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1  概述

    離心泵組的工況調(diào)節(jié)方式主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)等。節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)流損失大、不經(jīng)濟(jì)；變速調(diào)節(jié)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高、調(diào)節(jié)效率高。隨著人們對(duì)節(jié)能及經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，以及電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變速調(diào)節(jié)已經(jīng)成為當(dāng)今泵組工況調(diào)節(jié)的主流和發(fā)展方向，這其中變頻調(diào)速更是主流中的主流。

2  問(wèn)題分析

    勝利石油管理局勝利發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為勝利發(fā)電廠）一期兩臺(tái)220MW機(jī)組低壓加熱器疏水泵系統(tǒng)使用兩臺(tái)150NW-78×2型離心泵，配用電機(jī)型號(hào)Y250-2，額定電壓380V、額定電流103A、額定功率55kW、額定轉(zhuǎn)速2970r/min，采用出口調(diào)整門(mén)控制#7低壓加熱器疏水水位，系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)組負(fù)荷在 100MW以上時(shí)，低壓加熱器疏水采用逐級(jí)自流和低加疏水泵聯(lián)合運(yùn)行方式，以避免低加疏水導(dǎo)入凝汽器產(chǎn)生冷源損失，提高循環(huán)熱效率和真空度，從而提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。低加疏水泵采用的是定速泵，只能通過(guò)疏水調(diào)節(jié)門(mén)來(lái)控制低加水位。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)疏水調(diào)節(jié)門(mén)的開(kāi)度一般在40%～60%之間變化，最大流量時(shí)也只有70%，節(jié)流損失很大；同時(shí)，由于疏水管道振動(dòng)非常大，使疏水調(diào)整門(mén)經(jīng)常產(chǎn)生故障，水位自動(dòng)不能投入；由于調(diào)節(jié)門(mén)特性差，運(yùn)行中致使低加水位產(chǎn)生大幅波動(dòng)，使得#7低加疏水泵經(jīng)常工作在汽液混合區(qū)，產(chǎn)生汽蝕，對(duì)泵體造成很大的損壞。調(diào)節(jié)門(mén)故障或疏水泵損壞都將停止低加系統(tǒng)的正常疏水，只能將疏水直接導(dǎo)入凝汽器，增加冷源損失，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。

3  節(jié)流調(diào)節(jié)同變頻調(diào)節(jié)耗能分析

    根據(jù)水泵相似定律，水泵的轉(zhuǎn)速在80%～100%范圍變化時(shí)，泵體內(nèi)的水流速與轉(zhuǎn)速成正比，流量與轉(zhuǎn)速比成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速比的三次方成正比，即：
    Q = Q₀（n / n₀）                                 (1)
    H = H₀（n / n₀）2                                (2)
    P = P₀（n / n₀）3                                 (3)
    式中：n0為額定轉(zhuǎn)速；Q0為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的流量；H0為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的揚(yáng)程；P0為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的軸功率；n為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速，Q 為n轉(zhuǎn)速時(shí)的流量；H為n轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程；P為n轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率。
由式(3)可以看出，轉(zhuǎn)速降低到80%時(shí)，軸功率將下降到48.8%，節(jié)能效果十分明顯，而且轉(zhuǎn)速在80%～100%范圍變化時(shí)，泵的效率基本不變。

    圖2是水泵采用出口調(diào)整門(mén)進(jìn)行節(jié)流控制和采用變頻控制前后系統(tǒng)運(yùn)行工況示意圖，即H-Q圖。圖中：曲線(xiàn)A、B、C分別是水泵轉(zhuǎn)速為n0（額定）、n1、n2時(shí)的特性曲線(xiàn)，其中n0>n1>n2；曲線(xiàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別是調(diào)門(mén)開(kāi)度為100%、70%、40%時(shí)的管線(xiàn)的特性曲線(xiàn)。1點(diǎn)是額定工況下水泵的工作點(diǎn)，即額定轉(zhuǎn)速時(shí)的最佳工作點(diǎn)。采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)只有一個(gè)點(diǎn)，即1點(diǎn)，當(dāng)工況變化流量由Q0減小到Q1、Q2時(shí)，隨著閥門(mén)開(kāi)度的減小，水泵工作點(diǎn)將沿著A曲線(xiàn)移動(dòng)到遠(yuǎn)離最佳工作點(diǎn)的2、3點(diǎn)，在這一過(guò)程中流量減小的同時(shí)，水泵揚(yáng)程反而升高，使得泵組吸收的電功率減少不多，但此時(shí)泵組的有效功下降卻很快，使得泵組的效率快速下降；采用變頻控制，當(dāng)工況變化流量減小到Q1、Q2時(shí)，隨著水泵轉(zhuǎn)速?gòu)膎0降低n1、n2，水泵工作點(diǎn)將沿著Ⅰ曲線(xiàn)移動(dòng)到4、5點(diǎn)，流量減小的同時(shí)，水泵揚(yáng)程也減小，泵組吸收的電功率隨有效功的減少同步減少，維持泵組的效率基本不變。曲線(xiàn)Ⅰ即是不同轉(zhuǎn)速下泵組最佳工作點(diǎn)的軌跡；2、4點(diǎn)之間，3、5點(diǎn)之間水泵的揚(yáng)程差ΔH=H2－H4（或ΔH=H3－H5），既是節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)閥門(mén)上白白消耗掉的能量，也是變頻控制可以節(jié)約的能量。
    綜上所述，對(duì)勝利發(fā)電廠低加系統(tǒng)疏水水位控制實(shí)施變頻改造勢(shì)在必行。

4  改造實(shí)施及效果

    勝利發(fā)電廠于2003年9月#2機(jī)組大修期間，對(duì)#2機(jī)組兩臺(tái)額定電壓380V、額定功率55kW 的#7低加疏水泵，使用羅克韋爾自動(dòng)化公司的1336F-B100-AA變頻器，進(jìn)行了成功的變頻改造，取消了疏水調(diào)整門(mén)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，此次改造投資為20萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)行，取得了十分良好的效果。
   
    (1)  經(jīng)濟(jì)效果顯著
    ?  節(jié)省電能。改造前疏水泵每月（25天）耗電量為29538kWh，改造后耗電量為24870kWh，月節(jié)電量4668kWh，月節(jié)電費(fèi)0.45×4668=2100.6元；
    ?  節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。改造后取消了疏水調(diào)整門(mén)，節(jié)約了相應(yīng)的修理費(fèi)。調(diào)節(jié)品質(zhì)提高后，水位穩(wěn)定，泵的工作介質(zhì)只有水，避免汽蝕現(xiàn)象，延長(zhǎng)了泵體的維護(hù)周期及使用壽命。每月可減少調(diào)門(mén)及水泵修理費(fèi)1000元；
    ?  減少冷源損失。變頻改造后，低加疏水泵運(yùn)行可靠，再未出現(xiàn)過(guò)因疏水系統(tǒng)故障而將低加疏水直接導(dǎo)入凝汽器的情況，減小冷源損失，提高了循環(huán)熱效率和真空度，從而提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；另外，由于變頻系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)異，調(diào)節(jié)范圍廣，低流量時(shí)仍能保證很高的效率，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)就可開(kāi)啟#7低加疏水泵進(jìn)行正常方式疏水，進(jìn)一步減小冷源損失，提高了機(jī)組的效率，降低發(fā)電煤耗。此項(xiàng)每月可降低成本10000元。
    綜合以上三項(xiàng)，每月可節(jié)約費(fèi)用13100.6元，15.3個(gè)月即可收回投資成本。
    (2)  提高功率因數(shù)。
    可將電動(dòng)機(jī)電源側(cè)的功率因數(shù)從0.85提高到0.94，從而節(jié)省了無(wú)功功率。
    (3)  實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。
    電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流從以前的5～7倍額定電流降到了現(xiàn)在的額定值以下，減小了對(duì)電源、控制回路的沖擊和疏水泵的機(jī)械沖擊，進(jìn)而延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的維護(hù)、檢修周期。
    (4)  延長(zhǎng)電機(jī)壽命。
    有效降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減小了運(yùn)行電流，減小電機(jī)發(fā)熱量及溫升，延長(zhǎng)使用壽命。
    (5)  降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
    水位自動(dòng)投入可靠，減少了運(yùn)行人員的監(jiān)視及操作量。
    勝利發(fā)電廠#2機(jī)組低壓加熱器疏水泵經(jīng)過(guò)變頻改造后，提高了疏水泵組的效率，降低了疏水泵的耗電量；增加了疏水泵運(yùn)行的時(shí)間，減少了冷源損失，降低了煤耗；避免汽蝕現(xiàn)象，延長(zhǎng)了泵體的使用壽命，改造獲得了圓滿(mǎn)的成功。2005年，勝利發(fā)電廠將利用#1機(jī)組大修期間，完成#1機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)變頻改造。
    對(duì)水泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造，不僅節(jié)約了日益緊缺的電能，同時(shí)也可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，此項(xiàng)成果對(duì)國(guó)內(nèi)類(lèi)似水泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的改造具有很高的參考價(jià)值。