辅机循环水泵采用变频控制的可行性分析

辅机循环水泵采用高压变频控制可行性报告一、设备和工艺情况介绍我公司辅机循环水泵为3台，按“两运一备”设计，属于一期2台机组的公用设备，主要向1＃和2＃机组的两台板式换热器、大小机的冷油器和水环式真空泵供冷却水。辅机循环水泵电机为630KW容量的6KV高压电机，轴功率为430KW，泵的额定流量为3000T/H，长期安全运行的允许最小流量是1800m3/h。板式换热器传热量为19.8MW，冷端冷却水量为2442m3/h，冷端进出口设计温差7℃。二、问题的提出辅机循环水设计温度为33℃，该温度是夏季气象条件下的最高温度。根据工频泵的运行经验，辅机循环水温度早晚温差约在4℃以上，夏季和冬季最大温差约在13℃以上。因此，当环境温度变化时，如何调整辅机循环冷却水流量，以最小的能耗，满足转机设备的冷却需要，防止“过冷”现象的发生。对辅机循环冷却水流量的调节，基本有以下3种方法：1．用循环水泵出口阀门进行截流控制，以降低电机电流。由于目前循环水泵出口阀门均为液控碟阀，调节不灵活，且截流损失能耗大。2．高速泵＋低速泵调配联合运行。备用设备增加，调节方式为“跳跃式”，不够灵活，达不到最佳工作点的要求。3．变频器调速控制。该技术是改变电源频率，以改变电机转速，既可取消截流损失，又可保证泵运行在高效区。以上三种调节方法中变频器调速控制是最先进、最经济的调节方法。目前，高压变频技术已广泛应用到电厂的泵、风机等设备，比如凝结水泵、热网循环水泵、生活水泵、循环水泵等，取得了明显的节能效果。三、方案简介两台辅机循环水泵采用两台高压变频器控制，两台变频器分别控制两台辅机循环水泵，一台辅机循环水泵作为工频备用泵。电气控制图：变频器的转速调节以监视大闭式板式换热器冷端进出口温差和热端闭式水的出口温度。调节转速以使板式换热器冷端进出口温差最大，同时使热端闭式水的出口温度满足现场转机冷缺的需要。四、方案的可行性分析下面是从定性和定量的角度分析辅机循环水泵采用变频控制的可行性。1、设计院在设计辅机循环冷却水量时，均是按夏季最高环境温度来考虑，同时留有一定的设计余量，这样会使辅机循环水泵的设计流量偏大，如果采用定速泵，工作点偏离最佳工作点而无法采取节能的科学手段调整运行工况以适应现场情况的变化。许多电厂都有这样的运行经验：冬季两台辅机循环水泵运行，造成辅机循环水过冷；一台泵运行，循环水量太小，又无法满足现场需要。因此，两台辅机循环水泵均采用变频调节即可调至合适的流量，保证转机的冷却需要，又可防止过冷发生。2、在机组运行负荷不变的条件下，从一年的气候变化考虑：首先，热量产生端由于环境温度的降低，产生的总热量E自然会降低（由于设备本体与环境温差的加大，导致向周围环境散失的热量增加。）。由于总热量E的降低，就可减小辅机循环水的流量。根据运行经验，在冬季，大小机的冷油器需要的循环水量明显比夏季低20％-30％。3、假设机组运行负荷不变、总热量E不变，当环境温度降低时，会造成辅机循环水在机力通风塔的出口温度降低，机力通风塔的进出口温降加大，进出口温降每增加1度，在大闭式板式换热器传热量19.8MW不变的情况下，根据公式：E＝Q*△T/860，辅机循环水流量可减小314T/H以上。4、图1所示曲线为水泵在调节转速和调节出口阀门开度下的性能工作曲线。当改变水泵的转速时，其流量和扬程的特性曲线Q-H随着转速的改变在图中是平行上下移动的。水泵的管阻特性曲线可用公式He=Hz+Hf×Q2表示，其中Hz为循环水泵出口与供水管路最高点的位差，Hf为管网的阻力系数。当水泵转速n一定时，若用水泵出口的阀门改变水泵的流量，水泵的管阻特性曲线He-Q上扬，水泵的工作点由A点沿He-Q曲线移至B点。根据水泵的轴功率P=K*QH/η（其中：K为计算常数，η为水泵效率），可知道水泵轴功率大小为HB线与QBB线组成的矩形面积。当水泵转速由n降至n1时，泵的Q-H特性曲线平移成A1曲线，工作点由A点移到A1点，此时水泵的轴功率大小为HA1线与QBA1组成的矩形面积。显然变频调速节能优势明显。H-QHe-QH/mQ/M3*h-1AA1BHBHAHA1HZ图1：变频调速节能原理QAQB五、造价概算1．变频器价格根据目前国产变频器每千瓦800元的市场价估算：2台630KW高压电机需要的变频器价格约50万元，总价约100万元。2．电气开关柜价格需要购置。。。。总价约20万元。六、效益分析只考虑在冬季3600小时的时间内，通过改变辅机循环水泵的转速，将板式换热器冷端循环水温差由设计的7℃提升至9℃，每台板式换热器冷却水量减少550T/H，每台辅机循环水泵流量降至2450T/H。根据变频电机电耗计算公式：Q=h*PZ*(N0/N1)3/η1/η2，其中：Q—电耗；h—运行时间；PZ—循环水泵轴功率，430KW；η1—电机效率，94.5％；η2—变频器效率，取97％；N0/N1＝L0/L1—不同流量下的比值。1．工频下2台辅机循环水泵的电耗Q1=h*PZ/η1＝3600×430/0.945＝1638095（KWH）2.变频下2台辅机循环水泵的电耗Q2=h*PZ*(N2/N1)3/η1/η2＝3600×430×0.8173/0.945/0.97＝920945（KWH）变频控制的2台辅机循环水泵在冬季3600小时内总共可节约厂用电1434300KWH，电价按0.25元/KWH计算，可降低运行成本约35.8万元。七、结论以上根据目前电厂中辅机循环冷却水运行存在的问题，提出了采用高压变频器控制辅机循环水泵的解决方案，概算了该方案的造价，并从定性和定量的角度分析方案的可行性，最后通过效益分析，得出：2台辅机循环水泵采用变频控制增加的120万费用，可在3－4年内收回。