６０ 第２６卷第５期 电力科学与工程 Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．５ ２０１０年５月 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｙ，２０１０ ６００ ＭＷ机组凝结水泵运行状况及节能改造分析 高建民 ，郭 岩 ，梁双印 ，马志勇 （１．内蒙古通辽霍林河坑口发电有责任限公司，内蒙古通辽０２９２００； ２．华北电力大学，北京１０２２０６） 摘要：针对某火电厂６００ ＭＷ机组凝结水泵设计压头偏高、凝结水系统阻力设计偏大问题，加之机组调 峰运行、除氧器滑压运行等原因，致使除氧器水位调节阀的开度较小，造成节流损失偏大、凝结水泵偏 离经济区域运行，导致凝结水泵在实际运行中耗电浪费严重的现象。在所采集电厂实时运行数据的基础 上，结合原设计参数，对该电厂凝结水泵的变频改造进行了可行性分析。为下一步实施改造提供了理论 依据。 关键词－凝结水泵；变频调速；可行性分析 中图分类号：ＴＫ２６４．１ 文献标识码：Ａ 区运行，其浪费电能较大。因此，对实际运行中 ０引 言 的凝结水泵进行改造是十分必要的。 凝结水泵是汽轮机的主要辅助设备之一，当 １凝结水泵的运行分析 机组负荷变化时，凝结水量随之变化。因此，凝 结水泵的正确合理选取，与火电厂安全可靠经济 该机组所配备的２台凝结水泵，均为４级立 运行有着密切的关系。为了保证凝结水泵本身的 式泵，设计流量Ｑ：１ ５８５ ｍ ／ｈ，设计扬程Ｈ＝ 安全和维持一定的凝汽器水位，凝结水泵的性能 ３４０ ｍ，转速ｎ＝１ ４８０ ｒ／ｍｉｎ，效率叼≥８３％，汽 选择通常要有一定的安全裕量。但在实际运行中， 蚀余量ＮＰＳＨｒ为５ ｍ，电机额定功率Ｎ＝２ ０００ 经常会因为凝结水泵安全裕量的选取过大，造成 ｋＷ，电压Ｕ＝１０ ０００ Ｖ。凝结水系统实际运行数 凝结水泵的运行效率低，电能浪费严重。内蒙古 据如表１。 通辽霍林河坑口电厂一期２ Ｘ ６００ ＭＷ机组的汽轮 表１凝结水系统实际运行数据 机为ＮＺＫ６００—１６．７／５３８／５３８型亚临界、一次中间 Ｔａｂ．１ Ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ 再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮 项 目４００ ＭＷ ５００ Ｍｗ ６Ｏ０ ＭＷ 机。凝结水泵设计为两台即Ａ、Ｂ凝结水泵，两 凝泵入口压力／ＭＰａ 一０．０８８ ６—０．０８５ ９—０．０８５ 台凝结水泵都采用１００％容量，凝结水系统正常 凝泵出口压力／ＭＰａ ３．３７１ ２．９６２ ２．８２８ 工作时为“一备一用”模式，采用除氧器水位调 凝汽器出口水温／℃ ４８．６１５ ５２．７７７ ５３．８３ 整门开度调节除氧器水位。经过凝结水泵升压后 流量／（ｔ・ｈ ） １ １１７．８１６ １ ４０３．９０１ １ ５７１．０５２ 的凝结水，通过除氧器水位调整门后经低加系统 １０４．９７７ １０８．６９１ １１３．４４ 进入除氧器。母管上的凝结水同时为旁路二级、 电流／Ａ 三级减温水提供水源。由于凝结水泵电机的容量 精处理后压力／ＭＰａ ３．２５１ ２．８２２ ２．７１ 本身裕量大，凝结水泵实际运行经济性较差，上 除氧器入口压力／ＭＰａ ０．６２７ ０．９０３ ０．９２３ 水调整门开度一般为４０％～５０％左右，凝结水泵 该机组采用除氧器水位调整门开度调节除氧 出口母管压力较大，最大达到３．４ ＭＰａ，一般范 器水位，除氧器水位调整门分为主调整门和副调 围为２．５～３．０ ＭＰａ，这样导致凝结水泵偏离高效 整门。１号机组投运以来，在满负荷工况下，凝 收稿日期：２００９—１２—０６。 作者简介ｆ高建民（１９６４一），男，工程师。 第５期 高建民，等６００ＭＷ机组凝结水泵运行状况及节能改造分析 ６１ 泵出口压力为２．８２８ ＭＰａ，流量为１ ５７１ ｔ／ｈ，副 ０．９ ＭＰａ，从凝结水经过精处理装置后算起，到除 调门开度为９８％，主调门开度为２３％。系统通过 氧器人口处，这一路段的总阻力为０．６８ Ｍｅａ。 ４０％和６０％两个调门控制凝结水扬程和流量，实 际运行中，各个工况下调整门的开度情况如表２ 由估算的总阻力和各个工况下实测的凝接水 泵出口压力、精处理后压力、以及除氧器入口压 所示。其中调整门的总开度，根据运行时主副调 力，可以推算出机组在各个工况下运行时除氧器 整门的分配比例估算得来。 表２除氧器水位调整门开度 Ｔａｂ．２ Ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ ｆｏｒ ｄｅａｅｒａｔｏｒ 注：调整门总开度为估算值。 从表２参数可知，除氧器水位调整门的开度 比较小，尤其是主调整门的开度可以看出凝结水 泵的扬程有较大裕量。在额定负荷６００ ＭＷ时， 调门总开度只有５３％，这样会造节流损失增大， 凝结水泵出口压力增大，耗能增加。由上可知， 由调整门来调节凝结水量，虽然能达到实际所需 凝结水量，但凝泵的能量损失过大，凝结水泵运 行经济性差。对凝结水泵的扬程、轴功率及效率， 具体分析如下。 （１）凝结水泵实际运行扬程 采用表１中的实际运行数据计算凝结水泵的 扬程，结果如表３所示。 表３凝结水泵实际扬程 Ｔａｂ．３ Ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｈｅａｄ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ （２）凝结水泵理想所需扬程 凝结水泵理想所需的扬程，即理想情况下凝 结水泵必须达到的最小扬程。这里主要是指当除 氧器水位调整门的开度在全开或接近全开状态下， 保证凝结水系统正常工作的最小扬程。通过估算 确定所需要的最小扬程。 ａ．经推算，阀门全开时即１００％开度时的扬 程，约为１８７ １ＴＩ。 ｂ．凝结水泵人口压力约为一０．０８ ＭＰａ，设调 门全开时凝结水泵出口压力为１．７３ ＭＰａ。 ｃ．由实测数据可知，凝结水精处理装置压降 大约为０．１５ ＭＰａ，假设调门全开时除氧器压力为 水位调整门的前后压差，具体计算结果见表４所 刀 。 表４不同工况下调门的前后压差 Ｔａｂ．４ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｖａｌｖｅ 注：设备＋管路阻力中的设备不包括精处理装置。 从计算可知，理想状况凝结水泵只需要１８７ ｍ 的扬程就能满足要求，考虑到实际运行中的复杂性 以及安全因素，给理想状况所需的最小扬程乘以安 全系数１．２，即此凝结水泵的扬程只要满足２２０ ｍ 就能满足系统的要求，而实际运行中，凝结水泵的 扬程在３００～３４０ ｍ之间，扬程裕量较大。从表５ 也可以看出调阀节流压降较大，４００～６００ ＭＷ负荷 时，阀门节流扬程占整个泵扬程的３８％～５６％，可 见节流损失之大，需进行以削减扬程为主和改善调 节方式的改造。 （３）凝结水泵的轴功率、效率 由表１中实测的电流数据，计算出电机的输入 功率，另外据凝结水泵的流量、扬程计算出凝结水 泵的轴功率和效率，计算结果如表５所示。 表５凝结水泵轴功率、效率 Ｔａｂ．５ Ｓｈａｆｔ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ 从表５可以看出，凝结水泵的效率与设计值有 一定差距，主要原因可能就是除氧器水位调节阀的 节流损失较大，造成额外的耗能，使凝结水泵的效 率值达不到设计值。 ６２ 电力科学与工程 ２０１０矩 凝结水泵采用变频运行是安全可靠的。 ２凝结水泵节能途径 凝结水泵节能改造主要有两种方法：一是对凝 （如变频）调节改造。 ３．２变频器容量选择 （１）变频器容量选取原则 火电厂凝结水泵的变频调速改造，目的是降低 结水泵进行泵本体的性能匹配改造；二是进行变速 厂用电率，提高机组运行的经济性，要求低投入，高 回报，要求在最短时间内由节电效益回收投资成 泵的性能匹配改造的优点：改造简单、改造量 本。因此除了最大限度获得节能效益外，还要求尽 少，尤其对于正在运行中的凝结水泵，具有现实意 可能减小投入的资金。选取原则如下： 义；节能效果较好；改造的投资费用小，改造周期 短，改造后运行维护费用低。缺点：调节不精确，调 节性较差。 变频改造的优点：可以根据机组的任一负荷来 变速调节；节能效果好，任一负荷下都能起到节能 效果。缺点：改造投资费用大；改造复杂，改造周期 长，改造后运行维护费用高。 经分析讨论，以选变频改造方案来实施改造。 ３凝结水泵变频改造 由于凝结水泵采用定速运行，出口流量只能由 控制阀门调节，节流损失大、出口压力大、管损严 重、系统效率低，且经常发生漏泄，造成电能浪费。 并且由于控制阀门为电动机械调整结构，线性度不 好、调节品质差、自动投入率低；频繁的开关调节， 容易出现各种故障，使现场维护量增加。 ６００ ＭＷ机组配备２台１００％容量的凝结水 泵，型号为ＮＬＴ ５００—５７０×４ Ｓ，额定流量１ ５８５ ｍ ／ｈ，扬程３４０ ｍ，转速１ ４８０ ｒ／ｍｉｎ，配用２ ０００ ｋＷ 的异步电动机，阀门调节。现增设高压变频器采用 无级调速，功耗随机组负荷变化而变化，进而提高 设备利用率，达到现实最佳经济运行目的。改造遵 循“最小改动，最大可靠性，最优经济性”的原则。 用１台变频器连接２台电动机，正常时变频器拖 动１台凝泵变频运行，另１台工频备用。当变频器或 运行的凝结水泵发生故障时，备用泵可以工频运行，使 用原来的阀门调节方式，保证机组正常运行。 ３．１变频改造的可靠性 充分利用变频器和现有设备，投资相对较少， 既保留了原系统的操作方式不变，又保证了系统改 造后紧急状态下的工频恢复运行，易于系统维护。 缺点：系统接线复杂；需要增加高压断路器，二次回 路需要增加闭锁回路；定期切换操作较复杂。凝结 水泵变频运行的可靠性，经工业领域的长期验证， ａ．根据最大实际运行功率选择变频器的容 量。一般情况下，电动机的负载达到或接近其额定 容量时，变频器容量应为电动机额定容量的 １１０％，以保证电动机的额定出力，但在实际生产 中，由于层层加码，即使在拖动负载额定出力时，电 动机的负载率依然不足，这种情况时，就应该根据 实际运行工况来选择合适的变频器容量，既满足生 产需要，又节约变频器和相应配件的投资。 ｂ．根据最严格的运行条件选择变频器的容 量。应充分考虑凝结水泵可能出现的问题，如电机 负荷过载问题，要求变频器容量选择既针对实际， 又有一定短时间过载的能力。 综上所述，变频器容量的选择，要兼顾正常运 行工况和异常运行工况，既保证发电机组连续运行 可靠性的要求，又避免变频器因容量选择过大造成 的大量资金浪费。 （２）凝结水泵变频器的容量选择 结合表１中凝结水泵的运行参数，选择一定 容量的变频器。由于机组最大负荷大于６００ ＭＷ以及其他因素，故选取较大安全系数；变频 器价格按８００元／ｋＷ选取。表６中所列的是按 实际容量选取原则与按电机额定容量选取原则 的对比效果。 表６凝结水泵变频器容量选择建议 ｆｏｒ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ３．３凝结水泵变频经济性分析 计算节电量按６００ ＭＷ：１ ０００ ｈ，５００ ＭＷ： １ ５００ ｈ，４００ ＭＷ：１ ５００ ｈ，３００ ＭＷ：１ ０００ ｈ，电价 ０．２５ ｋＷ・ｈ计算，结果如表７所示。 第５期 高建民，等６００ＭＷ机组凝结水泵运行状况及节能改造分析 ６３ 若按电机铭牌选取变频器容量，假设高压电动 （２）噪声、振动都大为降低。凝结水泵改用变 机加装变频器后投资按８００元／ｋＷ左右计算，投资 频器驱动后，降低水泵转速运行的同时，噪声将大 约为１６０万元（１台，不计辅助系统费用），总费用 幅度降低，当转速降低５０％时，噪声可减少十几个 约为１６０万元，每年收益按６７．７２万元计算，利率 绝对ｄＢ。同时消除了停车和起动时的打滑和尖啸 按５．５％计算，计算可得该项目投资回收年限约为 声，克服了由于调门线性度不好、调节品质差、引起 ３年。 管道锤击和共振，造成给水系统上水管道强烈振动 的缺陷。 ４结论 （３）通过技术经济比较，该厂机组凝结水泵配 置２台凝结水泵，其中经常运行的ｌ台采用变频器 （１）减少电动机起动时的电流冲击。凝泵变 调节，另１台备用采用工频（节流）调节，以备变频 频运行解决了电动机起动时的大电流冲击问题，消 器故障时投运。可使年耗电量减少２７０．９万ｋＷ・ｈ， 除了大起动电流对电动机、轴承、传动系统和主机 年电费减少６７．７２万元。采用变频器投资约为１６０ 的冲击应力，延长了凝结水泵系统的寿命。 万元，回报年限为３年。 Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ——ｓａｖｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ６００ＭＷ Ｕｎｉｔ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ Ｐｕｍｐ Ｇａｏ Ｊｉａｎｍｉｎ 。Ｇｕｏ Ｙａｎ ，Ｌｉａｎｇ Ｓｈｕａｎｇｙｉｎ 。Ｍａ Ｚｈｉｙｏｎｇ （１．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｋｅｎｇｋｏｕ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｔｏｎｇｌｉａｏ ０２９２００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ａ ６００ＭＷ Ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ，ｔｈｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ ａｌｗａｙｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ ｒｅ— ｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏｏ ｌａｒｇｅ，ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ ｐｅａｋｉｎｇ ｕｎｉｔｓ，ｓｌｉｄｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅａｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ ｆｏｒ ｄｅａｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｔｏｏ ｓｍａｌｌ，ＳＯ ｌｅａｄ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ ｌｏｓｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ ａｌｗａｙｓ ｒｕｎ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｒｅｇｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｗａｓｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｂｅ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｐｕｍｐ；ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｙ￣ｅｑｕｅｎｅｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ．
