分析循环水泵变频改造前后的经济效益

分析循环水泵变频改造前后的经济效益

王滨

山东水务恒业供水有限公司山东省256000

摘要：文章根据循环水泵变频改造后，在不同冷却水温度与变负荷条件下，得到对应的最佳真空值，以此为依据使用不同的循环水泵组运行方式，在维持机组安全运行的基础上，大大提高机组经济性，按一年度机组负荷估算，单台循环水泵变频改造后每天节约用电7000kWh，平均节电率为13.9%，全年节省费用约50万元，经济效益显著。

关键词：循环水泵；节能改造技术；最佳真空

目前，我国已经把节能战略提高到国民经济发展重要的位置中，水泵节能是我国重大节能领域的研究焦点。根据我国节能发展组委会调查结果显示，我国没有改造的水泵产品整体效率相比起国外而言改造过的水泵产品整体效率下降12.22%～15.54。水力模型的落后以及科研成果的不足等均导致了我国的水泵产品技术仍然停留在20世纪50/60年代。上述种种均造成诸多水泵制造厂能源消耗较高而效率较为低下，进一步影响到了水泵的生产使用过程。相关资料研究结果显示，一套水泵系统在终生使用过程中，其购置成本仅仅占总成本的4.55%～7.85%左右，但是在维修过程中，所占用的成本高达11.25%～16.14%左右，运行过程中电费成本占总成本的76.66%～86.36%。从上述研究数据不难看出，广泛提高水泵系统的整体运行效率，能够提高整体经济效益且降低企业的成本。

1、技改进行的必要性

在循环水系统中采用高压变频调速技术，根据机组负荷大小、不同季节的环境温度变化等因素，合理控制循环水流量维持凝汽器排汽压力的最佳真空度，主要可以在以下几个方面取到良好的效果：①提高机组运行效率，降低煤耗水平。②降低循环水泵单耗，节约大量电能。③降低冷却塔循环水蒸发量损失。

人们对于水泵节能的认识不够全面，会在一定程度上影响到水泵的节能效果。出现上述情况的主要原因是：（1）水泵企业忽略了水泵的具体节能指标，重点考虑的知识产品是否能够满足企业的整体生产需求，重点关注的是价格高低问题；（2）水泵生产商对于经济利益的追求比较高，但是对于设备的节能型需求没有很好的进行研究；（3）选用较大容量的水泵导致水泵在低效率和高耗能的状态下运行，导致系统能耗被广泛提高，与此同时还出现电机过热问题。一般情况下，水泵的应用应该选择流量比较大的，以期能够在高峰期运转。根据相关资料研究结果显示，我国水泵的生产和制造大多数采用的是木模具，整体制造工艺相对来说较为落后。基于此，我国研究的高转速离心泵叶片扭曲的程度会比较大，因此出现造型误差等问题非常普遍。另外一个角度来看，水泵本身的应用条件很复杂，因此对于水泵系统的制造工艺也要求更高，尽管部分性能待测，但是费用成本消耗过多，不利于水泵的发展。国内许多学者对循环水泵变频改造提出了很多方案，例如对循环水泵双速改造与变频改造进行节能效果分析比较，还有针对变频改造过程中暴露的问题进行了分析并提出了解决方法，同时总结了循环泵优化运行的实际经验。

2、循环水系统现状

本公司为佛山市顺德五沙热电2×300MW亚临界，中间再热，双缸双排汽，抽汽凝汽式机组，每台机组配备两台循环水泵，其出口采用液控蝶阀，只有全开全关两个位置，冷却水量只有靠启停运行泵的数量以及凝汽器回水门来调整，由于季节或者昼夜温差大，经常出现使用一台循环水泵时流量不够，使用两循环水泵时流量过大，厂用电率过大的情况，因此合理选择调速方式对循环水泵进行调整节能改造成为当务之急，同时水泵还存在以下几个方面的问题：水泵运行能耗较高且运行效率较低；水泵泵体振动比较大，导致叶轮等主要部件使用寿命过短，需要频繁进行检修。

3、水泵节能改造方案分析

变频水泵的工作原理可以知道，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果：

（1）在进入汽轮机的主蒸汽压力、温度及流量不变时，提高汽轮机的真空，就可使汽轮机的出力增加。若进入凝结器的冷却水温度不变，要提高真空只有增加冷却水量，而增加冷却水量就必须多消耗厂用电。最有利真空是指汽轮机因真空的提高所增加的出力和增大循环水多消耗功率之差为最大时的真空。

Dw为冷却水量，P为凝汽器真空，当驻N到达最大值即a点时，对应的真空度就是最有利真空，对应a点的循环水量就是最佳的冷却水量，通过确定最有利真空并以此为依据来控制冷却水量，使汽轮机排气压力维持在最佳位置，保证机组最经济运行。

为了节约能源，降低厂用电率，简化运行方式，同时满足负荷及循环水冷却水流量的情况下，采用在机组中先对#1循环水泵进行变频改造，#2循环水泵维持在工频状态。采用一变频一工频的运行方式。

电气方面，QF为循环水泵6KV开关，QS1、QS2和QS3为隔离开关，QS1与QS3不能同时闭合，实行机械闭锁。工频运行时：QS3闭合，QS1与QS2断开；变频运行时：QS3断开，QS1与QS2闭合。同时加装电气保护，变频器U故障时，跳开QF开关。

机械方面考虑到管道沿程阻力及凝汽器铜管高度4米，循环水泵最小淹没深度为3.5米，根据水泵制造厂给出的最小汽蚀余量，决定了循环水泵泵最小频率为37Hz，循环水泵母管压力不能低于0.04Mpa。

热工逻辑方面，考虑到循环水系统水锤影响，改造后循环水泵启动改为程序启动：DCS发出程序启动指令后，合上循环水泵6KV开关，变频器自动增加转速至375rpm（37Hz），在转速大于149rpm或循环水泵出口压力大于0.05Mpa时，开启循环水泵出口液控蝶阀。程序停运：DCS上将转速降低至375rpm，发程序停运指令后，关闭循环水泵出口液控蝶阀，当出口蝶阀模拟量或者开关量低于75%时，断开变频器开关及6KV开关，停运循环水泵。

4、循环水泵变频改造后节能情况

循环水温度在25℃工况下一变频一工频的方式下300MW负荷的最佳真空曲线，通过不同运行方式和试验，得到不同负荷下最佳真空及流量。6月份采用一工频一变频方式运行，可以计算得到：

由于冷却水温度是随着季节性变化的，而发电功率由于受到电网调频的波动影响，也是不断变化的，因此实际运行最佳真空值也是不断变化的。但是可以根据最佳真空值来指导运行工作，结合季节性变化的冷却水温度，提出不同运行方式。

（1）全年冷却水温度低于20℃的时间大约有100天，采用一台循环水泵工频运行时，采用调节凝汽器回水门开度的方法来调整循环水流量，不同负荷下基本能满足机组经济运行；

（2）冷却水温度在20℃至28℃的天数约有180日，采用一台循环水泵变频运行，一台工频运行，可以满足负荷变化同时维持机组经济运行；

（3）冷却水温度高于28℃时，为了确保机组安全，同时减少设备的启停次数，这段时间采用两台循环水泵工频运行，适当牺牲部分经济性，降低运行风险，保证机组安全。

采用上述运行方式大大提高了机组的安全经济性，机组在变工况的情况下，及时调整变频循环水泵的出力，保证了机组对冷却水量的需求，同时降低厂用电，在循环水泵采用变频方式运行的月度，节电率达到27.9%，年平均节电率达到13.9%。

5、结束语

综上所述，变频改造在改造水泵设计方面具有显著优势，不仅仅能够实现节能降耗的目标，而且还能够提高水泵的整体运行效率，根据改造后调试数据及运行方式，按一年度机组负荷估算，平均节电率为13.9%，单台循环水泵变频改造后每天节约用电7000kWh，按0.4元/kWh计算，全年节省费用约50万元，经济效益显著。

参考文献：

[1]周文启，吕晓梅.循环水系统能效优化分析[J].江苏科技信息，2014（8）

[2]赵凯智，张万伟，焦玉香，等.大型合成氨厂循环水泵的节能技术改造[J].石油化工应用，2011（2）

[3]谢明均.YJG4017型循环水泵节能改造探讨[J].四川电力技术，2008（4）

[4]罗彦，苏利红.循环水泵的节能技术改造之浅见[J].科技视界，2014（18）