給水泵是火力發(fā)電廠最重要的輔機(jī)之一, 其運(yùn)行的正常與否直接關(guān)系到整個(gè)電廠能否安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前, 國外在330MW 以上機(jī)組的泵和風(fēng)機(jī)上已普遍應(yīng)用調(diào)速設(shè)備, 我國在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間摸索以后, 也在一些大功率的旋轉(zhuǎn)設(shè)備上加裝調(diào)速設(shè)備。液力耦合器采用液體傳遞動(dòng)力, 以實(shí)現(xiàn)調(diào)速、隔絕軸系振動(dòng)。變頻器通過對(duì)電源頻率的改變, 實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié), 進(jìn)而改變被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
1．調(diào)速的目的
目前, 我國火力發(fā)電廠裝機(jī)容量正向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展, 對(duì)于主要輔機(jī)運(yùn)行可靠性的要求越來越高, 每一個(gè)環(huán)節(jié)的故障都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。同時(shí), 電廠更加重視成本節(jié)約, 調(diào)速節(jié)能正在成為趨勢(shì)。調(diào)速運(yùn)行的主要目的包括以下兩個(gè)方面。
1.1提高系統(tǒng)可靠性及運(yùn)行的安全性, 改善軸系運(yùn)行的機(jī)械狀況, 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命
以給水泵為例, 一方面電動(dòng)機(jī)需要軟啟動(dòng), 另一方面, 由于機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷模式下運(yùn)行, 由此導(dǎo)致的管道振動(dòng)、閥門漏流、閥門磨損、電機(jī)線圈溫度高等問題十分常見, 而選擇把泵降低到合理的轉(zhuǎn)速則可以緩解上述問題, 降低事故率, 進(jìn)而提高了系統(tǒng)可靠性及運(yùn)行的安全性。
1.2降低廠用電量, 節(jié)約成本
減少廠用電量最根本的辦法是選擇高效率的泵。只有在得到需要的流量和壓頭的同時(shí)控制轉(zhuǎn)速, 泵的高效率范圍隨著轉(zhuǎn)速的變化而平移, 才能使水泵一直在較高的效率下運(yùn)行。
2.不同調(diào)速方式的特點(diǎn)
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方式多種多樣, 其中以液力耦合器和變頻器最為常見, 液力耦合器幾乎已經(jīng)在所有工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。變頻器在過去幾年也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果, 尤其是低壓變頻器(380 V、220 kW 以下) 憑借良好的節(jié)能效果和相對(duì)成熟的設(shè)計(jì), 在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來, 高壓變頻器在可靠性等方面進(jìn)行了較大幅度改善, 也日益應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。
2. 1液力耦合器的特點(diǎn)
液力耦合器是一種液力傳動(dòng)裝置, 主要由殼體、泵輪、渦輪3 個(gè)部分組成, 其性能特點(diǎn)如下。
2.1.1能使電機(jī)空載啟動(dòng), 調(diào)速范圍寬, 可實(shí)現(xiàn)從零調(diào)節(jié); 沒有電氣連接, 對(duì)環(huán)境要求不高。
2.1.2技術(shù)成熟, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 操作方便; 結(jié)構(gòu)合理,維修方便。
2.1.3價(jià)格便宜, 對(duì)精度要求低; 本身存在轉(zhuǎn)差(3%左右) , 負(fù)載不能達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速, 屬于有附加轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置; 故障率低, 運(yùn)行時(shí)需加專用的密封冷卻系統(tǒng); 液壓油老化后需定時(shí)更換。
2.1.4適用于不同等級(jí)的高低電壓、中大容量電機(jī)配用, 功率范圍寬。
2. 2高壓變頻器的特點(diǎn)
變頻調(diào)速器是將一恒定電壓、頻率的電源在變頻器內(nèi)部經(jīng)整流后變成直流, 再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成頻率與電壓比值一定，電壓、頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。高壓變頻器的性能特點(diǎn)如下。
2.2.1調(diào)速范圍寬, 可以實(shí)現(xiàn)從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié), 使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng), 停機(jī)時(shí)電流沖擊極小, 軟啟動(dòng)時(shí)母線的電壓下降較少, 降低了啟動(dòng)電流, 所以可以延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命。頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)調(diào)整電壓和頻率的輸出, 在低轉(zhuǎn)速下, 電機(jī)不僅發(fā)熱量低, 而且輸入電壓低, 將使電機(jī)絕緣老化速度降低。
2.2.2無須升壓變換, 降低了裝置的損耗, 提高了可靠性, 解決了高壓電力變換的困難。
2.2.3性能指標(biāo)高, 在調(diào)速中轉(zhuǎn)差率小, 損耗不增加, 能保持較高的功率因數(shù), 變頻器效率達(dá)95% 以上, 對(duì)電機(jī)產(chǎn)生諧波污染較小, 噪聲低, 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很低, 不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的共振, 同時(shí)也減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損, 變頻器與電機(jī)的連接受場(chǎng)地約束較小。
2.2.4高壓變頻器在發(fā)電廠中小功率給水泵電機(jī)調(diào)速方面已有應(yīng)用, 但在大功率給水泵電機(jī)調(diào)速方面尚缺乏足夠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
2.2.5對(duì)供電質(zhì)量要求高。電壓、頻率瞬時(shí)有較大波動(dòng)變頻器保護(hù)就會(huì)動(dòng)作, 恢復(fù)后不能馬上重新啟動(dòng)變頻器, 影響設(shè)備繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.兩種調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟(jì)性比較
現(xiàn)以330MW 機(jī)組給水泵組為例對(duì)變頻與液力耦合器兩種調(diào)速方式進(jìn)行比較。該機(jī)組給水泵原設(shè)計(jì)為3×70% 額定容量電動(dòng)給水泵組,配液力耦合器調(diào)速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日漸成熟,針對(duì)變頻調(diào)速效率較高的特點(diǎn), 對(duì)1 臺(tái)電動(dòng)給水泵配置高壓變頻器調(diào)速方式與1 臺(tái)電動(dòng)給水泵配置液力耦合器調(diào)速方式進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較。
3. 1經(jīng)濟(jì)性比較考慮的因素
在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)主要考慮以下因素: 到廠煤價(jià); 機(jī)組年利用時(shí)間和機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間; 機(jī)組負(fù)荷性質(zhì); 電廠發(fā)電成本; 電廠建設(shè)每千瓦投資額; 泵組價(jià)格; 泵組運(yùn)行效率和耗電量; 泵組安裝、維護(hù)、檢修(包括檢修設(shè)施) 等費(fèi)用。
3. 2經(jīng)濟(jì)性比較的方法和取值
經(jīng)濟(jì)性比較采用原電力工業(yè)部1982 年2 月頒布的《電力工程經(jīng)濟(jì)分析暫行條例》(以下簡(jiǎn)稱《條例》) 中規(guī)定的“年費(fèi)用最小法”。其計(jì)算公式如下:
F = Z ?[r (1+ r) n(1+ r) n- 1]+ U
式中: F 為年費(fèi)用; r 為投資回收率, 取0. 08; n 為工程的經(jīng)濟(jì)使用年限, 按《條例》取20 年; Z 為折算到投產(chǎn)年份的設(shè)備總價(jià)格;U 為折算年運(yùn)行費(fèi)。
3. 3設(shè)備總價(jià)格
設(shè)備總價(jià)格包括: 設(shè)備費(fèi)(前置泵和給水泵本體、配套設(shè)備和電動(dòng)機(jī))、設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)、設(shè)備安裝和施工管理費(fèi)等。對(duì)兩種調(diào)節(jié)方式費(fèi)用差別不大的項(xiàng)目予以忽略。耦合器調(diào)速設(shè)備總費(fèi)用為300 萬元(公眾號(hào):泵管家), 變頻調(diào)速設(shè)備總費(fèi)用為650 萬元,采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式的電動(dòng)給水泵組設(shè)備總價(jià)格比采用變頻調(diào)節(jié)方式的電動(dòng)給水泵組設(shè)備總價(jià)格低350 萬元。
3. 4泵組年耗電量
泵組年耗電量按機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷模式計(jì)算, 根據(jù)供熱電廠的特點(diǎn)和該熱電廠提供的機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷模式, 按年發(fā)電設(shè)備運(yùn)行7 098 h 計(jì)算。液力耦合器調(diào)節(jié)方式年總計(jì)耗電量26. 17×106 kW ?h, 年費(fèi)用610. 92 萬元。變頻調(diào)節(jié)方式年總計(jì)耗電量22. 47×106 kW ?h, 年費(fèi)用575. 44 萬元。電動(dòng)給水泵組采用高壓變頻器調(diào)節(jié)方式的比采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式全年省電約3. 70 × 106 kW ? h, 年費(fèi)用降低35. 48 萬元。
高壓變頻器設(shè)備中電容為其易損耗件。采用電解電容的高壓變頻器中電容的使用壽命為7～ 8 年;采用薄膜電容和安規(guī)電容的高壓變頻器中電容使用壽命約為15 年, 其更換費(fèi)用約為40 萬元。國產(chǎn)液力耦合器的主要部件(包括泵輪、渦輪、主驅(qū)動(dòng)變速箱等) 承諾使用壽命為30 年, 其易損件為傳動(dòng)軸承、密封件和油泵。其中軸承和密封件需要3 年更換, 每次更換費(fèi)用約為2 萬元; 油泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件需要5 年更換, 每次更換費(fèi)用約為3 000 元。進(jìn)口液力耦合器承諾使用壽命為30 年, 其中軸承可保證工作10 萬h,只需定期更換工作油。所以, 無論采用何種調(diào)節(jié)方式, 都應(yīng)在電廠服役期內(nèi)考慮上述因素。
4結(jié)論
經(jīng)過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較, 電動(dòng)給水泵如采用高壓變頻器調(diào)節(jié)方式比采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式, 用電量少, 年費(fèi)用低。變頻調(diào)速是當(dāng)代最先進(jìn)、最高效的調(diào)速技術(shù)。低壓變頻器在火電廠已得到了廣泛應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和節(jié)能降耗上收到了良好效果，已被社會(huì)所公認(rèn)。高壓變頻器在火電廠的送、引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、灰渣泵、循環(huán)水泵、汽機(jī)凝結(jié)水泵、母管制給水泵等技術(shù)改造、新建、擴(kuò)建機(jī)組中，已經(jīng)和正在廣泛得到應(yīng)用。高壓變頻器在電廠的應(yīng)用，已經(jīng)和正在得到人們的普遍重視。330MW 機(jī)組建議采用高壓變頻調(diào)節(jié)方式的給水泵組。但是需要特別指出的一點(diǎn)是, 目前高壓變頻器在大功率電機(jī)調(diào)速方面仍有技術(shù)欠缺, 而鍋爐給水泵是火力發(fā)電廠最重要的輔機(jī)之一, 其運(yùn)行的正常與否直接關(guān)系到整個(gè)電廠能否安全穩(wěn)定運(yùn)行, 因而在選擇其調(diào)速方式時(shí)還要根據(jù)實(shí)際情況。