基于層次分析法的凝結水泵節能方式選擇
文/大唐黃島發電有限責任公司 邱永剛
摘要：近年來,各級政府加強了能源管理，要求企業合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護環境放在首位，持續地發展新經濟，增強企業競爭力。對企業而言，了解自身能源管理水平及用能現狀，全面排查本企業能源利用方面所存在的問題及其薄弱環節，尋找節能新方向，挖掘節能新潛力，降低能源消耗量和生產成本，從根本上提高企業經濟效益是當前面臨的重要問題。本文運用層次分析法對凝結水泵的三個節能方式進行了比對分析,并對高壓變頻器作為凝結水泵節能方式的節能效果進行了論述，為最終方案的選擇和實施提供了理論依據。
關鍵詞：層次分析法 凝結水泵 節能 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、凝結水泵節能改造項目背景
行業現狀
國家發改委《關于印發千家企業節能行動實施方案的通知》下發后，各級政府加強了能源管理，要求合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護環境放在首位，持續地發展新經濟，增強企業競爭力。對發電企業而言，隨著廠網分開，市場化程度不斷加劇，發電煤耗、廠用電率已經成為發電廠考核的重要指標，直接關系到電廠的經濟效益和企業競爭力，特別是在當前煤炭價格持續增高的時期，保證發電企業不虧損的關鍵就是挖潛治理現有設備，從根本上降低煤耗，減少廠用電率。眾所周知，發電企業使用大量的風機、水泵，其耗電量巨大，導致廠用電率居高不下，如果能選擇合適的節能方式，對現有設備進行相應的技術改造，不但可以提高設備利用率，減小設備損耗程度，還可達到節約能源的目的，為企業和社會創造巨大的經濟效益。
二、設備運行現狀
黃電三期兩臺2x660MW大型機組，每臺機組各配置兩臺凝結水泵，電動機容量較大，耗電量巨大。電動機銘牌參數為：
額定功率：2500kW；額定電流：279A；額定電壓：6000V；額定轉速：1488rpm；制造商：上海電機廠。
運行中缺陷：電動機啟動初期震動較大，運行中震動較高，泵機閥門調節區間在50%—100%之間，流量變化在1000-1600t/h間，設備的安全穩定性較差，易造成機組非停事件，嚴重影響到企業的安全生產目標的實現。
三、基本數據及模型提煉
為倡導節能理念，節省廠用電率，根據國內很多企業的應用經驗，公司決定對耗電量較大的凝結水泵進行節能改造。以下將層次分析法的有關知識運用到設備改造的可行性研究中去，首先體現在選擇調節方式這一環節。
3.1凝結水泵的調節方式
目前國內通行的凝結水泵的調節方式一般有三種：閥門控制、液力耦合器控制和變頻調速控制，每一種調節方式都有自身的特點，比較如下：
閥門控制的特點：
（1)擋板開度一般設定在50%左右，克服閥門的阻力需消耗大量能量。
（2)介質對閥門和管道的沖擊力較大，易造成設備損壞。
（3)調節精度較差，不能頻繁進行調節。
（4)電動機的啟動電流較大，嚴重影響電機的使用壽命。
（5)自動化程度很低。
（6)無保護功能。
液力耦合器調節的特點：
（1)利用液體介質來傳遞轉速，即將主動輸入端與原動機互相連接，從動輸出軸端與負載軸互相連接，通過調節液體介質的壓力，使輸出軸的轉速得以改變。
（2)液力耦合器的調速效率較低，大約在50%左右，可靠性差。
（3)采用液力耦合器調節所需能耗較大。
（4)自動化程度較低，僅能監測壓力值。
（5)保護功能較低。
變頻調速的特點：
（1)依靠調節電動機的轉速來改變泵的輸出流量。
（2)效率較閥門調節大大提高。
（3)保護功能齊全。
（4)調速精度高。
（5)自動化程度高，便于監測，且維護方便。
（6)能量消耗少，可大大節省廠用電率。
3.2建立層次結構模型
根據上述基本資料，請各專業技術人員提供了大量凝結水泵運行的相關信息，并根據這些信息建立層次結構模型：
四、模型結果分析
根據上述層次結構模型，進行以下分析：
4.1構造判斷矩陣，計算最大的特征根和特征向量、一致性指標和隨機一致性比率
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
Step5: 計算一致性比例：
CR=CI/RI＝0.047
通過以上計算，證實CR<0.1，矩陣一致性可以接受。
4.2電動機的頻率和轉速的關系
按照電機學的基本原理，電動機的轉速應滿足下述關系式：
n=(1-s)60f/p=n0*(1-s)
（其中P：電機極對數； f：電機運行頻率； s:滑差）
從上式中可以看出，電動機的同步轉速n0與電動機的運行頻率成正比關系(n0=60f/p)，一般情況下滑差s比較小（約0.015-0.07），電動機的實際轉速n約等于電動機的同步轉速n0，所以通過調節電動機的頻率f，就能改變電動機的實際轉速。此外，電動機的滑差s又和負載大小有關，負載越大則滑差增加，所以電動機的實際轉速還會隨負載的增加而略有下降。
4.3結論
根據上述分析，綜合考慮設備的運行特點等因素，可以得出結論：以高壓變頻作為凝結水泵的調節方式優于其它兩種調節方式。同時，技術人員調查了國內許多使用高壓變頻器的發電企業，收集到大量的現場使用信息，最終認為進行凝結水泵的變頻改造項目是可行的。
五、節能效果計算
5.1凝結水泵工頻狀態下運行數據
5.2參數及公式說明
功率因數cosφ＝0.89
ηd：電動機效率
輸入電壓U＝6kV
實際運行電流：50％開度下I＝210A；100％開度下I＝236A；
工頻狀態下功率計算公式：Pd=1.732* U* I* cosφ
變頻狀態下功率計算方法：水泵屬于平方轉矩負載，其轉速N與流量Q成正比，軸功率P與轉速N3成正比：P/Pdn=(Q/Q0)3，
5.3所獲經濟效益
變頻改造后，年運行5000小時，實際節電3273000kWh，每年可節約電費：3273000*0.4元≈130萬元，實際節電量為30％左右，凝結水泵變頻改造帶來的經濟效益是可觀的。
六、結語
利用層次分析法對凝結水泵的三種調節方式進行詳細分析，可為選擇調節方式提供科學依據，使分析后的計算結果更趨于優化。凝結水泵變頻改造以后，電動機的節電率在30%—35%之間，節電效果顯著，根據理論計算結果，變頻改造后一次性投資成本收回時間短，可取得良好的經濟效益和社會效益。目前，變頻器技術在國內已越來越成熟，實踐業已證明，利德華福高壓變頻裝置用于拖動大型風機和水泵，不僅節能，而且大大改善了設備控制特性和運行特性，其可靠性已達到發電企業的要求，可進行推廣應用。