹了高壓變頻器在火力發(fā)電廠凝結(jié)水泵上的應(yīng)用，分析改造之后的控制策略以及對(duì)變頻改造效果做了描述。
關(guān)鍵詞：凝結(jié)水 高壓變頻器 節(jié)能改造
一、引言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)火力發(fā)電廠中使用的一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵和灰漿泵等風(fēng)機(jī)和水泵的配套電動(dòng)機(jī)總?cè)萘窟_(dá)15000MW，年總用電量達(dá)520億kWh。而目前我國(guó)火電廠中多數(shù)風(fēng)機(jī)和水泵基本上都采用定速驅(qū)動(dòng)。這種定速驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)采用入口風(fēng)門，水泵采用出口閥門調(diào)節(jié)流量，都存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。尤其在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行偏離高效率點(diǎn)，使運(yùn)行效率降低。現(xiàn)有調(diào)節(jié)流量的方法不改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)消耗的功率不變。若使用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，達(dá)到用戶期望的流量，則可以節(jié)約大量電能。
二、火力發(fā)電廠工藝流程介紹
火力發(fā)電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的動(dòng)力設(shè)施，包括燃料燃燒釋熱和熱能電能轉(zhuǎn)換以及電能輸出的所有設(shè)備、裝置、儀表器件，以及為此目的設(shè)置在特定場(chǎng)所的建筑物、構(gòu)筑物和所有有關(guān)生產(chǎn)和生活的附屬設(shè)施。主要有蒸汽動(dòng)力發(fā)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠幾種類型。其主要工藝流程如下圖1所示。
圖1 火電廠工藝流程圖
三、工況介紹
本次改造的電廠汽輪發(fā)電機(jī)、電氣儀控系統(tǒng)采用德國(guó)西門子設(shè)計(jì)制造的設(shè)備，其中汽輪機(jī)為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、四缸、四排凝汽式反動(dòng)汽輪機(jī)。輔機(jī)主要有2臺(tái)全容量凝結(jié)水泵，2臺(tái)半容量汽動(dòng)給水泵，1臺(tái)35%容量電動(dòng)給水泵，3臺(tái)半容量循環(huán)水泵，3臺(tái)半容量真空泵，2臺(tái)全容量閉冷水泵。系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的配置，凝結(jié)水通過(guò)凝結(jié)水泵升壓后，經(jīng)過(guò)軸封加熱器、4臺(tái)低壓加熱器后送入除氧器，在軸封加熱器出口和LP1入口處設(shè)置除氧器水位調(diào)節(jié)閥（并列兩個(gè)氣動(dòng)閥），用于控制除氧器水位。機(jī)組在滿負(fù)荷情況下，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度都在40％～60％之間運(yùn)行，凝結(jié)水泵電流變化卻不大，50%負(fù)荷至100%負(fù)荷間壓差較大，閥門一直處在節(jié)流狀態(tài)下工作，節(jié)流損失大。并且，由于機(jī)組參與調(diào)峰，調(diào)峰期最大容量可達(dá)1400MW，在低負(fù)荷時(shí)，凝泵出力不變，造成很大浪費(fèi)。
凝結(jié)水系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)圖如下圖2所示：
圖 2 工藝流程圖
四、凝結(jié)水泵工藝及控制策略
4.1 凝結(jié)水泵運(yùn)行工況
在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽在凝汽器冷卻凝結(jié)之后，用凝結(jié)水泵送到低加和除氧器中，然后通過(guò)給水泵送往高加，汽包。維持凝結(jié)水泵連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行是保持電廠安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)地一個(gè)重要方面。
調(diào)節(jié)凝汽器內(nèi)的水位是凝結(jié)水泵運(yùn)行中的一項(xiàng)主要工作。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，凝汽器內(nèi)的水位不能過(guò)高或過(guò)低。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升高時(shí)，凝結(jié)水量增加，凝汽器內(nèi)的水位相應(yīng)上升。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，凝汽器內(nèi)水位相應(yīng)降低。
圖3 工頻凝結(jié)水泵工作點(diǎn)和調(diào)節(jié)曲線圖
凝結(jié)泵電機(jī)使用德國(guó)西門子立式電機(jī)，6KV/2600KW，每臺(tái)機(jī)組配備二臺(tái)凝結(jié)泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。
沒(méi)有使用變頻器之前，凝汽器內(nèi)的水位調(diào)整是通過(guò)改變凝結(jié)水泵出口閥門的開度進(jìn)行的，調(diào)節(jié)線性度差，大量能量在閥門上損耗。同時(shí)由于頻繁的對(duì)閥門進(jìn)行操作，導(dǎo)致閥門的可靠性下降，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
使用高壓變頻器后，凝結(jié)水泵出口閥門不需要頻繁調(diào)整，閥門開度保持在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)出口流量的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。
圖4 變頻運(yùn)行工作點(diǎn)和調(diào)節(jié)曲線圖
4.2 凝泵改變頻控制策略
把#1機(jī)#11凝結(jié)水泵改為變頻器控制調(diào)節(jié)，變頻器的控制在DCS中實(shí)現(xiàn)，DCS根據(jù)除氧器水位進(jìn)行正常調(diào)節(jié)，控制#11凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速，以減少凝結(jié)水系統(tǒng)的壓力損失，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制：
在正常工況下，DCS優(yōu)先選擇#11凝結(jié)水泵投入運(yùn)行，并根據(jù) 除氧器水位進(jìn)行變頻調(diào)速控制，調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵。此時(shí)主凝結(jié)水調(diào)整門處于全開狀態(tài)。如果#12泵開關(guān)一旦合閘（不管其他條件），主凝結(jié)水調(diào)門可根據(jù)負(fù)荷大小分別調(diào)600MW時(shí)調(diào)整至40%，300MW時(shí)調(diào)整至30%，其它負(fù)荷按此直線斜率確定調(diào)門位置，到位后且＃11凝泵6KV開關(guān)跳閘，主凝結(jié)水調(diào)門自動(dòng)投入。在凝汽器、除氧器水位平穩(wěn)后，將＃12泵出口電動(dòng)門由30%逐漸開展。為保證主凝結(jié)水母管壓力不低于0.6MPa，#11凝泵最低頻率設(shè)定為30HZ/900轉(zhuǎn)/分。
#11泵運(yùn)行有兩種運(yùn)行方式，即工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。如變頻器正常，#11泵通過(guò)變頻調(diào)節(jié)（旁路斷開），操作順序?yàn)椋合群仙?11凝結(jié)水泵6KV開關(guān)，再啟動(dòng)變頻器；如變頻器有故障，則需隔離變頻器、通過(guò)旁路工頻運(yùn)行，并通過(guò)主凝結(jié)水調(diào)門自動(dòng)來(lái)控制水位，操作順序?yàn)椋簩?11凝泵電源切換為旁路工頻狀態(tài)，合上#11凝結(jié)水泵6KV開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)＃11凝泵工頻運(yùn)行。#12泵退出備用。#12泵控制方式保持不變，#11泵此時(shí)需隔離變頻器，旁路在連通位置，處于工頻備用位置。如#12泵故障跳閘或母管壓力低，引起#11泵自投，這時(shí)#11泵在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，并通過(guò)主凝結(jié)水調(diào)門來(lái)控制水位。
如變頻器正常，#11泵通過(guò)變頻調(diào)節(jié)（旁路斷開）；如變頻器有故障，#11泵隔離變頻器、通過(guò)旁路工頻運(yùn)行，并通過(guò)主凝結(jié)水調(diào)門來(lái)控制水位。#11凝工頻運(yùn)行時(shí)，如#11凝泵6KV開關(guān)跳閘，就應(yīng)聯(lián)動(dòng)#12泵；變頻運(yùn)行時(shí)不僅#11凝泵6KV開關(guān)跳閘應(yīng)聯(lián)動(dòng)#12凝泵，而且如因變頻器跳閘也應(yīng)聯(lián)動(dòng)#12泵。
保護(hù)：
為了保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，采取了一套完善的保護(hù)措施，流量保護(hù)；當(dāng)流量小于96kG/S。大于580kG/S，延時(shí)28秒停機(jī)。水位保護(hù)；當(dāng)凝汽器水位小于400MM.A1低加.A2低加小于12600MM.A3低加小于1190MM.A4低加小于715MM.除氧器水位大于3070MM.延時(shí)20秒停機(jī)。溫度保護(hù)；當(dāng)泵和電機(jī)軸承溫度超過(guò)100度也會(huì)跳機(jī)保護(hù)。合閘允許條件；只有電機(jī)繞組溫度小于120度，泵軸承溫度小于90度高壓開關(guān)才允許合閘。控制指令由DCS發(fā)出，并現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)。
五、變頻改造效果
變頻調(diào)速不僅節(jié)能效益顯著，而且可以明顯改善系統(tǒng)的安全可靠性，有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：
5.1 減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊
電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的最大啟動(dòng)電流為額定電流的7倍，星角啟動(dòng)為4.5倍，電機(jī)軟啟動(dòng)器也要達(dá)到2.5倍。觀察變頻器啟動(dòng)的負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)它啟動(dòng)時(shí)基本沒(méi)有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉(zhuǎn)速增加而上升，不管怎樣都不會(huì)超過(guò)額定電流。因此凝泵變頻運(yùn)行解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問(wèn)題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
5.2 延長(zhǎng)設(shè)備壽命
提高了凝結(jié)水泵的可靠性，延長(zhǎng)了凝結(jié)水泵的壽命。采用變頻調(diào)速后，低負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水泵低速運(yùn)轉(zhuǎn)，泵必需的汽蝕余量（NPSH）降低，降低了泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的可能性（因泵的汽蝕余量近似與泵的轉(zhuǎn)速的平方成正比），延長(zhǎng)了水泵的壽命。同時(shí)使用變頻器可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化沿凝泵的加減速特性曲線變化，沒(méi)有應(yīng)力負(fù)載作用于軸承上，延長(zhǎng)了軸承的壽命，凝泵使用費(fèi)用自然就降低了。
5.3 提高管系可靠性
變速調(diào)速運(yùn)行時(shí)，其出口調(diào)節(jié)門可以全開，利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量和壓力，改善了由于閥門調(diào)節(jié)時(shí)對(duì)管系的沖擊，降低了調(diào)節(jié)閥前后的管系泄漏的可能性，從而減少了維護(hù)工作量，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。另外由于小流量時(shí)的轉(zhuǎn)速低，這樣降低了泵及系統(tǒng)的噪音，改善了運(yùn)行環(huán)境。
六、結(jié)束語(yǔ)
隨著大型機(jī)組參與調(diào)峰的增多，越來(lái)越多的輔機(jī)需要進(jìn)行調(diào)速改造，以適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需求。這次在600MW以上大機(jī)組應(yīng)用高壓變頻器進(jìn)行調(diào)速改造的成功，為今后600MW以上機(jī)組應(yīng)用高壓變頻器進(jìn)行改造提供了良好的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為2500kW以上主輔機(jī)設(shè)備的改造提供了廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書》，深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 《變頻器的節(jié)能與改造》化學(xué)工業(yè)出版社 2011-03出版