基于層次分析法的凝結(jié)水泵節(jié)能方式選擇
文/大唐黃島發(fā)電有限責(zé)任公司 邱永剛
摘要：近年來,各級(jí)政府加強(qiáng)了能源管理，要求企業(yè)合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護(hù)環(huán)境放在首位，持續(xù)地發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。對(duì)企業(yè)而言，了解自身能源管理水平及用能現(xiàn)狀，全面排查本企業(yè)能源利用方面所存在的問題及其薄弱環(huán)節(jié)，尋找節(jié)能新方向，挖掘節(jié)能新潛力，降低能源消耗量和生產(chǎn)成本，從根本上提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益是當(dāng)前面臨的重要問題。本文運(yùn)用層次分析法對(duì)凝結(jié)水泵的三個(gè)節(jié)能方式進(jìn)行了比對(duì)分析,并對(duì)高壓變頻器作為凝結(jié)水泵節(jié)能方式的節(jié)能效果進(jìn)行了論述，為最終方案的選擇和實(shí)施提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：層次分析法 凝結(jié)水泵 節(jié)能 高壓變頻
Abstract： Recently years, the central and local governments strengthen its efforts in energy management. Every enterprise was required to use energy resource rationally, to improve the energy-using rate efficiency, to give priority to environmental protection and sustained development of new economy for enhancing competitive ability. If the executives can be aware of they should have a good knowledge of the level of energy management and energy-using situation in their enterprises, they can investigate the existing problems and weak link s of the energy-using comprehensively from all factors, and try to look for new energy-saving direction, tapping new energy-saving potential to reduce energy consumption and production costs, improving the economic efficiency of enterprises which is the most import ant problem they are facing currently. In this paper, the author give an good example to show how to choose voltage inverter as a comprehensive energy-saving method for condensate pump, through the analysis of the three common adjusting methods of condensate pump. The author also analysis energy-saving effect in different working condition of condensate pump .These analysis provide theoretical basis for the final choosing of energy-saving method.
Key Words： AHP Condensate pump Energy-saving Frequency Conversion
一、凝結(jié)水泵節(jié)能改造項(xiàng)目背景
行業(yè)現(xiàn)狀
國家發(fā)改委《關(guān)于印發(fā)千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)實(shí)施方案的通知》下發(fā)后，各級(jí)政府加強(qiáng)了能源管理，要求合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護(hù)環(huán)境放在首位，持續(xù)地發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。對(duì)發(fā)電企業(yè)而言，隨著廠網(wǎng)分開，市場化程度不斷加劇，發(fā)電煤耗、廠用電率已經(jīng)成為發(fā)電廠考核的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)競爭力，特別是在當(dāng)前煤炭價(jià)格持續(xù)增高的時(shí)期，保證發(fā)電企業(yè)不虧損的關(guān)鍵就是挖潛治理現(xiàn)有設(shè)備，從根本上降低煤耗，減少廠用電率。眾所周知，發(fā)電企業(yè)使用大量的風(fēng)機(jī)、水泵，其耗電量巨大，導(dǎo)致廠用電率居高不下，如果能選擇合適的節(jié)能方式，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，不但可以提高設(shè)備利用率，減小設(shè)備損耗程度，還可達(dá)到節(jié)約能源的目的，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
二、設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀
黃電三期兩臺(tái)2x660MW大型機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組各配置兩臺(tái)凝結(jié)水泵，電動(dòng)機(jī)容量較大，耗電量巨大。電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)為：
額定功率：2500kW；額定電流：279A；額定電壓：6000V；額定轉(zhuǎn)速：1488rpm；制造商：上海電機(jī)廠。
運(yùn)行中缺陷：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期震動(dòng)較大，運(yùn)行中震動(dòng)較高，泵機(jī)閥門調(diào)節(jié)區(qū)間在50%—100%之間，流量變化在1000-1600t/h間，設(shè)備的安全穩(wěn)定性較差，易造成機(jī)組非停事件，嚴(yán)重影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
三、基本數(shù)據(jù)及模型提煉
為倡導(dǎo)節(jié)能理念，節(jié)省廠用電率，根據(jù)國內(nèi)很多企業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，公司決定對(duì)耗電量較大的凝結(jié)水泵進(jìn)行節(jié)能改造。以下將層次分析法的有關(guān)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)備改造的可行性研究中去，首先體現(xiàn)在選擇調(diào)節(jié)方式這一環(huán)節(jié)。
3.1凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式
目前國內(nèi)通行的凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式一般有三種：閥門控制、液力耦合器控制和變頻調(diào)速控制，每一種調(diào)節(jié)方式都有自身的特點(diǎn)，比較如下：
閥門控制的特點(diǎn)：
（1)擋板開度一般設(shè)定在50%左右，克服閥門的阻力需消耗大量能量。
（2)介質(zhì)對(duì)閥門和管道的沖擊力較大，易造成設(shè)備損壞。
（3)調(diào)節(jié)精度較差，不能頻繁進(jìn)行調(diào)節(jié)。
（4)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流較大，嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命。
（5)自動(dòng)化程度很低。
（6)無保護(hù)功能。
液力耦合器調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：
（1)利用液體介質(zhì)來傳遞轉(zhuǎn)速，即將主動(dòng)輸入端與原動(dòng)機(jī)互相連接，從動(dòng)輸出軸端與負(fù)載軸互相連接，通過調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。
（2)液力耦合器的調(diào)速效率較低，大約在50%左右，可靠性差。
（3)采用液力耦合器調(diào)節(jié)所需能耗較大。
（4)自動(dòng)化程度較低，僅能監(jiān)測壓力值。
（5)保護(hù)功能較低。
變頻調(diào)速的特點(diǎn)：
（1)依靠調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變泵的輸出流量。
（2)效率較閥門調(diào)節(jié)大大提高。
（3)保護(hù)功能齊全。
（4)調(diào)速精度高。
（5)自動(dòng)化程度高，便于監(jiān)測，且維護(hù)方便。
（6)能量消耗少，可大大節(jié)省廠用電率。
3.2建立層次結(jié)構(gòu)模型
根據(jù)上述基本資料，請(qǐng)各專業(yè)技術(shù)人員提供了大量凝結(jié)水泵運(yùn)行的相關(guān)信息，并根據(jù)這些信息建立層次結(jié)構(gòu)模型：
四、模型結(jié)果分析
根據(jù)上述層次結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行以下分析：
4.1構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算最大的特征根和特征向量、一致性指標(biāo)和隨機(jī)一致性比率
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
Step5: 計(jì)算一致性比例：
CR=CI/RI＝0.047
通過以上計(jì)算，證實(shí)CR<0.1，矩陣一致性可以接受。
4.2電動(dòng)機(jī)的頻率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系
按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下述關(guān)系式：
n=(1-s)60f/p=n0*(1-s)
（其中P：電機(jī)極對(duì)數(shù)； f：電機(jī)運(yùn)行頻率； s:滑差）
從上式中可以看出，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率成正比關(guān)系(n0=60f/p)，一般情況下滑差s比較小（約0.015-0.07），電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的頻率f，就能改變電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。此外，電動(dòng)機(jī)的滑差s又和負(fù)載大小有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)隨負(fù)載的增加而略有下降。
4.3結(jié)論
根據(jù)上述分析，綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)等因素，可以得出結(jié)論：以高壓變頻作為凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式優(yōu)于其它兩種調(diào)節(jié)方式。同時(shí)，技術(shù)人員調(diào)查了國內(nèi)許多使用高壓變頻器的發(fā)電企業(yè)，收集到大量的現(xiàn)場使用信息，最終認(rèn)為進(jìn)行凝結(jié)水泵的變頻改造項(xiàng)目是可行的。
五、節(jié)能效果計(jì)算
5.1凝結(jié)水泵工頻狀態(tài)下運(yùn)行數(shù)據(jù)
5.2參數(shù)及公式說明
功率因數(shù)cosφ＝0.89
ηd：電動(dòng)機(jī)效率
輸入電壓U＝6kV
實(shí)際運(yùn)行電流：50％開度下I＝210A；100％開度下I＝236A；
工頻狀態(tài)下功率計(jì)算公式：Pd=1.732* U* I* cosφ
變頻狀態(tài)下功率計(jì)算方法：水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速N與流量Q成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速N3成正比：P/Pdn=(Q/Q0)3，
5.3所獲經(jīng)濟(jì)效益
變頻改造后，年運(yùn)行5000小時(shí)，實(shí)際節(jié)電3273000kWh，每年可節(jié)約電費(fèi)：3273000*0.4元≈130萬元，實(shí)際節(jié)電量為30％左右，凝結(jié)水泵變頻改造帶來的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。
六、結(jié)語
利用層次分析法對(duì)凝結(jié)水泵的三種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行詳細(xì)分析，可為選擇調(diào)節(jié)方式提供科學(xué)依據(jù)，使分析后的計(jì)算結(jié)果更趨于優(yōu)化。凝結(jié)水泵變頻改造以后，電動(dòng)機(jī)的節(jié)電率在30%—35%之間，節(jié)電效果顯著，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，變頻改造后一次性投資成本收回時(shí)間短，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，變頻器技術(shù)在國內(nèi)已越來越成熟，實(shí)踐業(yè)已證明，利德華福高壓變頻裝置用于拖動(dòng)大型風(fēng)機(jī)和水泵，不僅節(jié)能，而且大大改善了設(shè)備控制特性和運(yùn)行特性，其可靠性已達(dá)到發(fā)電企業(yè)的要求，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。