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来源:智光电器 | 阅读(4358) | 2016-02-25 08:14:11

 一、简述

  我国大型(300MW等级及以上)燃煤火力发电机组全配置锅炉电动给水泵都是采用液力偶合器进行调速,耗电量约占单元机组发电量的2.5~4%左右(因纯凝、供热、空冷、压力等因素而不同),是机组辅机中最大的耗电大户。电动给水泵耗费的电功率除了正常所需外,液力偶合器滑差调节产生的热耗损失了部分功率,直接影响到全厂的供电煤耗、发电成本等指标。相比液偶间接调速,应用效率更高的变频器直接调节给水泵电动机可降低给水泵组的用电损耗。
通过对国内300MW等级火电机组锅炉液偶调速给水泵变频改造成功案例的分析得知,机组锅炉液力偶合器调速给水泵改为电动机变频调速后节电率可达20%至30%,每年可以节约电量上千万度,年节约标煤约4000吨,同时具有提高机组自动化调节品质、降低设备运行维护费用等优点。
2012年10月8日,在中铝宁夏发电集团马莲台电厂领导和工程技术人员的全力帮助和支持下,广州智光电气股份有限公司(简称“智光电气”)以专有的实施火电厂锅炉全配置电动给水泵系统节能增效整体解决方案成功完成了1号机组锅炉给水泵系统节能改造项目,是国内300MW等级机组的第一个成功改造案例。截至目前,智光电气已成功实施马莲台电厂1、2号机组、六盘山电厂2号机组等多项改造工程,积累了丰富的技术和工程经验,并成功申请多项专利,,成为300MW机组电动给水泵系统节能改造的行业领跑者和专家。。


二、典型案例
    智光能效专家团队帮您安全节约电能20%—30%
    马莲台电厂1号机组
该机组单机容量330MW,配置3台液偶调速电动给水泵,带前置泵。给水泵电机5500kW/6kV,液偶为德国VOITH生产。本次节能改造总体方案是保留液偶,通过对两台(A、B)运行泵液偶油路、前置泵等系统进行全面的技术改造,每台配智光电气生产的6900kVA级给水专用高压变频器,备用泵仍保留液偶调速。截止目前投产时间已经超过一年,给水泵系统运行正常,能够适应机组各种运行工况。经宁夏经信委组织专家现场审核测算,本项目每年可节标煤3594吨,节电超过1100万度。
    马莲台电厂2号机组
该机组配置与1号机组相同。本次改造是在1号机组成功改造的基础上为进一步提升给水泵系统的节能潜力,在国内首次提出并采用一种全新的液偶改造方案:将液偶改造为增速箱的技术方案。通过对A、B两台液偶调速给水泵系统改造后,给水系统一次启动成功,并实现设计预期。A泵运行电流下降134.9A,B泵运行电流下降139.3A,节能效果提高到23%左右(比1号机组提升3~4%)。该技术为我司专有技术,并已成功申请国家专利。
本次改造内容包括将偶合器输入轴驱动的齿轮润滑油泵和离心工作油泵移出偶合器箱体,拆除输出侧轴系的泵轮、涡轮,通过配置一套新设计的联轴器取代原有的泵轮、涡轮传递扭矩。在液力偶合器壳体外新增一套润滑油泵系统,具备改造前同样功能,压力、流量、温度等运行参数与原偶合器相同,保持同等级的安全性能。
                   图1  液偶改成增速箱
             图2  改液力耦合器为增速齿轮箱示意图
                           
                   图3  电动机/给水泵联轴器动力传动
    六盘山热电厂2号机组
该机组给水泵电机为6300kW/6kV(两用一备),通过比对马莲台1、2号机组的节能效果,综合技改周期等诸多因素,我公司技术专家大胆探索,提出了一种比马莲台2号机组更为先进的改造方案:即将液力偶合器整体更换成定制增速箱的技术方案。公司技术专家通过仔细研究给水泵系统设备的特点,考虑到今后改造的通用性及改造周期,拟定了定制增速箱的详细技术细节。本次改造成功的意义在于为今后国内给水泵系统节能改造项目缩短施工工期开辟了一条新路,使得在机组C级(15天)检修中完成给水泵系统节能改造成为可能。改造完成后两台锅炉给水泵先后顺利投入运行,实测给水泵电动机A泵电流平均下降151A,B泵电流平均下降155A,测算节能效果达到25.5%。该技术方案我司也已成功申请国家专利保护。
该专利技术方案中的定制增速箱,其几何尺寸在三维空间上与原偶合器安装尺寸完全一致,给水泵组的全部基础均无须改动,简单易行,在机组C级(15天)检修中完成给水泵系统节能改造成为可能。所配置的定制增速箱其技术特性、材质全部按照相关标准及技术要求进行,精度等级高、噪音低。对相关增速箱的连续运行温度、出厂动平衡试验严格按相关标准进行,确保设备安全可靠,符合长期运行技术要求。 
                                                                                                
                        图4  液偶换成增速箱
                  图5  电动机/给水泵定置增速箱动力传动                                                     
                图6 维持原给水泵动力特性的给水前置泵  
3.1技术策略
智光电气具有针对300MW机组电动锅炉给水泵节能改造的水、油、电、控等相关专业的全面解决方案,独有的专利技术、改造策略和丰富的实施经验成就智光电气安全、高效的帮助用户节约20%—30%的电能。
策略一:项目的难度、应对、要求与标准
        水油电控,给泵复杂。
        专业协调,多管齐下。
        改后参数,不可偏差。
        安全节能,操控俱佳。

策略二:锅炉给水泵改造六条军规
        第一一切改造要安全,
        第二节能降耗要优先,
        第三不宜擅改原工况,
        第四操控水平如从前,
        第五工期质量考虑全,
        第六投资效益在心间。

3.2实施方案与重要措施
1、前置泵改造--维持给水前置泵原有水动力特性
水泵的扬程与转速的平方成正比,水泵串联运行末级出口压力等于各台水泵扬程的叠加。给水泵变频调速后,前置泵仍然必须满足锅炉给水泵富裕汽蚀余量(NPSH)的要求,还要在任何运行工况下确保给水泵的出口压力始终高于给水母管压力,以防机组负荷低到一定程度变频调速给水泵的出口压力可能发生低于锅炉汽包压力而造成瞬间断水的现象。
智光电气的技术措施是不改变前置泵的安装位置和泵的进、出给水管道,将前置泵与给水泵电动机主轴脱开,为前置泵配置一根新的主轴,新增一台与前置泵轴功率相匹配的电动机拖动前置泵,改造后的前置泵运行工况和性能与原设计一致。
2、润滑油系统参数应与改前相同
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。马莲台模式保留液力偶合器内置辅助油泵,增加一台外置润滑油泵(见图3),六盘山模式新增两台全容量润滑油泵(见图5),一用一备,自动联锁。
3、给水泵调速专用高压变频器
为保证启停机及事故状态下运行人员操作习惯的连贯性和满足给水系统调节特性不发生变化,用于给水泵电机的高压变频器必须依据给水泵系统的调节特性进行二次开发,尤其是在系统谐波水平控制、调节响应时间上进行针对性设计,不能简单采用普通通用型变频器。通过优化设计的智光电气专用锅炉给水泵变频装置在前述改造案例中得到很好的应用,保证了给水系统的稳定性。目前该专用变频器还将应用于华电东华电厂给水泵变频(300MW机组)改造、山西漳泽电力(200MW机组)给水泵变频等改造项目。
           图7  六盘山2号机改后稳定运行的8000 kVA变频器,24小时维修热线:13598881211,河南高压变频器维修,郑州高压变频器维修,河南变频器维修,郑州变频器维修,河南智光高压变频器维修,郑州智光高压变频器维修,郑州利德华福高压变频器维修,河南利德华福高压变频器维修。
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4  变频器散热方案
在锅炉给水泵系统节能改造方案中,高压变频调速系统的长期稳定运行是给水系统稳定运行的关键。该装置中使用了大容量移相隔离变压器及大功率电力电子开关元件,其发热量较大,采用风道冷却或是空调冷却的方式无法满足设备运行的散热要求。为了使变频器能长期稳定和可靠地运行,针对超大容量高压变频器需要安装空水冷装置进行冷却。
所谓空水冷冷却方式,是将变频运行过程中散发的热量通过一定的方式收集起来,经由散热器将热风进行冷却后密闭循环至变频装置的进风口,散热器的热量由流经的冷却水带走。不同的现场,由于冷却水的水温不同而要采取不同的空水冷却方案,需要针对水的流量、管路及是否需要二次冷却(冷却水水温不够低情况下)等进行工程技术设计。这种方式的优点一是空气闭式循环,不会受外部粉尘的污染;二是效率最高,耗电量很低。
智光电气是国内超大容量高压变频(5000kW及以上)研发与应用的领军企业,该类型的高压变频装置一般均需采取空水冷冷却方式,除上述几个现场外,该方案技术还在大唐金竹山600MW机组联合引风机(2台机组,四台电机6500kW/6kV)、中电投黔东电力600MW机组联合引风机(2台机组,四台电机7000kW/6kV)、宝钢集团宁波钢铁烧结主抽系统(2台10000kVA变频)、首钢曹妃甸球团(2台8000kVA变频)等超过100个现场改造工程中采用了此方案,每个现场均按照现场特点进行详细设计,很好的满足了变频的散热要求,也积累了丰富的设计与施工经验。      
                    图8  空水冷装置工作原理示意图
 
                      图9  空水冷装置现场安装图
5  热工控制策略和运行操作
改造后应全盘解决变频给水自动调节,备用泵自动联锁和机组RB工况的DCS控制策略。
改造后应提出与变频给水泵系统相适应的运行方案。
            图10  火电厂330MW机组DCS操作员站变频调速给水系统图
3.1节能测试与成果
马莲台电厂2号机组全年运行7200小时,可利用小时5400小时,年平均负荷率75%,两台给水泵变频改造后全年可节电1300万度,折合标煤4290吨。节电率: 22.9%
六盘山热电厂2号机组全年运行7900小时,可利用小时5950小时,年平均负荷率75%,两台给水泵变频改造后全年可节电1586万度,折合标煤5302吨,节电率:25.5%。
马莲台电厂和六盘山热电厂同样为330MW机组,节电率的差异主要因泵组配置、全年运行小时、全年可利用小时、不同实发负荷节电率以及累计运行时间等因素所致。例如,马莲台电厂给水泵电动机容量5500kW,六盘山热电厂给水泵电动机容量6300kW,全年运行小时和利用小时也不尽相同,两个厂的改造方案本质上是一样的,对节电率产生的影响可以忽略不计。
1  马莲台电厂1号机组双泵平均节能

2  马莲台电厂1号机组双泵技改前后电流差曲线

3  马莲台电厂2号机组A泵技改前后电流差曲线
4 马莲台电厂2号机组A泵技改前后电流差值表

5  马莲台电厂2号机组B泵技改前后电流差曲线
6  马莲台电厂2号机组B泵技改前后电流差值表
7  增速箱与保留液偶电流差值曲线
8  马莲台电厂锅炉给水泵节能分析
1号机组65%~98%负荷段内,变频调节下给水泵电动机的电流平均下降了124.5A,形成的曲线基本上是以工频曲线为参照整体下移,电流相对下降率平均达到31.4%,但随着机组负荷增加两条曲线的差值略有收窄。
2号机组负荷200MW~330MW之间,按间隔10MW取值,B泵变频电流下降最大150.6A,最小124.3A,平均139.3A,下降率最高46.7%,最低27.4%,平均35.4%。
增速箱方案比液偶伴随运行方案节能量提高10%左右。
负荷的高低对节电量有一定影响,节电量分布约在25%~15%之间,节电量的多少主要取决于机组年运行小时的长短。年平均负荷在75%上下,平均节电率至少在 22%。
9  六盘山热电厂2号机组A、B泵技改前后电流差值表
10  六盘山热电厂330MW机组液偶、变频调速给水泵电流比较
11  六盘山热电厂锅炉给水泵节能分析
六盘山热电厂330MW空冷供热机组配置3台半容量电动液调给水泵,给水泵综合节能改造了A、B两台运行泵,C泵作为备用泵(取A、B两段厂用电供电)保留了液力偶合器调速方式。A、B给水泵变频调速改造后,A泵电机电流平均下降151A,最高下降172A,B泵电机电流平均下降155A,最高下降178A。机组全年平均负荷率78.5%,节电率25.5%,可降低厂用电率0.85%左右,折合标煤超过5000吨。

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