循环水系统变频改造节能分析

杜红云

(江苏新海发电有限公司，江苏 连云港 222023)

1 概述

某公司16号机组额定容量为330 MW，配置传热面积为17 000 m2的N17000-5型不锈钢管凝汽器，设计额定循环冷却水量为38 990 t/h。循环冷却水系统共配置2台64LKXD-25型循环水泵，一台为定速(转速495 r/m in)泵，另一台为双速(高速 495 r/m in，低速 425 r/m in)泵。当双速泵转速在 495 r/m in 时，流量为 20 160 t/h，扬程为 25 m；当转速在 425 r/m in 时，流量为 17 316 t/h，扬程为18.4 m。根据长期运行数据和经验分析，该公司330 MW机组的凝汽器传热面积偏小、循环冷却水量偏大、循环水泵扬程偏高、造成循环水系统厂用电率偏高、运行效率较低、经济性差等诸多问题。循环水泵运行方式有一低，一高和一高一低3种，对应的有功功耗分别为 1 130 kW，1 800 kW 和2 930 kW，可供调整的手段有限，特别是在春秋季节更为明显。为此，该公司对16号机组5号定速循环水泵进行高压变频改造，使循环水系统达到连续可调水平。通过循环水系统的运行优化，充分挖掘了循环水系统的节能潜力。

2 运行方式调整

改造后的设备采用开环控制，运行人员手动控制循泵转速的主要依据是东方汽轮机有限公司提供的背压修正曲线(见图1)。运行人员根据此曲线，编制了凝汽器背压与负荷的关系表(见表1)，同时根据水泵的流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的2次方成正比，轴功率P与转速N的3次方成正比的关系编制循泵转速与用电量的关系表(见表2)。供运行人员作为调节参考依据。

图1 背压修正曲线

表1 凝汽器背压与负荷的关系

运行人员调整循泵频率时观察排汽温度和真空的变化值，并将根据表1计算出的负荷变化值与根据表2计算出的循泵用电量变化值相减，差值最大时为变频最经济运行方式。

冬季循泵变频调节时，注意凝汽器背压不应低于3.43 kPa的临界点，否则汽轮机效率将下降。

3 节能统计与分析

3.1 春、秋季节变频运行经济性分析

3.1.1 2台机的循泵耗电量比较

此次比较采用的是2013-10-15T20:00—2013-10-19T14:00统计的数据，如表3所示。16号机循泵变频从15日投用至19日停机，与15号机比较，循泵厂用电率下降0.19 %，运行90 h节电 39 819.7 kWh，平均日节电量 10 619 kWh。

表2 循泵转速与用电量之间关系

表3 15号、16号机组循泵比较

3.1.2 改造前后同期循泵耗电量比较

该次比较采用的是16号机组2012-10-15T 20:00—2012-10-19T 14:00和 2013-10-15T20:00—2013-10-19T14:00的数据，如表4所示。16号机循泵改变频后，与改前同期相比，循泵厂用电率下降0.09 %，运行90 h循泵用电量下降 40 240.7 kW h。平均日节电量 10 731 kW h。

3.1.3 15号机采用2种运行方式耗电量比较

16号机停机后，5号变频泵通过循环水母管供15号机使用，15号机停用一台高速循泵，至26日16号机启动。与去年同期15号机一高一低循泵运行方式相比，15号机使用5号变频泵运行113 h，节约厂用电55 828.13 kWh。在此期间15号机循泵厂用电率由1.34 %降至1.18 %，平均日节电量11 856 kW h(见表 5)。

表4 16号机组循泵改造前后同期耗电量比较

表5 15号机组采用高速和变频泵耗电量比较(母管制)

3.1.4 春秋2季节电总量

综上所述，在春秋季节，循环水系统采用变频调速装置后，在相似工况下，水温20 ℃左右，日节电量在1万kW h以上。按春秋季6个月统计，可节约电量约180万kW h。

3.2 冬季变频运行经济性分析

冬季循环水温度较低，循环水需求量减少。以往冬季最低循环水量时为1台机、1台低速泵运行。5号循泵改变频后，循泵运行方式为2台机一低速一变频母管制运行。

冬季汽轮机凝汽器真空较高，还要注意凝汽器背压不能低于3.43 kPa(厂家计算值)，否则由于真空太高造成末级叶片处蒸汽膨胀不足，反而会使汽机热耗率升高。以往冬季1台低速循泵运行，即使真空超过经济极限，也没有调整手段，循泵改为变频后，可以适当降低循泵转速，提高凝汽器背压，保证机组运行经济性。另外，冬季降低循环水流量，还可以提高循环水温度，可以大大缓解冬季冷却塔结冰带来的安全压力。表6为改造前后2台机冬季循泵运行经济比较。

根据对比数据，2013年冬季一变频一低母管制运行，循环水进水温度10 ℃以下时，每小时可节电 270 kW h，每天可节电 6 500 kW h。按冬季60天可调节统计，冬季节电量约为40万kW h。

表6 冬季不同运行方式耗电量比较

根据大气压力计算，2012年冬季同期2机背压分别为1.9 kPa和2.2 kPa，已经低于凝汽器经济极限3.43 kPa，但运行人员已无法继续降低循环水量提高背压。2013年运行人员通过调节变频泵频率，控制凝汽器背压，2机背压分别为4.25 kPa和4.24 kPa，一方面降低了循泵耗电，同时也使汽轮机运行经济性得到提高。

4 结束语

该公司循泵变频改造后，通过调整运行方式，节能效果明显，在其他各项参数变化不大的情况下，可实现年节电量400万kWh，1年可基本收回全部投资。

现循泵变频运行最低频率设为36 Hz，在用1台低速泵与1台变频泵母管制运行的情况下，随着变频泵频率的下降，2台泵出力偏差增大后，将会对循环水系统的稳定运行带来影响，这个问题还有待运行人员进一步摸索调整。

1 吴德才，胡德标．国产高压变频装置在220 MW机组凝

结水泵上的应用[J]．电气传动，2005，47(11)：62-64.