電廠給水系統(tǒng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

發(fā)電廠母管式給水系統(tǒng)應(yīng)用高壓變頻器的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析Techno-economicsAnalysisofApplyingHigh-VoltageInverterin摘 要本文介紹電廠母管式給水系統(tǒng)應(yīng)用高壓變頻器的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)應(yīng)用方案進(jìn)展了分析和比較關(guān)鍵詞:高壓變頻器 母管式給水系統(tǒng) 節(jié)能引言火力發(fā)電廠通過(guò)承受高壓變頻器作為輔機(jī)調(diào)速節(jié)能的手段，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，降低廠用電運(yùn)行工況和及其變頻改造可以取得的效益都比較關(guān)心，特別是以下問(wèn)題:并聯(lián)。而調(diào)速泵速度降低后，按一般常理認(rèn)為，其輸出水壓將降低，那么調(diào)速泵與其他工頻泵并聯(lián)，是否會(huì)有回水倒灌現(xiàn)象?作點(diǎn)到底如何確定，從而確定并聯(lián)調(diào)速的節(jié)能效果呢？本文以某電廠承受高壓變頻器的多臺(tái)機(jī)組公用母管式給水系統(tǒng)改造方案確定的實(shí)際應(yīng)用分析解答以上問(wèn)題。母管式給水系統(tǒng)狀況介紹圖1為某電廠兩臺(tái)30MW火電機(jī)組給水泵回路原理示意圖。其中三臺(tái)水泵的高壓電動(dòng)機(jī)額定軸功率500kW，額定電壓6kV，電機(jī)額定電流為57.2A。該設(shè)計(jì)最初的設(shè)計(jì)思想是“兩工作一備用”，當(dāng)任意一臺(tái)消滅故障時(shí)隨即啟動(dòng)備用電動(dòng)機(jī)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。圖1某電廠給水泵接線原理經(jīng)過(guò)水泵葉輪技術(shù)改造之后，現(xiàn)在的實(shí)際運(yùn)行工況是:在目前負(fù)荷狀況下，一臺(tái)泵的出水量已根本滿足兩臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行需求，在日間(約16h)1＃爐與2＃爐正常工作、總負(fù)荷為67MVA左右時(shí)，運(yùn)行2＃泵，此時(shí)電機(jī)電流為51A左右，功率因數(shù)為0.86，關(guān)閉回水閥，實(shí)際給水量約120m3/h，泵出口壓力為8.3~8.9MPa左右，依據(jù)泵的性能曲線，此臺(tái)泵;而夜間(約8h)負(fù)荷較低時(shí)，只運(yùn)行其中一臺(tái)爐，此時(shí)保持運(yùn)行2＃泵，調(diào)整回水閥，電機(jī)電流為41A左右，電機(jī)功率因數(shù)為0.85，泵出口壓力為9.2~9.8Mpa左右，實(shí)際給水量只需62m3/h左右，通過(guò)調(diào)整旁路閥調(diào)整出水量滿足要求。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論:日間二拖一時(shí)，一臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，水泵給水量約120m3/h，從水泵的性能曲線可知，在該點(diǎn)運(yùn)行時(shí)水泵效率較低，為 53％，而該水泵最正確效率點(diǎn)為 62％(對(duì)應(yīng)額定流量為80m3/h);日間二拖一時(shí)，電機(jī)的視在功率約為1.732×6000×51=530kVA，其中有功功率為530×0.86=455.8kW，在該運(yùn)行狀況下電機(jī)已根本滿負(fù)荷運(yùn)行。夜間一拖一時(shí)，電機(jī)的視在功率約為1.732×6000×41=426kVA，其中有功功率為426×0.85=360kW。高壓變頻技術(shù)改造的節(jié)能效果分析改造前水泵運(yùn)行工況分析改造前給水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如附表所示。附表 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表在水泵性能曲線上繪出二拖一工況及一拖一工況的等效率曲線(實(shí)際中靜壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水泵額定水壓故無(wú)視靜壓)通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)繪出鍋爐供水系統(tǒng)運(yùn)行H-Q曲線繪制方法:在二拖一時(shí)流量為 123m3/h，電機(jī)功率 460kW，給水壓力 8.5MPa;依據(jù)等效率曲線公式K=H÷Q2，計(jì)算出二拖一的等效率參數(shù)K=850÷1252=0.0544，然后把不同的Q值代入K=H×Q2,計(jì)算出不同Q值對(duì)應(yīng)的H值,挨次聯(lián)接繪出二拖一時(shí)的管網(wǎng)特性曲線,如圖2中曲線2所示。圖2 工頻供水Q-H曲線及管網(wǎng)特性曲線9.8MPa;繪出一拖一時(shí)的管網(wǎng)特性曲線2中曲線3(此曲線對(duì)應(yīng)回流閥開(kāi)度肯定時(shí))?？芍?在進(jìn)展變頻改造前，白天運(yùn)行工況點(diǎn)為A點(diǎn)，夜間為B9.8MPa1023/40m3/h。電機(jī)功率計(jì)算公式為:N=λ×H×Qλ為考慮水的容重、阻力系數(shù)、水泵效率及電機(jī)效率等后的一個(gè)等效系數(shù)，其曲線特征和消耗效率成反比。設(shè)運(yùn)行工況為二拖一時(shí)計(jì)算功率的系數(shù)為λ1;設(shè)運(yùn)行工況為一拖一時(shí)計(jì)算功率的系數(shù)為λ2。由公式:λ=N÷(H×Q)得λ1=460000÷850÷125=4.329λ2=360000÷990÷102=3.565假定泵的額定流量為Qn，泵在額定流量時(shí)所需電機(jī)功率為Pn，變頻改造前假設(shè)白天耗電穩(wěn)定，電機(jī)功率為 P11(kW)，此功率狀況下工作時(shí)間為 T11(h);晚上電機(jī)功率為P12(kW)，工作時(shí)長(zhǎng)為T12(h)，則改造前日耗電量為:W1=P11×T11+P12×P11 (kWh)假定每kW〃h電本錢為Y1(元/kWh)，年運(yùn)行時(shí)間為D0天，年耗電本錢為:Y1=W1×Y1×D0(元)P11=460(kW)，T11=16(h)，T12=8(h)，P12=360(kW)，年運(yùn)行時(shí)間D0假定為330天，上網(wǎng)價(jià)以Y1=0.5元/kWh。則每年消耗電費(fèi):YQ=(460×16+360×8)×330×0.5=169(萬(wàn)元)鍋爐原蒸發(fā)量承受一臺(tái)變頻進(jìn)展變頻改造后，按鍋爐需水量供水，假設(shè)二拖一工況設(shè)定給水壓力平均8.5Mpa，變頻運(yùn)行供水120m3/h，一拖一工況設(shè)定給水壓力為9.5Mpa，變頻運(yùn)行供水60m3/h。依據(jù)與圖2一樣的繪制方法，由等效率曲線公式繪出二拖一、一拖一變頻運(yùn)行H-Q曲3圖3 一臺(tái)泵變頻改造后變頻運(yùn)行H-Q曲線，由水泵效率曲線綜合計(jì)算變頻泵的λ值等于4.329。由公式N=λ×H×Q得白天運(yùn)行二拖一變頻工況時(shí)輸出功率為:N=λ×H×Q3=4.329×850×120=441.558(kW)夜間一拖一變頻工況時(shí)，由水泵效率曲線綜合計(jì)算變頻泵的λ值等于3.48，輸出功率:N=λ×H×Q1=3.48×950×60=198.58(kW)變頻改造后電機(jī)耗電費(fèi)用為:Yh=(441.558×16+198.58×8)×330×0.5/0.97=147.2(萬(wàn)元)可節(jié)約電費(fèi):YJ=YQ-YH=169-147.2=21.8(萬(wàn)元)由變頻運(yùn)行等效率曲線得變頻輸出的實(shí)際頻率為:二拖一變頻工況下的變頻運(yùn)行頻率:HZ變=Q1÷Q2×50=120÷122×50=49.1(Hz)一拖一變頻工況下的變頻運(yùn)行頻率:HZ變=Q1÷Q2×50=60÷66×50=45.45(Hz)λ50Hz，節(jié)能效果則更顯著。鍋爐增加蒸發(fā)量承受一臺(tái)變頻電廠對(duì)鍋爐進(jìn)展清洗后，鍋爐蒸發(fā)量將會(huì)增大1%-3%;在二拖一的狀況下，一臺(tái)水泵供水一臺(tái)給水再循環(huán)門翻開(kāi)肯定開(kāi)度;或兩臺(tái)給水再循環(huán)閥門都翻開(kāi)至肯定開(kāi)度，保證二臺(tái)供水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)聯(lián)合供水量為鍋爐所需的126m3~130m3(設(shè)為129m3/h在9.9Mpa假設(shè)白天承受二臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行供水，且承受同時(shí)調(diào)整再循環(huán)閥門開(kāi)度的方式來(lái)調(diào)整供水9.9Mpa;依據(jù)上述H-Q曲線繪制方法做出兩臺(tái)工頻并聯(lián)運(yùn)行H-Q曲線如圖4所示。圖4 兩臺(tái)工頻供水H-Q曲線兩臺(tái)工頻合成的工作點(diǎn)在(129m3/h,9.9M)，每臺(tái)的工作點(diǎn)在(102m3/h,9.9M),再循環(huán)閥翻開(kāi),回水37.5m3/h。兩臺(tái)工頻驅(qū)動(dòng)時(shí),依據(jù)H-Q曲線增加蒸發(fā)量后,工作曲線3右移,λ增大,由水泵效率曲線綜合計(jì)算工頻泵λ=3.63,電機(jī)輸出功率為:N=λ×H×Q=3.63×990×102=366.56(kW)則，每日消耗電能:W1=P11×T11×P12×T12=366.56×2×16+366.56×8=14662(kWh)年消耗電費(fèi):YQ=W1×Y1×D0=146624×0.5×330=242(萬(wàn)元)如一臺(tái)進(jìn)展變頻改造之后,夜間負(fù)荷較低時(shí)承受一臺(tái)變頻泵供水,供水量為64.5m3/h左右。白天負(fù)荷較高時(shí)一臺(tái)承受工頻泵供水,另一臺(tái)承受變頻泵供水,運(yùn)行過(guò)程中兩臺(tái)水泵的出水閥全開(kāi),旁路閥關(guān)閉;聯(lián)合供水量為126m3/h～130m3/h(設(shè)為129m3/h)，運(yùn)行工況56所示。圖5 鍋爐增加蒸發(fā)量后一臺(tái)變頻改造日間H-Q曲線及管網(wǎng)特性圖6鍋爐增加蒸發(fā)量后一臺(tái)變頻改造夜間H-Q曲線及管網(wǎng)特性兩臺(tái)電機(jī)中的工頻電機(jī)工作點(diǎn)在(102，9.9M)，變頻電機(jī)工作在(27，9.9M)。由于鍋爐增加蒸發(fā)量，供水量Q增加約3%，H也會(huì)相應(yīng)的增加到肯定數(shù)值;查曲線得Q增加到129m3/h后母管壓力為9.9MPa，由于管網(wǎng)特性的轉(zhuǎn)變，工頻泵工況點(diǎn)轉(zhuǎn)移到曲線5，變頻泵工作在曲線6。由變頻運(yùn)行等效率曲線得日間二拖二時(shí)，變頻器輸出的實(shí)際頻率為:HZ變=Q1÷Q2×50=27÷31×50=43.54(Hz)由變頻運(yùn)行等效率曲線得晚間一拖一時(shí)，變頻器輸出的實(shí)際頻率為:HZ=Q3÷Q4×50=64.5÷70×50=46.1(Hz)由水泵效率曲線綜合計(jì)算工頻泵的λ值約等于3.79;變頻泵出水27m3/h此時(shí)的效率很低，由水泵效率曲線綜合計(jì)算變頻泵的λ4.6。電機(jī)功率為:N=3.79×H×Q=3.79×990×102=3827(kW)一臺(tái)變頻改造后工頻泵消耗電量為:PH工=382.7×16×330=2023731(kWh)一臺(tái)變頻改造后工頻泵消耗電費(fèi)為:YH工=2023730.9×0.5=101(萬(wàn)元)一臺(tái)變頻改造后日間二拖一模式和夜間二拖一模式變頻泵的功率分別為:N變二拖一=4.6×H×Q=4.6×990×27=12296(kW)N變一拖一=3.43×H×Q=3.43×990×64.5=219(kW)一臺(tái)變頻改造后變頻泵的年消耗電量為:PH變=(12296×16+219×8)×330=12277388.8(kWh)一臺(tái)變頻改造后變頻泵的年消耗電費(fèi)為:YH變=1227388.8×0.5=61.4(萬(wàn)元)一臺(tái)變頻改造后兩臺(tái)泵的年總消耗電費(fèi)為:YH=YH工+YH變=101+61.4=162.4(萬(wàn)元)節(jié)約電費(fèi)量為:YJ=YQ-YH=242-162.4=79.6(萬(wàn)元)增加蒸發(fā)量承受兩臺(tái)變頻假設(shè)用兩臺(tái)變頻泵供水,H-Q曲線如圖7所示。曲線5特性過(guò)(129，9.9M)，每臺(tái)變頻工作在(64.5，9.9M),由變頻運(yùn)行等效率曲線得日間二拖二時(shí)變頻輸出的實(shí)際頻率為:圖7 鍋爐增加蒸發(fā)量后兩臺(tái)變頻并聯(lián)運(yùn)行H-Q曲線HZ變=64.5÷70×50=46.1(Hz)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，由水泵效率曲線綜合計(jì)算變頻泵的λ值等于3.43耗的功率為:N=3.43×H×Q=3.43×990×64.5=219(kW)年耗電量為:PH=(219×2×16+219×8)×330=2890800(kWh)年消耗電費(fèi):YH=YH×0.58=2890800×0.5=144.5(萬(wàn)元)與兩臺(tái)工頻運(yùn)行相比年節(jié)約電費(fèi):YJ=YQ×YH=242-144.5=97.5(萬(wàn)元)給水系統(tǒng)高壓變頻改造的其它效益網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高:原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.8~0.86之間。承受高壓變頻調(diào)整系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95以上，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。主設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降:承受變頻調(diào)整后，由于通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)關(guān)心設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周