发电厂低加疏水泵变频改造可研报告.doc

XXXX发电厂低加疏水泵变频改造可行性研究报告编撰单位：XXXX发电厂设备部编撰时间：二0一二年九月二十七日目录一、前言3二、项目提出的背景及改造的必要性：3三、方案论证：4四、项目规模和主要内容：5五、 实施条件：6六、投资估算表及设备、材料明细表：6七、经济效益分析：6八、评价结论：8九、项目单位上报意见：9一、前言（一）项目名称：#1、#2机低加疏水泵变频改造可行性研究报告（二）项目性质：技术改造（三）可研编制人： （四）项目负责部门：（五）项目负责人：（六）承担可行性研究的单位：二、项目提出的背景及改造的必要性：（一）项目提出的背景：众所周知能源问题已经成为世界各国共同关注的问题在我国这一现象更加凸显。由于我国粗放型经济增长方式又处在消费结构升级加快的历史阶段火力发电机组超速发展，煤炭消耗过大因此节能降耗将是一项长远而艰巨的任务。根据美国及我国电力行业调查统计表明我国平均供电煤耗率要比发达国家高出3060g/kWh，据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为3040%，其损耗电能占总发电量的38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。说明我国的电厂节能有很大的节能潜力可以挖掘。因此电站热力系统节能是关系到节能全局以及可持续性发展的大事。因此在热力系的环境下揭示各种节能理论内在的联系深入地研究和发展节能要的理论和现实意义对电厂的节能降耗工作具有很强的指导性。1 、水泵变频调速运行的节能原理图1为水泵用阀门控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从R移到R，扬程则从Ha上升到Hb，运行工况点从a点移到b点。 图2为调速控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从n降到n，性能曲线由（Q-H）变为（Q-H）,运行工况点则从a点移到c点，扬程从Ha下降到Hc。 根据离心泵的特性曲线公式： NRQH102式中：N水泵使用工况轴功率（kw） Q使用工况点的流量（3）； H使用工况点的扬程（）； R输出介质单位体积重量（kg3）； 使用工况点的泵效率（%）。 可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为： NbR2b NcR2c 两者之差为： NNcNb=R2（bc） 也就是说，用阀门控制流量时，有N功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，由于流量与转速n的一次方成正比；扬程与转速n的平方成正比；轴功率与转速n的立方成正比，即功率与转速n成次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，取得良好的节能效果，这就是水泵调速节能原理。2 、变频调速的基本原理变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系： n（） 式中：水泵电机的电源频率（）； 电机的极对数； 由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。3 、水泵变频调速控制系统的设计目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的. 系统主要由四部分组成：(1)控制对象(2)变频调速器(3)压力测量变送器（）(4)调节器（）.系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为的交流电变成输出为连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。4、液力耦合器的调速原理和主要特性参数4.1 液力耦合器的工作原理和主要特性参数4.1.1 液力耦合器的工作原理液力耦合器是一种以液体（多数为油）为工作介质、利用液体动能传递能量的一种叶片式传动机械。按应用场合不同可分为普通型（标准型或离合型）、限矩型（安全型）、牵引型和调速型四类。用于风机水泵调速节能的为调速型，这里讨论的仅限于调速型。调速型液力耦合器主要由泵轮、涡轮、旋转外套和勺管组成，泵轮和涡轮均为具有径向叶轮的工作轮，泵轮与主动轴固定连接，涡轮与从动轴固定连接；主动轴与电动机连接，而从动轴则与风机或水泵连接。泵轮与涡轮之间无固体的部件联系，为相对布置，两者的端面之间保持一定的间隙。由泵轮的内腔P和涡轮的内腔T共同形成的圆环状的空腔称为工作腔。若在工作腔内充以油等工作介质，则当主动轴带着泵轮高速旋转时，泵轮上的叶片将驱动工作油高速旋转，对工作油做功，使油获得能量（旋转动能）。同时高速旋转的工作油在惯性离心力的作用下，被甩向泵轮的外圆周侧，并流入涡轮的径向进口流道，其高速旋转的旋转动能将推动涡轮作旋转运动，对涡轮做功，将工作油的旋转动能转化为涡轮的旋转动能。工作油对涡轮做功后，能量减少，流出涡轮后再流入泵轮的径向进口流道，在泵轮中重新获得能量。如此周而复始的重复，形成了工作油在泵轮和涡轮中的循环流动。在这个过程中，泵轮驱动工作油旋转时就把原动机的机械能转化为工作油的动能和压力势能，这个原理与叶片式泵的叶轮相同，故称此轮为泵轮；而工作油在进入涡轮后由其所携带的动能和压力势能在推动涡轮旋转时对涡轮做功，又转化为涡轮输出轴上的机械能，这个原理与水轮机叶轮的作用相同，故称此轮为涡轮。涡轮的输出轴又与风机或水泵相联接，因此输出轴又把机械能传给风机或水泵，驱动风机水泵旋转。这样就实现了电动机轴功率的柔性传递。只要改变工作腔内工作油的充满度，亦即改变循环圆内的循环油量，就可以改变液力耦合器所传递的转矩和输出轴的转速，从而实现了电动机在定速旋转的情况下对风机或水泵的无级变速。工作油油量的变化是通过一根可移动的勺管（导流管）位置的改变而实现的：勺管可以把其管口以下的循环油抽走，当勺管往上推移时，在旋转外套中的油将被抽吸，使工作腔内的工作油量减少，涡轮减速，从而使风机或水泵减速；反之，当勺管往下推移时，风机或水泵将升速。4.1.2 液力耦合器的主要特性参数表示液力耦合器性能的特性参数主要有转矩M、转速比i、转差率S、转矩系数、和调速效率v等。（1）转矩M当忽略液力耦合器的轴承及鼓风损失时，其输入转矩M1等于传递给泵轮的转矩MB，即M1=MB。其输出转矩M2与涡轮的阻力矩大小相等，方向相反，即M2=-MT。若忽略工作液体的容积损失等，则由动量矩定律及作用力与反作用力定律可以证明MB=-MT，因此有M1=M2。着就是说，液力耦合器不能改变其所传递的力矩，其输出力矩M2等于其输入力矩M1。（2）转速比i液力耦合器运行时其涡轮转速nT与泵轮转速nB之比，称为液力耦合器的转速比i，即： i = nT / nB液力耦合器在正常工作时，其转速比i必然小于1。因为若i=1，就意味着泵轮与涡轮之间不存在转速差，两者同步转动，而当泵轮与涡轮同步转动时，工作油的旋转动能是不能对涡轮作功的，也就不能传递功率。液力耦合器在设计工况点的转速比in是表示液力耦合器性能的一个重要指标，in表示涡轮转速为最大值时的转速比，通常 in 0.970.98。从液力耦合器的调速效率特性可知，in表示了液力耦合器调速效率的最高值。液力耦合器在工作时，其转速比一般在0.40.98 之内，当其小于0.4时，由于转速比小，工作腔内充油量少，工作油升温很快，工作腔内气体量大，这时工作中常会出现不稳定状况。（3）转差率S液力耦合器工作时，其泵轮与涡轮的转速差与泵轮转速之比的百分数，称为转差率，即： （21）液力耦合器的转差率除表示相对转速差的大小外，还表示在液力耦合器中功率的传动损失率。由液力耦合器的输入、输出力矩相等，即M1=M2，可得： （22）即： （23）（4）转矩系数转矩系数是液力耦合器得一个重要技术指标，它表示液力耦合器通流部分的完善程度。转矩系数越大，表示液力耦合器得动力储存也越大，亦即其传递功率和转矩得能力越大。转矩系数的值主要是由液力耦合器工作腔的几何尺寸及形状、以及工作腔流道表面的粗糙度等因素所决定的。对于已确定工作腔尺寸和形状的液力耦合器，转矩系数仅随转速比而变，即f(i)，在额定工况点的转速比in时，液力耦合器的转矩系数值约为（0.82.0）106 min2/m，GB5837-86 规定，调速型液力耦合器的转矩系数值因满足 min2/m 。（5）调速效率 （液力耦合器效率）液力耦合器的调速效率又称为传动效率。它等于液力耦合器的输出功率P2与输入功率P1之比，因为MB=-MT，故有：即： （） （24）在忽略液力耦合器的机械损失和容积损失等时，液力耦合器的调速效率等于调速比。当液力耦合器工作时的转速比越小，其调速效率也越低，这是液力耦合器的一个重要工作特性。4.2 液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果4.2.1 液力耦合器在风机水泵调速中的功率损耗由上可知，液力耦合器的调速效率等于调速比，所以液力耦合器属低效调速装置。液力耦合器在带动恒转矩负载调速工作时，转速比越小，其调速效率越低，转差功率损耗也越大；但是在带动叶片式风机水泵类平方转矩负载调速工作时，情况就不是这样了。这是因为叶片式风机水泵的轴功率与转速的三次方成正比，这时液力耦合器所传递的功率也迅速减小，转差功率损耗也就是一个很小的量了。当风机与水泵由液力耦合器驱动调速工作时，风机或水泵的输入轴与液力耦合器的从动轴相连接，故风机水泵的转速等于液力耦合器涡轮的转速，即n=nT ,而其轴功率P等于涡轮轴传递的功率，即P=PT 。根据叶片式风机水泵的比例定律可知，风机水泵的轴功率P与其转速的三次方成正比，即。当液力耦合器在最大转速比 时， 两式相除得： （25）或改写成： （26）即： （27）因为 ， 即 代入式（27）得： （28） 由式（27）和式（28）可求出液力耦合器得转差功率损失与转速比的关系为： （29） 为求出最大转差功率损耗时的转速比，可将式（29）的对i求导数，再令导数为零，求出其极值点，即可求出其极大值或极小值： 得出取得极大值得极值点为 i = 2/3 = 0.667 。把极大值代入式（29）可求出液力耦合器的最大转差功率损耗为： （210）注意：式（210）中的为 时液力耦合器涡轮所传递的功率，等于风机或水泵再最高转速时的轴功率。 亦可用相应的液力耦合器泵轮传递的功率（等于风机或水泵最高转速时电动机的输出功率）表示，由得： （211）通常，液力耦合器的 in = 0.970.98 ,代入式（2100及式（211）得： （0.1570.162）PTn = (0.1540.157) PBn (2-12) 以上通过理论分析，导出了液力耦合器的涡轮传递功率PT、泵轮传递功率PB、以及转差功率损失的计算公式；证明了液力耦合器的最低转差功率损失发生再转速比i = 2/3处。而不是转速越低，越大。由以上推导的公式可以作出叶片式风机水泵在采用液力耦合器调速时的调速效率、泵轮传递功率、涡轮传递功率、转差损失功率与转速比的关系曲线，如图18所示。图19. 叶片式风机水泵在采用液力耦合器调速时的调速效率、泵轮传递功率、涡轮传递功率、转差损失功率与转速比的关系曲线从图中可以直观地看出：随着转速比的减小，液力耦合器泵轮和涡轮所传递的功率也迅速减小，而转差损失功率PB-PT，因而当液力耦合器泵轮所传递的功率PB和涡轮所传递的功率PT都变得很小时，转差损失功率也是一个很小的量了。4.2.2 液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果例41：下面通过一个具体的例子来说明叶片式风机水泵在采用液力耦合器调速，即使工作在低转速比时，尽管其调速效率很低，但与节流调节相比，也还具有显著的节能效果。 图20 某离心式通风机的性能曲线图20所示为某离心式通风机的性能曲线，设此风机系统在未经节流调节和液力耦合器调节时，管路性能曲线经过最高效率点，即Q = 190103m3/h，p = 2809.81Pa；由于管路静压pst=0，管路性能曲线经过坐标原点，故此管路性能曲线与经过最高效率点的相似抛物线相重合（因为它们都是经过坐标原点和最佳工况点的二次抛物线）。下面分析比较将流量调节到风机额定流量的50时，即95103m3/h时，采用节流调节和液力耦合器调节时各自所需的原动机功率。先看节流调节，从图20可直接读出：当Q = 190103m3/h时，风机的轴功率为158 kW，当通过节流调节使Q = 95103m3/h时，风机的轴功率为115 kW。而通过液力耦合器调速时，水泵的性能曲线要发生变化，但管路性能曲线不变，故变速前后的运行工况点均位于管路性能曲线上，而管路性能曲线上的各点又都是相似工况点，相互之间的参数关系遵守比例定律： ; ; 故当流量下降到额定值的50时，转速应下降到额定转速的50，降速后风机所需的轴功率为：若再考虑到液力耦合器的损耗功率，则得实际所需的原动机功率。由式（24）可知，液力耦合器的调速效率等于调速比，当转速比i=0.5时，调速效率也等于0.5，这就意味着从液力耦合器输入的功率只有一半为有效功率，而另一半则要损耗掉！因此，原动机的输出功率应为19.75+19.75=39.5kW。可见，当把风量调节到额定风量的50时，尽管在液力耦合器中要产生较大的损耗，但它较之节流调节来说，所损耗的原动机功率仍然要少得多，比节流调节少消耗115-39.5=75.5kW，其节约的功率还是相当可观的，节电率达65.7%。当然，这只是粗略的计算，实际上液力耦合器的冷却水系统和油泵系统等辅助设备以及液力耦合器的机械损失和容积损失也要消耗一定的功率（一般为额定传动功率的34），故实际节约的功率比上述计算结果要少一些，约在70kW左右，节电率约为60%。例42：某锅炉给水泵的性能曲线如图6所示，其在额定转速下运行时的运行工况点为M，相应的Q.M=380m3/h。现欲通过变速调节，使新运行工况点M的流量减为190m3/h，试问其转速应为多少？（额定转速为2950r/min）变速调节时管路性能曲线不变，而泵的运行工况点必在管路性能曲线上，故M点可由QM=190m3/h处向上作垂直线与管路性能曲线相交得出（见图6），由图可读出M点的扬程HM1=1670m。M/与M不是相似工况点，需在额定转速时的H-Q 曲线上找出M的相似工况点A，以便求出M的转速。过M/点作相似抛物线，由相似定律可推得:为把相似抛物线作到图4上，上式（H=0.046Q2）中H与Q的关系列表如下：Q(m3/h)0100200220240H(m)0460184022262650把列表中数值作到图4上，此过M点的相似抛物线与额定转速下H-Q相交于A点。由图可读出 QA=227m3/h，HA=2360m，故得: (r/min)或 (r/min)上述两式得出的结果略有不同是因作图及读数误差引起的。从计算结果知，此泵装置因管路静扬程Hst很高，故当流量减少到原流量的50%时，其转速只降到原转速的2469/2950 =83.7%，而不是50%。若锅炉给水泵电动机的额定功率为2300kW，节流调节到50流量时的实际消耗功率为2000kW，试计算采用液力耦合器调速的节能效果。由以上的计算可知，当转速下降到2469r/min，即额定转速的83.7%时，流量为190t/h， 即额定流量的50%，压力为16.7MPa，略高于锅炉汽包压力，为了保证汽包顺利进水，转速已不能再下降了。所以其调速范围为83.7%100%，当水泵转速为额定转速的83.7%时，由P/P=(n/n)3，其轴功率P=1173kW，因为液力耦合器的调速效率等于调速比，这时液力耦合器的输入功率为1173kW/83.7% = 1400kW,再加上液力耦合器本身的损耗，输入功率约为1480kW，最大节电率约为30%左右。与上面的风机相比，同样是50流量，节电率却相差一半。5、水泵变频调速和液力耦合器调速对比计算在液力耦合器调速的基础上进行变频调速节能改造，尽管在低转速时也有很高的节电率，但其最大节电量也不超过额定传送功率 (Pec)的18（发生在三分之二额定转速时）。用变频器取代液力耦合器调速的节能计算：一般可以认为变频器的损耗和液力耦合器的机械损失和容积损失相当，则节电率的计算可以简化为： 节电率 = 100 调速比。在采用变频器时，如果保留其液力耦合器的话，其节电率相差1215！ 节电率 = 100 调速比 （1215）所以当采用变频器取代液力耦合器进行水泵节能改造时，不去掉液力耦合器是毫无意义的 ！ （见下例）例43：某锅炉给水泵不同调速方式的节能对比计算。取水泵的静扬程为全扬程的60，根据液力耦合器的调速效率等于调速比，和液力耦合器的机械损失和容积损失等于额定传动功率的34（取3.6%），以及变频器的效率为9497计算，结果列于下表。由下表可见，由于水泵的静扬程较大（额定扬程的60），转速比大大减小，变速调节的节能效果也大大减小： 流量百分比（）转速百分比（%）变速调节理论轴功率（）节流调节电功率（）液力偶合器调节电功率（）液力偶合器节电率（）变频调速电功率（）变频调速节电率（）两种调速节电率之差（）变频器相对液耦节电率（） 100100. 100. 100 106 103 3. 9095.7 87.6 98 95.5 2.55 90.6 7.55 5. 5.1 8093.3 81.2 96 91.0 5.2 84.4 12.1 6.9 7.3 6791.0 75.4 94 86.6 7.7 79.6 15.3 7.6 8.1 6088.8 70.0 92 82.5 10.3 74.3 19.2 8.9 9.9 5086.6 64.9 90 79.0 12.2 69.2 23.1 10.912.4 4084.5 60.3 88 75.4 13.0 65.0 26.2 13.213.86、 液力耦合器调速和变频调速的主要优缺点比较6.1 液力耦合器调速的主要优缺点液力耦合器用于叶片式风机水泵的变速调节时，具有以下优点：（1）可实现无级调速。在液力耦合器输入转速不变的情况下，可以输出无级连续变化的、且变化范围很宽的转速。当转速变化较大时，与节流调节相比较，有显著的节能效果。（2）可实现电动机的空载启动，降低启动电流。因而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资。（3）可隔离震动。液力耦合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作液体传递，是柔性连接。当主动轴有周期性的震动（如扭震等）时，不会传到从动轴上，具有良好的隔震效果。能减缓冲击负荷，延长电动机和风机水泵的机械寿命。（4）过载保护。由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮和涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，甚至当风机或水泵等负载机器制动时，原动机或电动机仍能继续运转而不致被烧毁，风机与水泵也可受到保护。同时装在液力耦合器上的易熔放油塞还能及时地把流道热油自动排空，切断转矩的传递。（5） 除轴承外无其它磨损部件，故工作可靠，能长期无检修运行，寿命长。（6）工作平稳，可以和缓地启动、加速、减速和停车。（7）便于控制。液力耦合器是无级调速，便于实现自动控制，适用于各种伺服系统控制。（8）能用于大容量风机与水泵的变速调节，目前单台液力耦合器传递的功率已达20MW以上。液力耦合器的主要缺点是：（1）和节流调节相比，增加了初投资，增加了设备安装空间。大功率的液力耦合器除本体设备外，还要一套诸如冷油器等辅助设备和管路系统。（2）由于液力耦合器的最大转速比为in = 0.970.98，故液力耦合器输出的最大转速要比输入转速低。因此在选择风机与水泵时，要按照液力耦合器的最大输出转速确定其容量，而不能用电动机的额定转速来确定风机与水泵的容量。此外考虑到液力耦合器的转差损失（23）、升速齿轮损失（1.53）、机械损失和容积损失及油泵功率消耗（总计小于1）等因素，电动机的容量亦要稍增大些。（3）当液力耦合器的转矩一定而转速比较低时，不仅液力耦合器的体积和重量将增加，而且调速的延迟时间增大，反应变慢，当转速比小于0.4时，还会使工作不稳定，因此液力耦合器最适用于较高转速的风机水泵调速的场合。（4）液力耦合器在运转中随着负载的变化，其输出转速也要相应的变化，所以不能保持精确的转速比，因此不适用于要求精确转速的场合。（5）液力耦合器一旦发生故障，被拖动的负载也就不能工作。（6）虽然液力耦合器用于风机水泵调速时具有显著的节能效果，但是由于液力耦合器的调速效率等于转速比，产生的转差损耗还是较大的，因此液力耦合器仍属低效调速装置。6.2 变频调速的主要优缺点变频调速的主要优点是：（1）可实现平滑的无级调速，且调速精度高，转速（频率）分辩率高。（2）调速效率高。变频调速的特点是在频率变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，基本上保持额定转差率，转差损失不增加。变频调速时的损失，只是在变频装置中产生的变流损失，以及由于高次谐波的影响，使电动机的损耗有所增加，相应效率有所下降。所以变频调速是一种高效调速方式。（3）调速范围宽，一般可达101（505Hz）或201（502.5Hz）。并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率V。所以变频调速方式适用于调速范围宽，且经常处于低转速状态下运行的负载。（4）功率因数高，可以降低变压器和输电线路的容量，减少线损，节省投资。或在同样的电源容量下，可以多装风机或水泵负载。（5）变频装置故障时可以退出运行，改由电网直接供电（工频旁路）。这对于泵或风机的安全经济运行是很有利的。如万一变频装置发生故障，就退出运行，不影响泵与风机的继续运行；又如在接近额定频率（50Hz）范围工作时，由变频装置调速的经济性并不高，变频装置可退出运行，由电网直接供电，改用节流等常规的调节方式。（6）变频装置可以兼作软起动设备，通过变频器可将电动机从零速起动连续平滑加速直致全速运行。变频软起动是目前最好的软起动方式，变频器是目前最好的软起动设备。变频调速的主要缺点是：（1）目前，变频调速技术在高压大容量传动中推广应用的主要问题有两个：一个是我国发电厂辅机电动机供电电压高（310KV），而功率开关器件耐压水平不够，造成电压匹配上的问题；二是高压大功率变频调速装置技术含量高、难度大，因而投入也高，而一般风机水泵节能改造都要求低投入，高回报，从而造成经济效益上的问题。这两个问题是它应用于风机水泵调速节能的主要障碍。（2） 因电流型变频器输出电流的波形和电压型变频器输出电压的波形均为非正弦波形而产生的高次谐波，对电动机和供电电源会产生种种不良影响。如使电动机附加损耗增加、温升增高，从而使电动机的效率和功率因数下降，出力受到限制，噪声增大以及对无线电通信干扰增大等。同时，高次谐波会引起电动机转矩产生脉动，其脉动频率为6kf(k=1，2，3)。当转矩脉动频率较低并接近装置系统的固有频率时，可能产生共振现象。因此，装置系统必须注意避免在共振点附近运行。如采用PWM变频器或采用多重化技术的电流型和电压型变频器，其输出波形大为改善，高次谐波大大减少，所以这个问题可以得到大大的改善。液力耦合器虽然属于低效调速方式，但是即使在低转速比时，相对于节流调节方式而言，也有明显的节能效果。且因其投资少，见效快，资金回收周期短，在老设备的改造中，容易收到明显的节能效益。变频调速因其调速效率高，力能指标（功率因数）高，调速范围宽，调速精度高等优势，又可以实现软起动，减少电网的电流冲击及设备的机械冲击，延长设备使用寿命，对于大部分采用笼型异步电动机拖动的风机水泵，不失为目前最理想的调速方案。XXXX发电厂#1、#2机组设计出力330MW，设计每台机组配备两台兰州明德安全技术有限公司生产的DGC85-80X4型磁力驱动式低加疏水泵，正常运行时一运行，一备用。低加疏水泵电动机为西安西玛电机有限公司生产的Y315L2-2B3型三相异步电动机，其设计额定功率为185KW，额定电流为338A，2012年上半年平均正常运行电流约280A左右，电动机设计冗余容量大。低加疏水泵采用出口调阀调整低加疏水箱水位，节流损失大。（二）进行的必要性： 在电力生产过程中，为适应系统水量的变化，调节出水流量，通常采用两种方法来完成流量的连续调节。一种是利用控制阀或节流阀进行节流，以改变出水流量；另一种是泵的调速控制，调节泵的转速来改变出水流量。图1为水泵调速时的全扬程特性（HQ）曲线。图1 水泵调速时的H-Q曲线在上图中，曲线n0表示，管路中阀门开度不变时，水泵在额定转速下的扬程流量曲线。R1表示水泵转速不变时，全扬程与流量之间的关系曲线，又称管阻特性曲线。H0为供水量Q接近0时，所需的扬程等于实际扬程，其物理意义是：如果全扬程小于实际扬程，系统将不能正常运行。由上图可知，水泵的扬程特性曲线和管网的管阻特性曲线有交叉点，这个点就是水泵工作时既满足扬程特性又满足管阻特性，供水系统工作于平衡状态，系统稳定运行。在使用管道阀门控制时，当流量要求从QA减小到QB，就必须减小阀门开度。这时供水管道的阻力变大，管阻特性曲线从R1移到R2，扬程则从HA上升到HB，运行工况点从A点移到B点。在使用水泵调速控制时，当流量要求从QA减小到QB，由于阀门开口度不变，管道的阻力曲线R不变，此时水泵的特性取决于其转速。如果把速度从n0降到n1，运行工况点则从A点移到C点，扬程从HA下降到HC。根据离心泵特性曲线公式：其中：P为泵使用的工况点轴功率（KW）；Q为使用工况点的水压或流量（m2/s）；H为使用工况点的扬程（m）；为输出介质的密度（kg/m3）；为使用工况点的泵的效率（%）。由公式1，可得出在使用阀门调节时，水泵运行在B点的轴功率，和用转速调节时，水泵运行在C点的轴功率分别为：两个工况点的水泵轴功率之差为：（B、C两工况点输出介质流量Q相等）由公式2可以看到，要求相同的流量时，若是使用阀门调节来控制流量，则相对于水泵转速调节，有P的功率被损耗浪费了。并且随着阀门的不断关小，这个损耗还要增加。根据水泵的相似原理可知：当水泵速度变化时，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。从这一比例定律关系可见，同一台泵在转速变化时，泵的主要性能参数将按上述比例定律变化并且在变化过程中保持效率基本不变。由此可见，采用调节转速的方法来调节流量，电动机所取用的电功率将大为减少。在火力发电厂，水泵流量的减少是因为生产工艺的需要，通常是以调节水泵输出阀门，人为改变管网特性，使水泵工作点由A点变到B点，从而达到主动调节流量的目的。图13从图13可以看出水泵调速运行时，水泵工作特性的变化情况。曲线分别为水泵按N1 、N2和N3三种速度运行时的特性曲线，曲线为管网特性曲线。如果管网特性不变，保持为曲线，水泵由N1转速调节到N2速运行时，水泵的工作点将由A点变到B点，流量和水压分别变到Q2和H2，它们都随着转速的下降而下降。负载特性不变时，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间满足如下关系：QN，HN2,PN3。但如果是外界因素导致管网特性发生变化（由曲线变为曲线），使得流量减少为Q3，但又要维持水压不变，这时水泵可以将速度调节到N3运行，从工作曲线中可以看出，水泵的转速和输出流量下降，但水泵的输出压力却保持不变，这就是为什么流量变化时，可以通过调节水泵转速实现恒压供水的理论依据。这种情况下，由于管网特性的改变，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间不再满足QN、HN2、PN3的关系，并不是转速下降其水压就下降，水泵速度下降且其分担的流量下降后，只要其输出水压不变，就可以和其他高速水泵并联运行。当外部管路特性不变时，如果通过水泵调速方式改变流量，则工作点由A点降到B点；如果水泵定速运行，通过阀门改变流量，则水泵从A点变为C点。水泵在B、C两工作点的输出功率和输出功率差分别为：PC=H3Q2, PB =H2Q2； 图14假设水泵在B、C两点效率差别不大，都约为，则调速方式相对于关阀方式，节能效益P(H3H2) Q2/ 。如果外部管路特性变化而调速时要求水压恒定。此时流量由流量由Q1变为Q2。图15如果水泵定速运行，工作点将由A变为C点；如果通过调速方式，水泵工作点将由A变为B点。水泵在B、C两点的输出功率差为： PCPB（H3H2）Q2。假设水泵在B、C两个工作点的效率差别不大，都为，则水泵输入功率差P(H3H2) Q2/ 。 （6）水泵调速运行节能效益计算实例水泵调速节能效益与水泵的特性、运行方式、电费水平等多种因素有关，由于这些因素在不同场合下千差万别。计算节能效益时对工况作如下假设： 水泵功率为1000KW，年运行时间8000小时，其中1600小时（即20%时间）为100%流量，4000小时（即50%时间）为70%流量，2400小时（即30%时间）为50%流量，调速装置效率为96%，假设水泵流量Q和压力H在采用阀门调节流量时近似满足如下关系：H=A-(A-1)Q2，其中A为水泵出口封闭时的出口压力，假设为140%，假设电费为0.7元/度。采用阀门调节时电耗计算：采用阀门调节流量时，功耗等于流量Q和压力H的乘积。各种流量的功耗计算如下：P100%=1000KWP70%=10000.7（1.4-0.40.70.7）=842.8KWP50%=10000.5（1.4-0.40.50.5）=650KW电费计算如下：10001600+842.84000+6502400=6531200度，一年电费约457万元。采用调速且要求水压恒定时电耗计算：采用调速水泵调节流量时，如果需要压力恒定，则功耗仍然按流量Q和压力H的乘积计算。各种流量的功耗计算如下（其中0.97为调速装置效率）：P100%=1000/0.97=1031KWP70%=10000.71/0.97=722KWP50%=10000.51/0.97=515KW电费计算如下：10311600+7224000+5152400=5773600度，一年耗电费约404万元。流量变化时，如果要求压力不变，相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约457-404=53万元。管路特性不变没有压力要求时的电耗计算：采用调速水泵调节流量时，如果没有压力要求，即假定外部管阻特性不变，则功耗正比于流量的立方。各种流量的功耗计算如下（其中0.97为变频器效率）： P100%=1000/0.97=1031KW P70%=10000.343/0.97=354KW P50%=10000.125/0.97=129KW电费计算如下：10311600+3544000+1292400=3375200度，一年耗电费约236万元。流量变化时，如果外部管阻特性不变（即流量小时，压力也小，调速时对压力不作要求），相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约457-236=221万元，节电量达到48 %，节能效益非常显著。异步电动机在启动时启动电流一般能达到额定电流的48倍，对厂用电形成冲击，同时强大的冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很大不利影响。变频调速装置可以优化电动机运行状态，提高低加疏水泵的运行效率，达到火力发电厂节能降耗的目的，有效地降低厂用电率。三、方案论证：（一）方案描述： 1号机B低加疏水泵、2号机A低加疏水泵电机各采用一套低压变频装置，利用变频来改变电动机转速（或根据现场实际，用一拖一的方式，实现对两台低加疏水泵的电机变频调速），提高低加疏水泵的运行效率；1号机B低加疏水泵变频柜安装在1号机汽机PC B段南侧，2号机A低加疏水泵变频柜安装在2号机汽机PC A段南侧，把原来动力电缆接头从开关下侧移至变频柜输出接线端子上，在用相同规格的电缆把开关与变频器相连，系统改造前后示意图如下:系统改前示图：系统改后示图：（二）预期达到的效果：1、通过变频改造后，低加疏水泵电机能够根据机组负荷大小自动调节转速，实现设备的软停车、无级调速，将电动机起动电流降低到额定电流1.5倍左右，使电动机的电气部分和轴承机械承受的冲击大为减小，同时有效避免了管道内的水锤效应，避免了管道流量的突变，减少了爆管、滴漏的发生机率。更重要的是，能够实现与供电频率成立方比例的轴功率大幅降低，极大