热网循环水泵变频技术的应用与分析

张万学

摘 要：文章介绍了热网循环水泵变频技术在火力发电厂供热机组中的应用，对热网循环水泵在改造前（工频方式）和改造后（变频方式）做了详细的对比与分析，热网循环水泵改为变频运行方式后其安全性、节能性、经济性得到了明显的提高。

关键词：热网循环水泵；变频；节能；经济；安全

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0075-02

我公司4号供热机组热网系统的热网循环水泵采用的是2台卧式离心泵，壳体设计压力1.6 MPa，转速为1 480 r/min，型号为TS500-680 A+，设计流量为2 350 t/h，功率为1 400 kw。动电机为Y系列三相鼠笼异步电动机，型号为YKK560-4型，额定电流为158 A。热网加热器管程水流量为2 400 t/h。热网系统正常运行方式为：热网供回水系统充满水后，经过热网循环水泵升压，再经过热网加热器换热（采用机组采暖抽汽加热汽源）后送给市区供热系统各分站进行换热，形成对市区居民集中供热。换热后的回水回到热网循环水泵入口形成闭式循环。所采用的升压泵为工频的热网循环水泵，热网系统运行简图如图1所示。

1 存在问题

经过一年的生产运行实践，发现在一台工频热网循环水泵运行时，如果全开热网循环水泵出口电动门则驱动电机的电流超过其额定电流158 A，使驱动电机过电流保护动作致使电机跳闸。因此在正常运行时为防止热网循环水泵电机电流超过其额定电流（158 A），只能采取关出口电动门限流的方法。热网循环水泵出口电动门关至40%阀位时能维持电机电流在150 A左右。此种运行方式存在严重的节流损失，这时的热网循环水泵出口母管的压力为0.62 MPa，流量为3 200 t/h，与设计流量和压力不符合（设计压力位1.6 MPa、流量为2 350 t/h），分析其原因存在热网加热器设计容量过大（出口母管的压力为0.62 MPa，流量为3 200 t/h）。导致热网循环水泵工频运行时必须把出口电动门关至40%以下才能满足驱动电机的运行安全要求。在供热初期，由于热网循环水要求流量低导致其节流损失越大，造成了能量的大量损失。这也为热网循环水泵由工频改为变频运行方式留有一定的空间，在经过充分的论证以后，我公司对4号机组热网系统的一台热网循环水泵就行了变频改造优化。

2 改造优化前后的比较与分析

①改造优化前（即工频运行方式）。我公司设计为2台工频热网循环水泵，正常供热期间为1台热网循环水泵运行及满足了供热系统的要求，在极寒的天气条件下需要启动第二台工频热网循环水泵运行。在供热初期，供水流量仅为2 000 t/h，一台热网循环水泵工频运行时需要将热网循环水泵出口电动门关至24%阀位，电流为130 A；在供水流量达到3 200 t/h时，其出口电动也仅开到40%阀位，存在严重的节流损失。而且由于热网循环水泵出口电动门的节流导致出口电动门前的水压达到2.0 MPa以上，使得热网循环水泵的工作条件恶化，严重时会造成汽蚀，对设备安全造成严重的威胁。热网循环水泵如果维持此工况长时间运行，热网循环水泵的轴瓦温度、电机线圈的温度都会很高，会影响设备的使用寿命和运行安全。

②改造优化后（即变频运行方式）。根据供热实际情况（市区供热需求量），我公司经过充分的论证后决定对2台工频热网循环水泵其中的一台进行变频改造优化，加装变频器。热网循环水泵加装变频器后其运行方式发生了变化。当供水流量达到2 000 t/h时，热网循环水泵变频器的电流仅为40 A，而且热网循环水泵的出口电动门处于全开状态（不存在节流损失），当供水流量达到3 200 t/h时，热网循环水泵变频器的电流为80 A（此时供热出口母管的压力为0.62 MPa），同样的供热流量和供水压力下，工频热网循环水泵与变频热网循环水泵电机电流之差为70 A左右，节能效果明显。改造后的变频运行方式为手动方式调节，可以根据供热流量的要求手动加减变频控制手操器进行远程的流量加减而且流量增减平缓（工频时需要人为调节循环水泵出口电动门，流量难以控制，系统压力和流量波动大，影响系统安全），形成无节流调整。同时热网循环水泵的工作条件得到了改善，在供水流量2 000 t/h时，热网循环水泵电机的转速仅800 r/min；供水流量3 200 t/h时，热网循环水泵电机的转速仅为1 250 r/min。实际运行数据表明，采用变频运行的热网循环水泵不但避免了设备的汽蚀损坏又降低了循环水泵轴承温度和电机线圈的温度，延长了设备的使用寿命。变频改造示意图如图2所示。

需要说明的是，热网循环水泵变频出现故障需要切除时，可以切到旁路工频方式运行。

以下是改造前（工频运行）和改造后（变频运行）热网循环水泵电机耗电量的对比，分别如表1、表2所示。

从表1、表2提供的数据可以比较出，机组在一个供热期热网循环水泵电机采用变频运行比工频运行节约的电能为310.8万kWh。

以下是改造前（工频运行）和改造后（变频运行）热网循环水泵及电机运行安全方面的对比，如表3所示。

从表3提供的数据可以比较出，机组在一个供热期热网循环水泵电机采用变频运行和工频运行热网循环水泵轴承温度和热网循环水泵电机线圈温度都有明显的降幅。

3 结 语

由以上图表可以比较出，热网循环水泵经过变频改造后，在一个供热期运行期间共能节约电能310.8万kW·h。另外，通过热网循环水泵变频改造使热网循环水泵的运行温度降低了，不但延长了此设备的使用寿命，也有效的保证了此设备的运行安全。经运行数据实践证明，热网循环水泵经过变频改造优化后，在经济节能、运行安全方面取得了良好的效果。

参考文献：

[1] 韩安荛.通用变频器及其使用[M].北京：机械工业出版社，2009.