变频调速技术在火力发电厂的应用.pdf

2 0 0 8年 1 2月 第 3 6卷 第 6 期 总第 1 9 9期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r De c ．2 0 08 Vo1 ．3 6 No． 6 S e r ． No． 1 99 变频调速技术在火力发 电厂的应用 Ap p l i c a t i o n o f Fr e q u e n c y Con t r ol Te c hni q u e i n The r ma l Powe r Pl a n t 荣庆善 ， 官民健 ， 隋秀华， 王宝国 国 电吉林热 电厂 ， 吉林 吉林1 3 2 0 2 7 摘要 介绍了变频调速技术原理 以及 国电吉林 热电厂 1 1号循环水泵变 频调速技术改 造工作 ， 通过对凝汽器 的最 佳真空、 循环水量 、 凝汽器冷却水量计算及 改造 前后 的运行方式对 比， 1 1 号循环水泵全年 节约 电费 3 4万元 ， 而变频 改造 一次性投入资金仅 1 5万元 ， 实施变频改造后经 济收益显 著 。 关键词 变频调节 ； 循环水泵 ； 技术 改造 ； 节能 中图分类号 T M9 2 1 ． 5 1 T M6 2 1 ． 7 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 0 8 0 6 0 0 4 1 0 2 在我国电源结构 中， 火 电装机容量 占 7 4 ％， 因 此火电机组 的节能改造工作是非常重要的。目前风 机 水 泵调 节 流量 的方 式 多 为节 流 阀 调节 ， 而 电动 机 的输出功率并没有多大改变， 浪费了大量 的能源。 变 频调速是在大功率整流元件上发展起来的新技术 ， 它把变频、 微 电子、 机电结合起来 ， 此技术在循环水 系统 中具 有 较 大 的节 能潜 力 。国 电吉 林 热 电厂 2 x 2 O O Mw 单元机组循环水系统实施变频调速改造后 经济收益显著 。 1 变频调速技术 的原理 异 步 电动 机 的 转 速 一6 0 f 1 一s ／ a， 因此 ， 在 极对数 a一定而转差率 s又变化很小的情况下， 转 速 n基本上与电源频率 厂成正 比， 即改变电源频率 就可 以改变 转速 。基 于这一 原理 ， 可 用变 频 电源 变 频 器 实 现转 速调 节 。 图 1 是 泵 调速节 能用 的变频 器 的基 本 组 成示 意 图。它 主 要 由整 流 器 、 中间 滤 波环 节、 逆变器及控制电路等部分组成 。 根 据 相 似 定 律 ， 由泵 转 速 变 化 前 后 泵 的扬 程 H， 质量流量 q 及轴功率 P 与转速 n之间的关 系 可知 ， 功率与转速的三次方成正比， 降低转速可使功 率大幅度降低。 火 电厂循环水系统是一个庞大的动力系统 ， 耗 电量大， 研究和改善循环水系统 的运行方式是 降低 广 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ] L 一 一 一 一 一 墼 一 一 一 一 一 一 图 1 变 频 器 示 意 图 厂用 电、 提高电厂经济性的重要措施之一。 目前许多 电厂实际运行 中仍是通过调整循环水泵 台数改变冷 却水流量 。 这种方法虽然简单易行 ， 但 由于不能对循 环水 流量 进行 连续 调节 ， 很 难达 到最 佳水 量 。 在循 环 水系 统 中 ， 若通 过 改变 电机 转速 来调 节水 泵流 量 ， 则 可 以实 现 对 冷 却 水 流量 的 连 续 调 节 而 达 到 最 佳 水 量 ， 更加有效地节能 ， 降低厂用电量。 2 应用 实例 国 电 吉 林 热 电 厂 2 2 0 0 MW 机 组 型 号 为 C1 4 5 ／ N2 O 0 1 3 0 5 3 5 ／ 5 3 5 ， 于 2 0 0 3年对 1 1号循 环 水泵进行 了变频调速技术改造 。下面计算分析改造 后 的节能 效果 。 2 ． 1 凝汽器的最佳真空和循环水量 蒸 汽 在 凝 汽 器 压 力 下 的饱 和 温 度 t 用 下 式 计算 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 7 作者简介 荣庆善 1 9 7 l 一 ， 男， 工程师 ， 从 事火力发 电机 组集控运行及技术 管理 工作 。 4 1 2 0 0 8年 1 2月 第 3 6卷 第 6期 总第 1 9 9期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r De c ． 2 0 08 Vo 1 ． 3 6 No ． 6 S e r ． No ． 1 9 9 t 一 t l 十 △ 十 式中 t 为汽轮机 的排气温度 ； 为循环水的温升 ， 一f 一 ； 为凝汽器进口冷却水温度 ； f 为凝汽器 出口冷却水温度 ； 艿 为凝汽器的传热端差 。 根 据 上 式假 设 、 不 变 ， 由于 t 升 高 导致 t 的升高， 则 t 必升高， 即其他条件不变时， 由于循 环 水温度升高 ， 势必造成凝汽器排汽压力升高 ， 真 空 下 降 。 2 ． 2 凝 汽器 冷却水 量 冷却水量根据公式 mQ ／ Q 。 计算， 式 中 m 为 冷却 倍 率 ； Q 为冷 却水 量 ； Q 。 。 为进 入冷 凝 器 的蒸 汽 量 。根据 热平 衡方 程可 知 一5 2 0 。 可 以看 出 ， 若 汽 轮机 负 荷 不变 ， 即排 汽 量不 变 ， 进 口冷却水温度不变时 ， 增加冷却水量 ， 即冷却倍率 增大， 冷却水温升必然减小 ， 此时 ， 传热端差不变， 排 汽温度会降低 ， 从而凝汽器的真空升高。此外 ， 当冷 却水量增加时 ， 铜管 内的水流速度增大 ， 改善了蒸汽 与冷却水的传热条件 ， 从而使传热端差减小 ， 也有利 于真 空 的提高 。 2 ． 3 改造前后运行方式 比较 国电 吉林 热 电厂地 处 于 吉林 市松 花江 右岸 ， 循 环方 式 为开式 冷却循 环 直流 供水 ， 即松 花 江水 循 环水 经戽 头 、 循环水 泵 、 循环 水母 管送 到凝 汽器 内 ， 冷却蒸汽之后再 由循环水沟排至松花江 。该厂 8 ～ 1 1号循环水泵由沈阳水泵厂生产， 型号为4 8 S H一 2 2 ， 为单级、 双吸水平中开式水泵 。 改造前运行方式 各 台循环水泵均定速运行 ， 实 行轮 换制 ， 每个 月 轮换一 次 ， 通 过 改变循 环水 泵 台数 来 调整循 环 水量 。改 造后 运行 方 式 1 1号 循环 水 泵 除设备检修 以外保持长期运行 ， 其他 3台循环水泵 每个月轮换 1次 。 由于松花江水温度全年变化较大 ， 冬 季 水 温低 ， 1 1号 泵 与 另一 台定 速 泵 保 持运 行 ； 夏 季松花 江水 温较高 ， 1 1号泵 与另 2台定速泵保 持 运行 。 按 改造前运行方式， 冬季水温低时 ， 保持 2台 循环水泵定速运行 ， 其电流均为 1 2 0 A左右 ， 而改造 后 1 1号泵与另一台定速泵保持运行， 电流为5 6 ． 8 4 1 1 9 ． 0 A， 改 造 前 后 循 环 水 泵 工作 电 流 随入 口水 温 变化情况如 图 2 所示。 可以看出， 随着循环水温度的 42 图 2 改造前后 循环水泵电流随温度变化情 况 降低 ， 1 1 号泵的电流越低 ， 节能效果越明显 ， 当循环 水温度升高到最高值时 ， 节能效果逐渐降低 ， 但此水 温在改造前需 3台循环水泵运行 ， 这时启动另一台 定速循环水泵， 1 1号泵又可 以随时保持最佳循环水 供水量， 来满足汽轮机组的需要。 总之 ， l 1 号循环水 泵 的电 流在任 何 时候 都低 于改 造前 所 保持 的额 定值 。 2 ． 4 改造 后 的年节 能 收益 全年 机组 在额定 蒸 汽流量 工况 下运 行 6 0 0 0 h ， 根据 2 0 0 7年松花江水温变化幅度每个月的平均值 ， 1 1 号循环水泵平均电流按 7 O ． 5 A计算 ， 全年共节 省 电 量 1 1 2 2 3 6 8 k W h ， 每度 电 约 0 ． 3 0元 ， 年 节 约 电 费 3 4万 余 元 ， 改造 5年 ， 节 约 电 费 合计 约 1 6 9 万 元 ， 而实 际上 l l号循 环水 泵 年 运行 时 间大 大 超出 6 0 0 0 h ， 变频器改造一次性投入的资金 1 5万 元 ， 每年维护费用不足万元 ， 所 以节能效果显著。 3 结束语 变频 调 速是 2 O世 纪 8 0年代 走 向实用 化并逐 步 发 展起来 的新 技术 。 在 负荷方 面 ， 它能 满足 各种 负荷 对转速调节控 制的要求； 在使用方面， 它具有可靠、 控制灵活、 维护简单等特点 ， 而且使用变频调速能节 约 大量 的能 源 。 编辑郝竹 筠