[摘要]本文介紹了為解決金橋熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻運行時浪費能源、頻繁操作這一問題，采用世界上公認的高壓變頻裝置，對熱網(wǎng)循環(huán)泵電機進行“一拖二”高壓變頻器改造，通過介紹改造原理、方案，對比分析改造前后的運行參數(shù)，得出對熱網(wǎng)循環(huán)泵進行高壓變頻改造后的節(jié)電效益。
[關(guān)鍵詞] 熱網(wǎng)循環(huán)泵；變頻；節(jié)能；節(jié)電效益
一、 前言
呼和浩特金橋熱電廠現(xiàn)裝機容量為2×300MW，選用5臺1000KW的熱網(wǎng)循環(huán)水泵，通過18km的無補償管道，向熱力用戶提供六個月的供熱量。由于供熱系統(tǒng)自身的特點，熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)在運行中主要保證水循環(huán)穩(wěn)定和壓力恒定，即控制好水位、水壓達到安全運行的目的。機組在供熱期間，供熱負荷變化時需要調(diào)節(jié)水量，而電機的出力并沒有變化，其消耗的廠用電率是相當(dāng)可觀的。當(dāng)前節(jié)能環(huán)保已成為各發(fā)電企業(yè)必須完成的硬指標(biāo),所以降低廠用電率,合理調(diào)配設(shè)備運行方式是我廠急需解決的問題。因此對熱網(wǎng)循環(huán)泵進行節(jié)能改造，最佳方案就是采用高壓變頻器進行調(diào)速，這樣就可以通過調(diào)節(jié)壓力、改變電機轉(zhuǎn)速來控制流量，可以方便地調(diào)整機組的供熱量，不但具有非常大的節(jié)能潛力，而且達到了管道穩(wěn)壓的最佳效果。
異步感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機極對數(shù)p這三個參數(shù)有如下關(guān)系: n=60f(1-s)/p
改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉(zhuǎn)速的。
水泵的流量與壓力的富裕度以及設(shè)備的非滿負荷運行導(dǎo)致水泵的運行工況點與設(shè)計高效點相偏離，從而使水泵的運行效率大幅度下降。一般情況下，如采用閥門調(diào)節(jié)的水泵，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。如對于采用閥門調(diào)節(jié)流量的水泵，這是一個固有的不可避免的問題。可見，在水泵的用電量中，很大一部分是因其型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)門消耗掉的。因此，改進泵的調(diào)節(jié)方式是提高運行效率，降低耗電量的最有效途徑。圖1給出了離心式水泵不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較曲線，圖2給出了閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)方式時，泵的效率－流量曲線。
圖1離心式泵不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較
圖2不同調(diào)節(jié)方式下的泵效率
由圖2可知：在泵的流量由100％下降到50％時，變速調(diào)節(jié)與閥門調(diào)節(jié)方式相比，泵的效率平均高出30％以上。因而，從節(jié)能的觀點來看，變速調(diào)節(jié)方式為最佳調(diào)節(jié)方式。當(dāng)采用定速驅(qū)動時，水泵靠閥門開度來調(diào)節(jié)流量，除產(chǎn)生大量的節(jié)流損耗外，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度也慢。采用調(diào)速驅(qū)動后，系統(tǒng)的可控性提高了，響應(yīng)速度加快了，控制精度也提高了。從而使整個系統(tǒng)的控制性能大大改善，進一步節(jié)約能源。同時，采用變速調(diào)節(jié)以后，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動性能。工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
三、 熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻改造方案
3.1 改造對象
金橋熱電廠有五臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵，故我們選用兩套北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的 “一拖二”高壓變頻裝置，分別帶#1、#2與#3、#4熱網(wǎng)循環(huán)泵電機，#5熱網(wǎng)循環(huán)水泵暫不改造。運行人員可根據(jù)供熱量的大小投入一臺或兩臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行。當(dāng)#1、#3熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行時，#2、#4熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻旁路，反之當(dāng)#2、#4熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行時，#1、#3熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻旁路。當(dāng)運行的變頻泵發(fā)生故障時，備用工頻泵連鎖啟動，確保供熱系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
3.2 改造邏輯設(shè)計
由于熱網(wǎng)熱負荷調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)汽輪機抽汽量為調(diào)節(jié)方式，所以熱網(wǎng)循環(huán)泵主要以穩(wěn)定供熱管網(wǎng)壓力為調(diào)節(jié)方式。熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻調(diào)節(jié)以熱網(wǎng)供水壓力為被調(diào)量，通過變頻調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水壓力。為防止泵組在低轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)共振的現(xiàn)象，將泵的最低轉(zhuǎn)速設(shè)定為900r/min（電機工頻額定轉(zhuǎn)速為1489r/min）。
3.3 改造后的畫面操作
由于采用“一拖二”配置，#1、#2泵共用一號變頻器調(diào)節(jié)器，3、4#泵共用二號變頻調(diào)節(jié)器。泵變頻啟動時先操作對應(yīng)6KV開關(guān)，給變頻器充電，再按變頻器啟動按鈕啟動變頻器，再操作相應(yīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)供水壓力。當(dāng)投入自動調(diào)節(jié)時，在設(shè)定塊上設(shè)定所需的供水壓力，并設(shè)有偏置塊設(shè)定兩臺變頻泵的轉(zhuǎn)速偏置，偏置數(shù)值為一號變頻器轉(zhuǎn)速減二號變頻器轉(zhuǎn)速的差值。當(dāng)啟動第二臺變頻泵后，手動調(diào)節(jié)使兩臺變頻泵轉(zhuǎn)速調(diào)至一致，再投入自動調(diào)節(jié)。
由于該變頻器不能夠聯(lián)啟，所以變頻泵不能作為備用泵運行，只能選擇工頻泵作為備泵使用，泵的連鎖投入方法與改造前一致。
3.4 改造后高壓變頻器運行方式
兩套“一拖二”高壓變頻裝置，分別帶#1、#2與#3、#4熱網(wǎng)循環(huán)泵電機，手動切換方式（虛線部分為新增加部分），如圖：
高壓變頻器運行方式控制分為就地控制及遠程控制兩種。遠程控制狀態(tài)時，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時，對高壓變頻器遠方操作無效。
高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變DCS操作畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)。
四、 改造后的節(jié)能效果對比
根據(jù)現(xiàn)有供熱面積，單臺熱網(wǎng)循環(huán)泵運行即可滿足熱用戶要求。現(xiàn)將#3熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻改造前后電流的變化及消耗的電量進行比較（以2008年10月20日改造前與2008年11月8日改造后全天運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計值進行比較）。
運行方式：10月20日單臺#3熱網(wǎng)循環(huán)泵工頻運行，11月8日單臺#3熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行。
電流變化及消耗的電量如下表所示（熱網(wǎng)循環(huán)泵電機功率因數(shù)按0.83）
五、 變頻改造后經(jīng)濟效益分析
5.1 按電流差值計算
經(jīng)運行比較發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)循環(huán)泵在滿足現(xiàn)有供熱面積的情況下，改造后平均每小時節(jié)約電量419.6度。
電力上網(wǎng)電價按0.285元/度計算，每年熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行按六個月計算，則每臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行節(jié)電效益約為：
0.285×419.6×24×180＝51.7（萬元）
5.2 按供電單耗計算：
供電單耗=電機功率/流量
改造前平均供電單耗：1003.216/2358.6=0.425（度/噸）
改造后平均供電單耗：563.4075/2071.53=0.272（度/噸）
改造后平均供電單耗降低值：0.425-0.272=0.153（度/噸）
供水量按工頻平均每小時2358噸計算，可節(jié)約電量：
0.153×2358=360.77（度）
電力上網(wǎng)電價按0.285元/度計算，每年熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行按六個月計算，則每臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻運行節(jié)電效益約為：
360.77×0.285×24×180=44.42（萬元）
經(jīng)兩種計算比較，節(jié)電效益相差不大。
六、 結(jié)語
經(jīng)過分析比較，金橋熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵電機增設(shè)兩套變頻裝置后，每年因單臺變頻運行節(jié)能帶來的直接經(jīng)濟效益最少約為45萬元。若供熱面積增加，兩臺熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻同時運行，每年因變頻運行節(jié)能帶來的直接經(jīng)濟效益最少約為90萬元。
