吴丽华 陈清

摘 要：华电能源股份有限公司富拉尔基热电厂#5汽轮机组给水泵投产于20世纪80年代，运行以来，给水泵耗电量和用电率都偏大。因此，该热电厂提出节能改造方案，通过增加给水泵电动机高压变频器，保留给水泵液力耦合器并将其改造成工变频切换型多功能液力耦合器。研究结果表明，这样可以降低发电成本和厂用电率，有效实现节能降耗，提高热电厂经济效益。

关键词：热电厂;给水泵;高压变频器;液力耦合器

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）02-0071-03

Research on Reformation of Feedwater Pump of Steam Turbine Unit in Thermal Power Plant

WU Lihua CHEN Qing

（Guodian Nanjing Automation Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 210032）

Abstract： The #5 steam turbine unit feedwater pump of Fulaerji Thermal Power Plant of Huadian Energy Co.， Ltd. was put into production in the 1980s， since operation， the power consumption and power consumption rate of the feedwater pump were relatively high. Therefore， the thermal power plant proposed an energy-saving transformation plan， namely retaining the feedwater pump hydraulic coupler and transforming it into an industrial frequency conversion switching multifunctional hydraulic coupler by adding a high-voltage inverter for the feedwater pump motor. The research results show that this can reduce power generation costs and plant power consumption rates， effectively achieve energy saving and consumption reduction， and improve the economic benefits of thermal power plants.

Keywords： thermal power plant;feedwater pump;high-voltage inverter;hydraulic coupler

能源是人類生存和发展的重要物质基础，随着全球人类活动的加剧，能源将成为今后相当长时期内制约经济发展的突出瓶颈[1]。因此，节能减排、降低能耗、提高能源利用率就显得尤其重要。电厂作为国内的能源消耗大户，通过改造，人们能降低其耗电量、优化其调速方式，那么推广类似的改造就很有必要。现结合富拉尔基电厂实际情况，通过对汽轮机组给水泵进行改造，对其改造经济性进行分析。

1 机组概况

华电能源股份有限公司富拉尔基热电厂#5汽轮机组投产于20世纪80年代中期。设置了两台100%容量的电动给水泵，型号为50CHTA，进水流量为699 t/h，扬程为1 760 m，进水压力为1.5 MPa，出水压力为15 MPa。一台运行，一台备用。电动机额定电压为6 kV，电动机（5 500 kW、596 A、1 492 r/min）通过调速型液力耦合器驱动给水泵。前置泵型号为YNKH400/300，进水温度为160 ℃，进水压力为0.7 MPa，流量为834 t/h，扬程为110 m。据统计，机组给水泵耗电量占发电量的2.05%，占发电厂用电率的近20.5%，严重影响发电成本，影响能源消耗。因此，对电动给水泵的调速方式进行优化和改造是十分必要的。

2 节能改造方案

液力偶合调速电动给水泵是发电厂生产过程的主要辅机之一，因液力耦合器相对于定速泵+调节阀的控制方式有着无级调速的优点，我国在20世纪80年代开始从国外引进该技术并逐步实现其国产化，一段时期内，其广泛应用于200 MW和300 MW等级的机组中，但因其调速转换效率随着转速降低而下降，综合效率相对较低[2]。另外，液力耦合器属于转差损耗型调速装置，在调速的过程中，转差功率以热能的形式损耗在油中，额外增加了能耗[3]。改造前给水泵机组系统如图1所示。针对富拉尔基热电厂的实际情况，采用“给水泵变频、耦合器联合调速”方案。该方案技术特点为增加给水泵电动机高压变频器，保留给水泵液力耦合器，给水泵正常工作时液力耦合器勺管固定置位在100%，给水泵应用高压变频器调速。因给水泵电机采用变频调速，转速可能最低至1 000 r/min，为确保工作油压和润滑油压，人们需要外置或增减外置补偿油泵。改造后示意图如图2所示。液力耦合器改造方案是，液力耦合器不动，将液力耦合器改造成工变频切换型多功能液力耦合器方案。所谓工变频切换型多功能液力耦合器，就是保留液力耦合器不动，应用泵论调速法对液力耦合器内部结构和系统进行改造，使同一台液力耦合器具有两种运行方式（工频定速输入时，作为调速型液力耦合器;变频调速输入时，作为增速齿轮箱），而且两种运行方式可以切换运行。实现这一改造后，液力耦合器具有两种功能，一是工频运行时的液力耦合器的调速功能，二是变频调速运行时的增速齿轮箱的输出功能。两种功能可以互相切换。

具体改造方法是，对液力耦合器内部结构和系统进行改造，解除由液力耦合器输入轴通过齿轮驱动的润滑油泵和工作油泵，在润滑油系统和工作油系统安装两台润滑油泵，两台工作油泵，一用一备，润滑油泵和工作油泵的安装位置选在距离液力耦合器油箱较近处，使液力耦合器油箱油位对油泵产生倒灌扬程。

#5机机组配置2台全容量给水泵，运行方式为一运一备，调速方式为液力耦合器调节。

#5机组2台给水泵组排列布置于汽机厂房零米基准面（水平面），泵组南面-2 m布置叠式工作冷油器及润滑冷油器。冷油器油管路、冷却水管路布置均在-2～0 m。耦合器油箱正常油位与零米高度介于150～200 mm，不能满足多功能油泵吸入高度扬程要求。多功能油泵需要安装在汽机零米地面以下。液力耦合器油系统原供油方式结构为同轴驱动安装一体的工作油泵和润滑油泵，工作油系统和润滑油系统分路供油互不关联。辅助润滑油泵配置流量约为350 L/min，润滑油压正常值为0.12～0.25 MPa，工作油泵流量约为250 L/min，工作油压正常值为0.12～0.30 MPa。根据以上原有管路布置、油系统参数、液力耦合器的构造特点，将其改造成工变频切换型液力耦合器，多功能油泵和油管路的安装布置采取以下方案。

根据现场实际测量，为方便运行人员检查和检修人员维护，外置多功能油泵安装在零米侧面较为合适。为满足多功能油泵吸入高度扬程，多功能油泵安装位置挖2 800 mm×3 000 mm×-700 mm基础坑，多功能工作油泵及多功能润滑油泵入口管路与油箱连接处开孔尺寸为300 mm×-1 500 mm。油箱运行最低油位与多功能油泵布置高度为600～700 mm，以满足油泵的允吸高度要求。原润滑油泵流量约为350 L/min，出口压力最高值为0.30 MPa，现润滑油泵流量为350 L/min，出口压力最高值为0.36 MPa，减去管道阻力损失，能够满足润滑油压正常值（0.12～0.25MPa）。原工作油泵流量约为200 L/min，出口压力最高值为0.33 MPa，现多功能工作油泵选用2台（一工一备），流量为250 L/min，出口压力最高值为0.33 MPa，减去管道阻力损失，与工作油泵正常值0.12～0.25MPa的油压相符。

此次改造安装2台多功能工作油泵（一工一备），安装2台多功能润滑油泵（一工一備），随机同步运行。重新配置外置多功能油泵管路。将液力耦合器油箱内油排尽，解体耦合器箱盖，吊出液力耦合器。拆除液力耦合器输入端与箱体内主油泵（工作油泵及润滑油泵）传动齿轮，拆除同轴驱动的工作油泵和润滑油泵。油箱充入经检验合格的油品并进行油循环，试运时根据油泵出口压力，调整工作油压及润滑油压。油循环中检查新配置的管路、油泵、法兰连接处渗漏油点并消除。同时，对给水泵电机进行变频改造，采用“一拖二”的运行方式，即一台变频器带两台给水泵电机，任何时候变频器只带其中一台给水泵变频运行，另一台工频备用。

两台泵间的变频切换如下：通过切换，两台泵都可以变频运行，两台泵也都可以工频运行;可以在给水泵停止状态下切换，也可以在给水泵运行状态下切换，这种方式既满足给水泵的运行要求，也使得变频器的使用效率得到提高。

3 改造后节能效果分析

根据现场工况调查可知，#5机组给水泵电机几种常见负荷下的基本运行参数如表1所示。

3.1 变频改造前给水泵工频功率

变频改造前，给水泵工频功率计算公式为：

[P1=U×I×1.732×cosφ×η]                 （1）

式中，[P1]为单一负荷下工频运行功率，kW;[U]为电机电压，kV;[I]为电机电流，A;[cosφ]为单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数;[η]为电机效率，一般为0.95。

根据式（1）计算改造前的给水泵工频功率，60%负荷下[P1]=3 076 kW，70%负荷下[P1]=3 284 kW，80%负荷下[P1]=3 528 kW。

3.2 变频改造后给水泵工频功率

变频改造后，给水泵工频功率计算公式为：

[P2=Q×H×ρ102×3 600/η2×η3×η1]           （2）

式中，[P2]为变频改造后的给水泵工频功率，kW;[Q]为单一负荷的运行流量，m3/h;[H]为单一负荷的压力，m;[ρ]为流体密度;[η1]为液耦装置效率，一般为0.97;[η2]为水泵效率，改造后取效率最高值，一般为0.76～0.86，此处取0.86;[η3]为变频装置效率，一般为0.90～0.97，此处取0.95。

根据式（2）计算改造后的给水泵工频功率，60%负荷下[P2]=1 959 kW，70%负荷下[P2]=2 203 kW，80%负荷下[P2]=2 392 kW。

3.3 单台机组给水泵电机变频改造后的节电率

单台机组给水泵电机变频改造后，60%负荷下节电率为：

[η=P1-P2P1=3 076-1 959/3 076=36.3%]      （3）

单台机组给水泵电机变频改造后，70%负荷下节电率为：

[η=P1-P2P1=3 284-2 203/3 284=32.9%]      （4）

单台机组给水泵电机变频改造后，80%负荷下节电率为：

[η=P1-P2P1=3 528-2 392/3 528=32.2%]      （5）

考虑变频器自身损耗及其他环节不可避免的损耗约5%，变频改造后，机组给水泵相对节电率如表2所示。

3.4 节电计算

机组年运行4 200 h，上网电价（不含税）为0.277 19元/（kW·h），经计算，60%负荷年节约电费=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×25%×（3 076 kW-1 959 kW）=32.51万元;70%负荷年节约电费=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×37.5%×（3 284 kW-2 203 kW）=47.2万元;80%负荷年节约电费=0.277 19元/（kW·h）×4 200 h×37.5%×（3 528 kW-2 392 kW）=49.6万元。

根据上述计算结果，单台给水泵变频改造后，预计年节约电费129.31万元。

由于机组负荷和运行时间每年都不是固定的，实际节能节电效果略有差异，但对比改造前，对给水泵进行改造的效果还是很明显的。

4 结语

通过对富拉尔基热电厂给水泵进行技术改造可以看到，采用“给水泵变频、耦合器联合调速”方案，能有效减少厂用电，降低煤耗，提高机组经济性。改造工程可以跟厂内机组大修同时进行，减少停机时间，两者相结合，既响应了国家节能减排的要求，又促进了热电厂的可持续发展。

参考文献：

[1]张振华.高压变频器在燃机电厂给水泵改造中的应用[J].能源与节能，2016（3）：19-20.

[2]曹锐杰.300 MW机组电动给水泵变频改造应用[J].山西电力，2015（2）：62-65.

[3]韩靖.电动给水泵变频改造与节能分析[J].节能环保与生态建设，2015（4）：4-5.