电厂循环水系统节能初探

山东电力技术SHANDONG DIANLI JISHU2004年第4期(总第138朔)电厂循环水系统节能初探To Search Saving in Circulating Water System of Power Plant杨继增,陈利军,马强(山东聊城热电有限责任公司,山东聊城252033)摘要:首先提出了一种较新颖的循环水泵匹配选型思路,选用了新型的内反馈电机调速手段,并根据电厂循环水人工调节达不到最优的原因,提出了微机控制的思路。关键词:循环水泵;匹配选型;内反馈电机;运行方式;程序控制中图分类号:TK264.1文献标识码:B文章编号:1007-9904(2004)04-0037-04随着电力市场的放开以及“网厂分开、竞价上2.1项目内容网”逐步实行,如何降低煤耗节约厂用电成为各电本次改造分为两个方面:一方面为将电机更换厂挖潜增效的着力点。在传统电厂中,循环水泵约为保定北方调速公司生产的内反馈电机,以实现根占厂用电率的1%以上,如何提高循环水泵的经济据运行情况调节电机转速;一方面是对循环水泵进性对于各运行机组有着十分重要的意义。行改造,在尽量发挥电机容量的情况下,提高水泵1国内外现状及改造前情况运行效率,增大供水量,以达到机组在夏季对循环水量的要求的目的。目前我国水泵生产厂家多采用一元方法进行为衡量本次改造的效果,我们在改造前完成了水泵设计,而国外著名企业的产品多采用二元方法原水泵效率的现场粗测,经现场测量,在当前的运进行水泵设计,因此我国泵类产品的设计性能与世行参数下,水泵运行效率为78%。为此,我们同山界行进国家相比有相当大的差距,设计效率一般相东电力研究院商定,改造后水泵额定参数为:扬程差5%-10%以上。在实际使用中,由于选型不当为18m;水泵在经常运行点(即内反馈电机调节范或制造加工不良,水泵运行效率往往又低于设计围内)效率不小于83%,在额定参数下效率不小于值88%,同时为了扩大电机调节范围,降低电机占用比如某厂#3机组循环水泵配备两台湘江水泵空间和制造成本,水泵额定转速要提高。厂生产(湘江)48-18型循环水泵,设计运行方式2.2技术关键为一台运行一台备用,电机配备为普通电机,电机本次技术改造要求电机基础不变、水泵外壳不转速为385r/min由于水泵型号限制,不能选到设变、转子不变的情况下,通过更换循环水泵叶轮和计扬程同实际运行扬程一致的循环水泵,致使水泵内反馈电机来达到增加水泵流量实现泵组调节转设计扬程为26.3m,而水泵实际运行扬程仅为速的目的,为此必须解决以下n个技术关键:(1)合水泵正常运行点严重偏离设计曲线的最高理地确定新泵组的额定转速和调节范围,(2)必须效率点,在改造前经试验,水泵运行效率仅为采用比较先进的设计方法和制造工艺,(3)在调速方式运行下,循环水量必须根据机组情况适时地进因设计运行方式为一台运行一台备用,造成在行调整。影响循环水量的变化主要有三条曲线:循夏季时,循环水量不能满足凝汽器冷却要求,有时环水量随季节天气温度变化曲线在同一季节下因低真空不得不限制机组负荷,在冬季时,又因循天之中循环水量随天气温度变化曲线、同时同温度环水量过大,造成真空值远远高于经济真空值,使下循环水量随机组负荷变化曲线。那么,循环水量机组热效率下降。的变三冬曲加由此可见,人工2改造目标做到中国煤化工用微机根据机组情况CNMHG山东电力杖术2004年第4期(总第138期SHANDONG DIANLI JISHU3改造具体方案提高受到限制。(2)转速越高转速调节绝对范围就越大,绝对范围越大,则电机投资也将越大。(3)在3.1确定泵组转速及调节范围转速降至70%后,水泵额定流量也降至约70%,根改造后的循环水泵技术规范据水泵特性曲线和管道特性曲线估算,水泵扬程降型号:G48SH-18至额定扬程的55%,已降到最低扬程。流量:17000/h(全速)13320t/h(低速)3.2采用优良的水力模型扬程:18m(全速)(低速)为提高水泵运行效率,本次改造中,水泵设计采转速:350r/min~480r/min用二元设计中的准正交迭代法。叶片排挤系数T。为什么要采用以上参数的循环水泵呢?经该(1)在求解许多实际问题时,用圆柱坐标系(r,厂同北方调速公司、山东电力研究院三方商定,额6,z)来代替直角坐标系(x,y,z)更为方便。变数经定转速采用484r/min,调节范围采用该公司典型过变换后,可将直角坐标系的纳维一斯托克斯方程设计转速调节范围为70%-90%,其原因有以下写成圆柱坐标系的纳维一斯托克斯方程。采用圆柱个方面:(1)转速提高后,为水泵设计提高流量提供坐标系r,日,z,所有参数均与6坐标无关整个问题了更大的发挥空间,但转速越高,对水泵的动态特可归纳为二维问题来求解。性要求越高,同时因转子不变,转子刚性也使转速在圆柱坐标系中:v1,-10P81_y18202v(A)p arr orr2002 r2 a0ave ave. ve ave v, veCt1迎"+1∞+10"2m+0hpr a0 ar rae azeozlaP+v( vz1av,2ar2 r ar r2 802 a式中∫、f、fx为单位质量的质量力沿三个坐标轴(r,6,z)的分量。不可压缩流体的连续方程式+==0ar r r ae az(2)圆周速度u由下式求得法向应力和切向应力的公式分别为+2μr式中D-叶轮直径(计算点的直径),m;P+2A(n-叶轮转速,r/min。(=)+需](3)因为pUA1=p2V2A2(由于水质变化TrB= Tar=ur不大,密度相差不大,故称为不可压缩流体)wTH中国煤化工本定常流动)CNMHG山东电力技术SHANDONG DIANLI JISHU004年第4期(总第138期)轴面流速为vm故由连续方程得求4--,m(2)3.3叶轮制造目前我国铸造行业基本上采用木模整体铸造式中qw--理论流量,m/s方法制造水泵叶轮等通流部件。但这种制造方qw--实际流量,m/s法,可能对叶轮产生较大偏差,叶轮流道表面也容积效率,%很粗糙,影响叶轮运行效率。为此,在制造该厂循A--有效断面积(与轴面速度v垂直的断环水泵叶轮时,采用了铸焊工艺,即叶轮的叶片面积),m2及前后盖板分别铸造,铸造后采用人工进行表面由于有效断面积被叶片厚度s占去一部分,修研,修研后表面粗糙度达到了3.2um。同时叶片沿每一叶片在圆周方向的长度为,如叶轮共有z近特定的工艺精确定位于后盖板上在专用的夹个叶片,则总长度为σ,则面积为aσb,有效断面积具上进行焊接,冷却后随同夹具进行热处理,然A应为后拆除夹具上车床加工至叶轮要求的外形尺A=丌Db-zb(3)寸。式中b-叶片宽度σ-圆周方向的叶片长度3.4更换电机因内反馈电机的性价比为变频装置的两倍以sinB,其中-叶计片厚度(4)上,其调速范围在50%-100%,这对应用于循环水泵的调速要求已足够,高压内反馈电机的容量从由式(2)(3)(4)得m(Db-zob)nqv几百千瓦到几千千瓦,也能满足循环水泵配用电机容量的需要,因此将电机更换为北方调速公司的内令r兀D-z代入上式得反馈电机所选内反馈电机额定参数(5)容量:1250kWTDbn t型号:Y1250121730式中T-排挤系数(排挤系数表示叶片厚度使接线:Y流道有效断面积减小的程度,对于泵T在额定电流:153A0.75~0.95的范围,小泵取低限,大泵取高额定电压:6kV限。)绝缘等级:B(4)相对速度a的方向或β角当叶片无限生产厂家:保定北方调速公司。多时,相对速度的方向与叶片安装角β的方3.5运行方式控制向一致。Ba在设计时是根据经验数值选取的。3.5.1输入模块求出u、vm及β后,即可按比例画出速度三角输入模块的作用是将外部参数送给计算机进行程序计算与控制,因有些参数变化较快,采用电由上面计算,利用数值迭代方法可计算出子测量。轴面流场。根据经验可给定叶片包角及环量分(1)电子测量参数有:大气温度、大气压力、凝布,从而计算出叶片骨线,经加厚完成翼型设汽器进水温度凝汽器排水温度凝汽器排汽温度计。负荷值。用于我公司循环水泵的水力模型在研制前(2)手动输入参数:因标准煤价和电价在某段期经过了多次优化,最终选用了G48sh-18型,时间区域内是相对固定的故采用手工输入,如机组该水力模型的性能由山东电力研究院进行了试实现竞价上网后,电价也应采用电子测量输入。验,试验时转速为n=1000/min,横亘泵最小3.5.2程序模块雷诺 Remin=5.8*10,满足SL140-97(水泵模中国煤化工主程序构成:三型验收试验规程)及BC497(1976)的有关要个子CNMHG、经济性比较子山东电力杖术2004年第4期(总第138期)SHANDONG DIANLI JISHU程序、判断子程序4现场运行结果及效益分析(1)热效率计算子程序热效率计算子程序的功能是根据电子测量参4.1运行情况数计算机组此工况下的机组热效率,数学模型为发该厂改造后的循环泵组自投入运行以来,新泵电煤耗率。运行平稳,噪声及振动情况均很好,泵出口压力略(2)经济性比较子程序有提高为0.18MPa由山东电力研究院和该厂一同经济性比较子程序的功能是根据上次电测下对改造后的水泵与原水泵作了对比试验,同在满转的电机转速,该转速下的发电煤耗率与煤价之积和速下原泵电机耗用功率为991kW,原泵流量仅为电机耗用功率与电价的之积以及本次转速下的两15500-16000h;新泵电机耗用功率为1004.5kW乘积进行比较电,新泵流量仅为16500-17000t/h,效率超过了(3)判断子程序88%;在最低转速350r/min时,新泵电机耗用功率判断子程序的功能是设定经济性明显的标志为400kW,水泵流量为7800-8400/h,水泵效率数值,并根据经济性比较的结果,进行升降速或维超过了83%持转速不动的判断。4.2效益分析(4)主程序框图(如图1)(1)在夏季三个月中,满转速下,电机耗电功率基本不变,因泵效率增加,循环水流量增加,从而使改变转速凝汽器真空提高了1.2kPa,可降低煤耗3.6g/kWh,全年可节约标煤1980t,标煤单价按200元/输入参数t,可实现效益39.6万元。(2)在冷季六个月中,平热效率计算子程序均耗电可降低500kW,全年可多上网电量175万kWh,按最低上网电价0.17元计,全年可实现利润经济性比较子程序29.75万元。(3)其余三个月中,因调整转速幅度较小,从而使节能效果受到限制,将此项折算至前项[经济性比较子程序中判断子程序5结论图1主程序框图(湘江)48-18型循环水泵,通过提升转速改造为高效叶轮,电机更换为内反馈电机的改造方案3.5.3控制模块在现实上是可行的,其经济性比改为高压变频电机该模块的功能是在主程序计算完毕,计算机将要好得多,本次改造十分成功。口计算结果利用电动执行器去控制循环水泵电机转参考文献速1高桂兰《热工学及流体力学》,[M]沈阳电力高等专3.5.4保护模块科学校该模块的功能是在循环水泵电机、水泵、控制2]郭立军《泵与风机》,(M]重庆大学模块等出现故障时起到保护作用,以防故障扩大[3]孔珑《工程流体力学》,M]山东工业大学化,同时提供人机对话。4]林启华《泵与风机的变速节能》,[M]水利电力出版社3.5.5智能模块5]吴民强《泵与风机节能技术》,[M]水利电力出版社智能模块的作用是提供运行状态提示,如过冷6]丁成伟《离心泵与轴流泵》,M]机械工业出版杜度大时,提示漏空气多;端差大时,提示清洗凝汽器7吴达人《泵与风机》,IM]西安交通大学出版社铜管;温升超过一定值时,提示循环水泵出力下降(收稿日期:2004-02-02)等等。中国煤化工CNMHG