今年2月中旬，國家能源局與財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展燃煤電廠綜合升級(jí)改造工作的通知》，被業(yè)內(nèi)稱為國能電力25號(hào)文件，其中明確提出，“實(shí)施在役煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造，是能源‘十二五’規(guī)劃和電力‘十二五’規(guī)劃提出的一項(xiàng)重要任務(wù)，對于提高能源資源利用效率，推進(jìn)電力行業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義”，我國煤電機(jī)組升級(jí)改造漸入“深水區(qū)”，同時(shí)也意味著煤電機(jī)組將進(jìn)一步“瘦身”。
“電動(dòng)給水泵是燃煤機(jī)組中耗電量最大的重要輔機(jī)，其耗電量占電廠發(fā)電量比重最大，直接影響供電煤耗與能源消耗”，長春時(shí)代機(jī)電新技術(shù)有限公司（簡稱長春時(shí)代）董事長、教授級(jí)高級(jí)工程師、變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵專利發(fā)明人張文海表示。
“給水泵號(hào)稱火電機(jī)組的‘心臟’，電機(jī)功率等級(jí)大，對變頻器可靠性要求高，給水泵變頻器改造項(xiàng)目既是電廠變頻節(jié)能應(yīng)用的技術(shù)制高點(diǎn)，又是節(jié)能降耗潛力很大的重要輔機(jī)，對于大型煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造項(xiàng)目推進(jìn)具有積極作用”。東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司（簡稱東方日立）董事長梁之龍補(bǔ)充道。
5月23日，國內(nèi)首創(chuàng)燃煤機(jī)組變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵改造技術(shù)方案的兩位“東家”接受了媒體專訪。
給水泵節(jié)能“良方”
2011年9月，長春時(shí)代與東方日立再度聯(lián)手，為大唐雙鴨山熱電有限公司1號(hào)20萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組，1、2號(hào)電動(dòng)給水泵進(jìn)行了變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵工程改造，項(xiàng)目于9月18日開工，10月7日正式投運(yùn)，工程周期較傳統(tǒng)改造方案縮短一個(gè)月，項(xiàng)目方案不改變系統(tǒng)原有連接方式，保留原有液力偶合器功能,以很小的“工程量”給煤電機(jī)組“心臟”動(dòng)了“手術(shù)”。
張文海透露：“將液力偶合器改造成泵輪調(diào)速和容積調(diào)速切換使用的多功能液力偶合器，解決了電動(dòng)給水泵變頻和工頻切換運(yùn)行問題，實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵的改造，結(jié)束了液力偶合器不能變頻調(diào)速的歷史”。
根據(jù)用戶監(jiān)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，改造后相同負(fù)荷下，給水泵電動(dòng)機(jī)負(fù)荷電流平均下降107安，在年平均負(fù)荷率76%的運(yùn)行工況下，給水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，年可節(jié)電5304063千瓦時(shí)，節(jié)電率為21%，降低發(fā)電廠用電率0.5個(gè)百分點(diǎn)。相當(dāng)于增加同等千瓦時(shí)上網(wǎng)電量，每年增加產(chǎn)值202萬，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1664噸。
今年1月12日，大唐集團(tuán)公司對該項(xiàng)目應(yīng)用成果進(jìn)行了科技鑒定，給出了“該項(xiàng)目整體達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有較好的推廣價(jià)值，適用于安裝了液力耦合器電動(dòng)給水泵組的20萬千瓦等級(jí)機(jī)組，通過繼續(xù)深入研究，可以逐步在30萬千瓦、60萬千瓦等級(jí)機(jī)組上試點(diǎn)”的評價(jià)。
“長春時(shí)代與東方日立應(yīng)用多項(xiàng)專利技術(shù)，首創(chuàng)燃煤機(jī)組變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵改造技術(shù)方案，突破了電廠‘心臟’部位應(yīng)用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的‘瓶頸’，為煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造提供了最佳方案和優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，取得了集成創(chuàng)新技術(shù)、高效節(jié)能設(shè)備應(yīng)用推廣的示范效應(yīng)”梁之龍表示。
煤電機(jī)組“困局”
事實(shí)上，由于全國電力消費(fèi)增速放緩和火電連年虧損，電力結(jié)構(gòu)調(diào)整加速，電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)新特點(diǎn)，清潔能源比重上升，火電裝機(jī)比重逐漸降低。目前，全國煤電裝機(jī)約7億千瓦，消耗煤炭占全社會(huì)消費(fèi)總量的一半。隨著國家“節(jié)能減排”的逐步深入，近年來，通過“上大壓小”、技術(shù)進(jìn)步和加強(qiáng)管理等措施，全國平均供電煤耗較“十一五”初期下降了10%。但另一方面，部分煤電機(jī)組仍存在技術(shù)粗放、管理不善、能耗偏高等問題。
然而，從我國能源布局的國情來看，在未來很長的一段時(shí)間內(nèi)，我國電力結(jié)構(gòu)依舊會(huì)以火電為主，這就對煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造提出了更高的要求。
張文海提供了一組數(shù)據(jù)：“電動(dòng)給水泵是煤電機(jī)組中耗電量最大的重要輔機(jī)，其耗電量是最大的。20萬千瓦煤電機(jī)組給水泵耗電量占發(fā)電量的2.5%，占發(fā)電廠用電率的近33%；30萬千瓦煤電機(jī)組的比例分別為3.1%、近37%；60萬千瓦煤電機(jī)組為3.27%、近42%；100萬千瓦煤電機(jī)組為3.5%、近45%。”
不難看出煤電機(jī)組電動(dòng)給水泵急需升級(jí)改造。如果保守的按平均節(jié)電率20%來計(jì)算，變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵改造后帶來的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益難以估量。
電動(dòng)給水泵是通過調(diào)速型液力偶合器傳動(dòng)的，雖說液力偶合器調(diào)速的給水泵與節(jié)流調(diào)節(jié)方式相比，已經(jīng)先進(jìn)了很多，但與變頻調(diào)速給水泵相比，卻依舊是高耗能的。長期以來，傳統(tǒng)液力偶合器調(diào)速的電動(dòng)給水泵都不能直接實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，如何對調(diào)速型液力偶合器進(jìn)行改造，以適應(yīng)變頻調(diào)速節(jié)能改造的需要就成了亟待突破的技術(shù)“瓶頸”。
突破技術(shù)“瓶頸”
目前國內(nèi)外調(diào)速型液力偶合器調(diào)節(jié)方式主要有進(jìn)口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式、進(jìn)出口調(diào)節(jié)式三種，同屬于容積調(diào)速法，即在液力偶合器泵輪轉(zhuǎn)速和負(fù)載特性都不變的條件下，改變偶合器的充液量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)偶合器輸出功率和轉(zhuǎn)速的目的；而容積調(diào)速方式的液力偶合器是不能進(jìn)行變頻調(diào)速的，必須通過泵輪（變頻）調(diào)速法將其改造成同時(shí)具有泵輪調(diào)速功能的液力偶合器。所謂泵輪調(diào)速是在偶合器工作油腔內(nèi)工作液體和負(fù)載特性不變的條件下，改變偶合器泵輪轉(zhuǎn)速，也就改變了偶合器的輸入、輸出特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)偶合器輸出功率和轉(zhuǎn)速的目的，這就是泵輪調(diào)速法。
“前者容積調(diào)速的最大弊端是傳遞效率等于轉(zhuǎn)速比且隨轉(zhuǎn)速比變化而變化，其最高效率點(diǎn)為額定工況點(diǎn)，偏離額定工況，效率隨轉(zhuǎn)速比降低而降低，而變頻調(diào)速型液力偶合器解決了這一問題”，張文海說，“把具有泵輪調(diào)速功能的液力偶合器和變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)有機(jī)結(jié)合，就是變頻調(diào)速型液力偶合器。其最大特點(diǎn)就是人為的保持偶合器工作油腔最佳充液量，整個(gè)調(diào)速過程中保持偶合器最高效率不變。能夠有效解決偶合器容積調(diào)速低轉(zhuǎn)速比運(yùn)行的高耗能問題，與之相比可以節(jié)電20%（75%負(fù)荷率以下）”。
“應(yīng)該說，變頻調(diào)速型液力偶合器改變了迄今為止國內(nèi)外調(diào)速型液力偶合器只能工頻運(yùn)行容積調(diào)速的單一調(diào)速功能。增加了液力偶合器變頻運(yùn)行泵輪調(diào)速功能，解決了保持液力偶合器最高效率變頻調(diào)速的科技課題，達(dá)到了應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能降耗的目的”。
更重要的是，同一臺(tái)液力偶合器中，泵輪調(diào)速和容積調(diào)速可以切換應(yīng)用，方便靈活、安全可靠。改變了以往容積調(diào)速方式的液力偶合器和變頻器相互排斥的“頑疾”。
變頻調(diào)速“新紀(jì)元”
與變頻調(diào)速型液力偶合器所蘊(yùn)藏的巨大經(jīng)濟(jì)效益相比，梁之龍更看好其安全可靠的優(yōu)勢：“極大地降低了液力偶合器油系統(tǒng)運(yùn)行溫度，解決了大功率電動(dòng)給水泵啟動(dòng)沖擊大，影響廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定的問題；每臺(tái)泵都可由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行，變頻運(yùn)行泵故障跳閘，工頻備用泵會(huì)連鎖啟動(dòng)”。
“與以往‘更換增速齒輪箱’和‘改造成增速齒輪箱’的方式不同，變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵不用拆除原液力偶合器，極大地節(jié)約了成本；不改變系統(tǒng)原有連接方式，保留原有液力偶合器功能”，梁之龍解釋說，“變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵為煤電機(jī)組電動(dòng)給水泵綜合升級(jí)改造提供了集成創(chuàng)新最佳方案，處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平，已具備應(yīng)用于現(xiàn)役以及新建30萬千瓦、60萬千瓦、100萬千瓦煤電機(jī)組電動(dòng)給水泵綜合升級(jí)改造的能力”。
他列舉了一個(gè)典型案例：“2010年3月，東方日立依靠20萬千瓦、 30萬千瓦、 60萬千瓦、100萬千瓦煤電機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造項(xiàng)目積累的技術(shù)和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在福建湄洲灣電廠完成國內(nèi)首例30萬千瓦火電機(jī)組大功率給水泵變頻節(jié)能改造項(xiàng)目，投運(yùn)后一直保持平穩(wěn)運(yùn)行，節(jié)電率達(dá)到30%，今年5月，湄洲灣電廠給水泵改造2期工程再次選用東方日立高壓變頻器，四臺(tái)給水泵變頻改造完成后年節(jié)煤量可達(dá)19414標(biāo)煤噸”。
正如張文海所說：“這一創(chuàng)新發(fā)明，把變頻器和液力偶合器在工程應(yīng)用中相互排斥的關(guān)系，變?yōu)榻Y(jié)合應(yīng)用的全新關(guān)系，開創(chuàng)了變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵工程應(yīng)用的新紀(jì)元”。
“變頻調(diào)速型液力偶合器電動(dòng)給水泵作為煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造領(lǐng)域的一項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，希望社會(huì)各界給與關(guān)注的同時(shí)，也切實(shí)給予更多的支持和保護(hù)”，梁之龍最后呼吁說。
變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛、最先進(jìn)的調(diào)速技術(shù)，調(diào)速范圍可達(dá)到0～100%，調(diào)速精度可達(dá)±0.5%，最大節(jié)電率可達(dá)到30%～70%。隨著“十二五”國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃與節(jié)能減排規(guī)劃的進(jìn)一步深入，變頻器的“節(jié)能利器”作用將越來越顯著，從電力行業(yè)來看，變頻調(diào)速型液力耦合器電動(dòng)給水泵技術(shù)也將在20萬千瓦、 30萬千瓦、 60萬千瓦、100萬千瓦煤電機(jī)組綜合升級(jí)改造中發(fā)揮不可替代的作用。
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