【摘要】針對寧德發(fā)電公司超臨界600MW機(jī)組，在凝泵進(jìn)行了變頻改造后是否還有繼續(xù)節(jié)能優(yōu)化以進(jìn)一步降低凝泵耗電率的可行性進(jìn)行了探討，采用了利德華福HARSVERT-A型高壓變頻器在國內(nèi)首次對10LDTNA-6PC型凝泵進(jìn)行綜合節(jié)能優(yōu)化,改造后的凝泵變頻運(yùn)行時取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。證明了凝泵改變頻后，再實施通流部分改造的節(jié)電效果還是較明顯的，值得推廣應(yīng)用；通過改造實現(xiàn)了除氧器上水調(diào)節(jié)站旁路電動門全開降低管道節(jié)流損失，進(jìn)一步降低了凝泵耗電率。

　　一、概況

　　福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺600MW超臨界機(jī)組，配有沈陽水泵廠生產(chǎn)的100%容量10LDTNA-6PC型凝結(jié)水泵四臺，其設(shè)計性能參數(shù)如下：

　　型號：10LDTNA-6PC設(shè)計流量：Q=1617m3/h

　　設(shè)計揚(yáng)程:H=393m轉(zhuǎn)速：n＝1480r/min

　　設(shè)計效率η＝84％

　　泵共6級，首級葉輪為雙吸形式，導(dǎo)流器為螺旋形雙流道導(dǎo)流殼，5個次級葉輪為單吸同向排列的斜流泵結(jié)構(gòu)。配用2000kW電機(jī)。

　　二、現(xiàn)場工況及存在的問題

　　福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司一期投產(chǎn)的兩臺超臨界600MW機(jī)組，由于凝結(jié)水泵設(shè)計揚(yáng)程余量較大，調(diào)整門節(jié)流調(diào)節(jié)時壓降大，額定負(fù)荷時調(diào)整門節(jié)流揚(yáng)程占整個泵揚(yáng)程的36.06％，低負(fù)荷時節(jié)流更加嚴(yán)重，為此進(jìn)行了變頻改造，安裝了一臺變頻器，正常時一臺泵變頻運(yùn)行，另一臺泵工頻備用。為探討定速凝泵如何進(jìn)行節(jié)能改造，改變頻后凝泵是否還需進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化以進(jìn)一步降低凝泵耗電率，福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司與科研單位合作在國內(nèi)首次共同對10LDTNA-6PC型凝泵進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)研究，以進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力。為了科學(xué)的制定改進(jìn)方案，首先對凝結(jié)水泵及其系統(tǒng)進(jìn)行了全面的節(jié)能優(yōu)化診斷測試。

　　其測試項目如下:3A凝泵工頻運(yùn)行工況下的性能測試；機(jī)組額定負(fù)荷時凝結(jié)泵管道阻力測試；系統(tǒng)綜合參數(shù)測試；3A凝泵改前變頻運(yùn)行工況下性能測試。診斷測試結(jié)果見附表。

　　通過節(jié)能優(yōu)化診斷測試的結(jié)果分析可見，凝結(jié)水泵及系統(tǒng)存在著下列問題：

　?。?）配套性差，在工頻運(yùn)行工況下，凝結(jié)泵調(diào)整門節(jié)流壓降過大，在額定負(fù)荷工況下調(diào)整門節(jié)流揚(yáng)程△H占整個泵的揚(yáng)程H比重為36.06%，節(jié)流損失很大；

　?。?）泵效率較低，最高只有77.79%，且性能與設(shè)計值81%相差較大；

　?。?）改變頻后低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時凝結(jié)泵振動大,穩(wěn)定性差；

　?。?）制造工藝較差，有鑄造缺陷，蓋板內(nèi)側(cè)有蜂窩麻點，流道光潔度差,且對稱性差。

　　三、HARSVERT-A型高壓變頻器原理及特點

　　HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（簡稱CSML），由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠，精確的故障報警保護(hù)，具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時的安全可靠。

　　采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障。6kV變頻器共使用42對1200V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅(qū)動功率較低，驅(qū)動電路非常簡單，開關(guān)頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時功率單元采用電容濾波結(jié)構(gòu)，總體技術(shù)成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行，變頻器的6kV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內(nèi)不停機(jī)，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機(jī)的需要。

　　四、節(jié)能優(yōu)化改造的主要技術(shù)措施

　?。?）提高配套性，優(yōu)選確定改后最佳設(shè)計參數(shù)：

　　凝結(jié)泵的容量選擇原則只考慮設(shè)備老化、性能下降以及正常的管道系統(tǒng)的泄漏，對于特殊情況只能靠備用泵來解決，這樣才能避免出現(xiàn)為解決極特殊情況下的問題，而犧牲長年的效益，才能避免設(shè)計裕量大、經(jīng)濟(jì)性差的問題，才能達(dá)到最佳節(jié)能效果。根據(jù)診斷測試和以上原則，機(jī)組額定負(fù)荷時的凝結(jié)水量為1487t/h,再按7%的裕量計算選定最佳設(shè)計流量為1591t/h=1600m3/h。再根據(jù)流量Q=1600m3/h時通過試驗計算得出管道阻力為84.3m,幾何揚(yáng)程Ho為145.3m,保留調(diào)整門節(jié)流40m,即總揚(yáng)程為H=84.3+145.3+40=269.6m,按此推算,確定改后最佳設(shè)計參數(shù)為Q=1600m3/h,H≥270m,η＞81%。

　　（2）減少調(diào)整門的節(jié)流壓降，削減揚(yáng)程。采用空裝和假套替代的辦法將第四級葉輪拆除，保留的4個次級葉輪外徑車削2.67%。

　?。?）對泵進(jìn)行通流部分改進(jìn)。除了彌補(bǔ)拆除和切削葉輪造成的泵效率下降外，還需進(jìn)一步提高泵效率，必須對泵進(jìn)行通流部分改進(jìn)，即采用模型優(yōu)化試驗和專利技術(shù)對葉輪關(guān)鍵局部型線進(jìn)行改進(jìn)，提高泵的效率和汽蝕性能。根據(jù)實踐經(jīng)驗和高效泵的設(shè)計原則,水泵效率的高低,主要取決于葉輪出口與導(dǎo)葉入口的匹配和葉輪入口流動性的好壞,因此,該泵通流部分改進(jìn)的核心是改變?nèi)~輪葉片與導(dǎo)葉葉片進(jìn)出口關(guān)鍵型線,以及導(dǎo)葉喉口的面積。這樣不但可改善葉輪進(jìn)出口流動性，明顯提高泵的效率和汽蝕性能，使高效區(qū)略向大流量推移，而且可使葉輪內(nèi)的液流均勻?qū)ΨQ，消除水力原因引起的振動,提高泵的穩(wěn)定性。

　?。?）提高檢修裝配工藝，消除低轉(zhuǎn)速下的振動。每個葉輪做靜平衡、高速動平衡試驗和探傷檢查；嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)工藝要求進(jìn)行組裝，并保證合理的密封間隙。

　　五、凝結(jié)水泵改造實施過程

　　（1）寧德發(fā)電公司首先完成了凝泵的變頻改造，節(jié)能效果非常顯著。

　?。?）凝泵完成變頻改造后，由于制造及裝配質(zhì)量問題凝泵低轉(zhuǎn)速運(yùn)行振動大，根據(jù)泵組振動情況將變頻器最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r/min，在機(jī)組降負(fù)荷至350MW后隨著凝結(jié)水量減少，仍需通過除氧器上水調(diào)整門進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，變頻效果不能得到充分發(fā)揮。

　?。?）為深入挖潛，實現(xiàn)節(jié)能改造效果的最大化，利用機(jī)組停備機(jī)會對3A凝泵進(jìn)行了取消一級葉輪等通流改造，凝泵經(jīng)通流改造后在工頻工況下運(yùn)行時耗電率下降340～490KW。改造后的3A凝泵變頻運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速時泵組振動情況明顯改善，降變頻器最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速設(shè)置為850r/min，在40％負(fù)荷以上全部通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，實現(xiàn)了正常負(fù)荷調(diào)整時全程變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行。

　?。?）經(jīng)過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)變頻和通流改造后運(yùn)行時除氧器水位調(diào)節(jié)站前后仍有0.07～0.12MPa的節(jié)流，為此對除氧器水位調(diào)節(jié)站旁路電動門進(jìn)行改造，在保證特殊情況旁路電動門能快速關(guān)閉不影響機(jī)組安全的前提下，將原關(guān)閉時間為2分多鐘的電動頭更換為關(guān)閉時間小于1分鐘的電動頭，旁路門實現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行中全開運(yùn)行，減少調(diào)節(jié)站節(jié)流損失。此項改進(jìn)取得了平均每小時節(jié)電40～50kwh的效果。

　　通過以上綜合改造，75％負(fù)荷率時凝泵耗電率由改前0.42％下降至目前0.17％的先進(jìn)水平。

　　六、改造后性能測試及測試結(jié)果

　　在完成3A凝泵通流改造后進(jìn)行了停機(jī)狀況下工頻性能試驗和正常運(yùn)行工況下變頻性能測試，從中可見：

　　（1）工頻運(yùn)行工況下改造前后泵最高效率從77.79%提高到了82.17%,提高了4.38%,揚(yáng)程下降了60～85m,電功率下降了340～490kW,平均每小時可節(jié)電400kwh及以上，節(jié)能效果明顯，性能指標(biāo)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

　?。?）變頻運(yùn)行工況下改造前、后泵效率平均提高了4%以上，電功率明顯下降。

　　各種負(fù)荷下每小時節(jié)電效果見下表：

　　按平均每小時節(jié)電110kwh，年運(yùn)行7000小時計算,全年可實現(xiàn)節(jié)電110×7000=77萬（kwh）,

　　按上網(wǎng)電價0.422元/kwh計算,年效益0.4×77=32.5(萬元)。

　　（3）通過更換為關(guān)閉時間更短的電動頭，實現(xiàn)了旁路電動門開啟運(yùn)行方式，此項改進(jìn)取得了平均每小時節(jié)電40～50kwh的效果。

　　按平均每小時節(jié)電45kwh，年運(yùn)行7000小時計算,全年可實現(xiàn)節(jié)電45×7000=31.5萬（kwh）,按上網(wǎng)電價0.422元/kwh計算,年效益0.4×31.5=12.6(萬元)。

　　（4）由于改進(jìn)中的精細(xì)加工及動靜平衡試驗消除了變頻工況下低轉(zhuǎn)速（低負(fù)荷）時泵的振動問題，避免了調(diào)整門不得以而參與調(diào)節(jié)時的節(jié)流損失。

　?。?）寧德發(fā)電公司3A凝泵通流改造完成后在變頻運(yùn)行工況下滿負(fù)荷時，最大電功率只有

　　1288.05kW,這對我們今后凝泵節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)合理選擇變頻器的功率具有指導(dǎo)意義。

　　七、結(jié)論

　　凝結(jié)水泵節(jié)能改造一般有變頻和通流改造兩種途徑，寧德發(fā)電公司通過科學(xué)的分析，嘗試在一臺泵上同時進(jìn)行兩項改造并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在變頻改造的基礎(chǔ)上，寧電3A凝泵進(jìn)一步實施通流改造后比改前泵效率平均提高了4%以上，每小時可節(jié)電85～130kwh，按平均每小時節(jié)電110kwh，年運(yùn)行7000小時計算，每年可節(jié)電77萬kwh；此外通過更換為關(guān)閉時間更短的電動頭，實現(xiàn)了除氧器上水調(diào)節(jié)站旁路電動門開啟運(yùn)行方式，平均每小時節(jié)電40～50kwh的效果，全年又可實現(xiàn)節(jié)電31.5萬kwh。證明了凝泵變頻改造后，再實施泵的通流部分改造的節(jié)電效果還是較明顯的，值得推廣應(yīng)用。

　　凝泵實施綜合改造后變頻運(yùn)行工況下額定負(fù)荷時，最大電功率只有1288kW,這對我們今后凝泵節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)、合理選擇變頻器的功率具有指導(dǎo)意義的，通過寧德發(fā)電公司3A凝泵全面節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)的實施證明：對大型調(diào)峰機(jī)組的定速凝泵的節(jié)能優(yōu)化方案，應(yīng)該是先進(jìn)行凝結(jié)泵的節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)，解決泵本身的配套性和提高運(yùn)行效率后，再實施電機(jī)的變頻改造或同時進(jìn)行，這樣一方面大大減少變頻器的功率，可以節(jié)約變頻器的改造費(fèi)用；另一方面達(dá)到最佳節(jié)能效果，假如按此方案實施，我公司變頻器的功率只需1550～1650kW，可大大降低變頻器的改造費(fèi)用。此次改造對同類型機(jī)組有很大的可借鑒性。

　　附1：3A凝泵通流改造前、后變頻運(yùn)行工況下性能測試數(shù)據(jù)匯總表

　　作者簡介：

　　劉勇，工程師、高級技師，多年從事汽機(jī)運(yùn)行和節(jié)能管理工作；工作單位：福建大唐國際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司；地址：福建省福安市灣塢鄉(xiāng)，郵編355006