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摘要：介绍了320 MW机组循环水泵电机双速改造的应用情况，对比分析了改造前后机组运行的参数以及改造后取得的节能效益。结果表明，电机的双速改造有利于降低煤耗量和厂用电量，提高机组运行的经济性。
关键词：循环水泵;双速电机改造;节能增效
0 引言
目前，火力发电仍占据我国电力行业的主导地位[1]。火电厂主要的高耗能设备为引风机、送风机、给水泵和循环水泵等大型的风机和水泵机组以及磨煤机等燃料处理设备，占据了发电厂用电量的主要份额。降低泵与风机等大型设备的功耗对于降低生产用电率，提高机组的效率起到至关重要的作用。循环水泵作为发电厂中的高耗能设备，其主要功能是实现冷却水在凝汽器和冷却塔中的循环，对凝汽器内部的蒸汽进行冷却[2]。循环水泵的运行方式直接影响到发电厂的安全和生产用电率，对循环水泵电机进行节能改造以保证水泵的高效运行，能有效地提高机组运行的经济性[3-5]。
1 机组概况
广州珠江电厂#3机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的一次中间再热、亚临界、单轴、双缸、双排汽凝汽式汽轮机组，型号为N320-16.67/538/538。#3机组原先配套所用#5、#6循环水泵为两台由长沙工业泵厂研究所设计、湘东化工机械厂生产的1600HLB-16型循泵。循环水泵为单速运行，所用循泵台数根据机组负荷及冷却水温度进行安排。由于循环水进水温度受季节影响较大，依据往年机组运行小时数情况来看，冬季机组停运备用时间多，冬季大部分时间“两机三泵”节能措施无法执行，机组厂用电率较高。为降低机组能耗，对#5、#6循环水泵电机进行双速改造，在冷却水温低时将电机由高速切至低速运行，以达到节能增效的目的。
2 循环水泵改造状况
根据离心泵相似定律，在小范围内对泵的转速进行调整，泵效率近似不变，表示为：
式中：Q为水泵的流量;H为扬程;P为功率;n为转速。
循環水泵的功耗与其转速的三次方成正比，通过在小范围内改变电机的转速，可使循环水泵由高速运行状态切换至低速运行状态，实现循环水泵耗功量的大幅降低。
根据这一原理，对电厂#3机组原先的#5、#6循环水泵进行了整体更换改造，采用湖南湘电长沙水泵有限公司制造的型号为64LKXA-16.5，立式单级、可抽芯、导叶式混流泵;电机更换为双速电机，型号为YKKLD1250/900-16/18/
1340-1WTH，高低转速分别设定为370 r·min-1和330 r·min-1。循环水泵扬程可按下式进行计算：
式中：P1为循环泵进水压力（Pa）;P2为循环泵出水压力（Pa）;ρ为冷却水密度（kg·m-3）;z1为进水面标高（m）;z2为循环泵出水管道中心线标高（m）;v1为循环泵进水流速（m·s-1）;v2为循环泵出水流速（m·s-1）;g为重力加速度，约为9.8 m·s-2。
循环水泵有效轴功率和效率可按下式进行计算：
式中：Pu为循环水泵的有效轴功率（kW）;Q为循泵出口水流量（m3·s-1）;η为循环水泵效率（%）;Pgr为循环水泵电机有功功率（kW）;ηgr为循环水泵电机效率（%）。
经试验，电机双速改造后在高低转速下的参数对比如表1所示。
3 循环水泵运行工况说明
为探究机组运行的效率和经济性，在不同运行方式下对循环水泵进行了一系列测试。在不同机组负荷下，改造后的#5、#6循环水泵按一机两泵高速并联的方式运行，对比了改造前后循环水泵的运行参数，结果如表2所示。
在#2机组和#3机组同时运行的情况下，对比了循环水泵的运行参数。此次试验中，机组的负荷约为240 MW，#2机组匹配的循环水泵为#3和#4循泵，#3机组匹配的循环水泵为#5、#6循泵。#2机组和#3机组循环水泵的运行参数对比如表3所示。
为探究冬季#5、#6循环水泵运行经济性及较佳的并列运行方式，进行了#3机组#5、#6循环水泵高/低速与#4机组#7、#8循环水泵并列运行试验（两机三泵运行方式），包括以下3种工况：
（1）工况1：#5（低速）、#6（高速）循环水泵与#7泵并列运行;
（2）工况2：#5（低速）循环水泵与#7、#8泵并列运行;
（3）工况3：#5（高速）、#6（高速）循环水泵与#7泵并列运行。
对比试验中循环水泵运行参数如表4所示。
4 节能改造效果分析
据表2中数据，同机组负荷下，改造后的循环水泵运行过程中的机组真空和循环水流量均优于改造前。一方面，按照机组真空提高0.1 kPa可降低发电煤耗0.2 g/（kW·h），#3机组年发电量以12亿kW·h计算，可节省标准煤约240 t。按照标煤价格720元/t计算，#3机组改造后每年因煤耗量降低所节约的成本约为17.28万元。另一方面，循泵电流由于改造后电机功率因数较低，改造后高速运行电流约165 A，改造前运行电流约151 A，电机功率因数按改造后高速0.68/低速0.60、改造前0.80计算，改造后循泵高速运行较改造前每小时节电约89 kW·h。按照两台循泵一年高速运行5 800 h，电价0.45元/（kW·h）计算，则一年两台循泵高速运行节省电费约53.76万元。
据表3中数据，在保持#2机组和#3机组负荷一致的情况下，两机组运行参数基本一致，经节能改造后循泵循环水流量有所提高，循泵功率降低。#3机组循泵每小时实际消耗电量较#2机组循泵每台降低约61.2 kW，按循泵一年运行5 800 h，电价0.45元/（kW·h）计算，则#3机组循泵较#2机组循泵每年每台节约电费约15.97万元。
据表4中数据，在实行两机三泵运行策略的情况下，将电机转速由高速切换至低速能有效降低机组运行的用电量。在机组负荷为270 MW、循环水进水温度为17.3 ℃的情况下，机组真空已低于96.5 kPa，此时需要启动备用循泵，关闭循环水母管联络门，实行一机两泵运行方式。建议在冬季运行工况时，#3、#4机组同时运行时优先选择两机三泵运行;在循环水进水温度低于17 ℃时，将#5、#6循环水泵其中一台切至低速，另一台维持高速运行，对运行方式进行优化。
5 结语
火力发电厂的节能增效具有长远意义。对循环水泵电机的双速改造，能够有效降低机组煤耗和生产用电量，实现在不同季节工况下循环水泵的高效运行，提高机组运行的经济性，进而取得良好的节能效益。
[参考文献]
[1] YUAN C Q，LIU S F，FANG Z G，et al.Research on the energy-saving effect of energy policies in China：1982—2006[J].Energy Policy，2009，37（7）：2475-2480.
[2] 马岩昕.300 MW机组循环水泵双速节能的技术改造[J].电力安全技术，2018，20（3）：49-51.
[3] 鲍金春.循环水泵双速电机的节能改造[J].华电技术，2011，33（9）：59-60.
[4] 吴超.火电厂循环水泵电机双速节能改造可行性分析及实施[J].价值工程，2014，33（30）：83-84.
[5] 方昌勇，陈更.双速改造在发电厂循泵电机节能中的应用[J].浙江电力，2011，30（12）：74-77.
收稿日期：2021-06-28
作者简介：庞庆勋（1973—），男，辽宁开原人，工程师，研究方向：电厂高效运行与节能。
关键词：循环水泵;双速电机改造;节能增效
0 引言
目前，火力发电仍占据我国电力行业的主导地位[1]。火电厂主要的高耗能设备为引风机、送风机、给水泵和循环水泵等大型的风机和水泵机组以及磨煤机等燃料处理设备，占据了发电厂用电量的主要份额。降低泵与风机等大型设备的功耗对于降低生产用电率，提高机组的效率起到至关重要的作用。循环水泵作为发电厂中的高耗能设备，其主要功能是实现冷却水在凝汽器和冷却塔中的循环，对凝汽器内部的蒸汽进行冷却[2]。循环水泵的运行方式直接影响到发电厂的安全和生产用电率，对循环水泵电机进行节能改造以保证水泵的高效运行，能有效地提高机组运行的经济性[3-5]。
1 机组概况
广州珠江电厂#3机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的一次中间再热、亚临界、单轴、双缸、双排汽凝汽式汽轮机组，型号为N320-16.67/538/538。#3机组原先配套所用#5、#6循环水泵为两台由长沙工业泵厂研究所设计、湘东化工机械厂生产的1600HLB-16型循泵。循环水泵为单速运行，所用循泵台数根据机组负荷及冷却水温度进行安排。由于循环水进水温度受季节影响较大，依据往年机组运行小时数情况来看，冬季机组停运备用时间多，冬季大部分时间“两机三泵”节能措施无法执行，机组厂用电率较高。为降低机组能耗，对#5、#6循环水泵电机进行双速改造，在冷却水温低时将电机由高速切至低速运行，以达到节能增效的目的。
2 循环水泵改造状况
根据离心泵相似定律，在小范围内对泵的转速进行调整，泵效率近似不变，表示为：
式中：Q为水泵的流量;H为扬程;P为功率;n为转速。
循環水泵的功耗与其转速的三次方成正比，通过在小范围内改变电机的转速，可使循环水泵由高速运行状态切换至低速运行状态，实现循环水泵耗功量的大幅降低。
根据这一原理，对电厂#3机组原先的#5、#6循环水泵进行了整体更换改造，采用湖南湘电长沙水泵有限公司制造的型号为64LKXA-16.5，立式单级、可抽芯、导叶式混流泵;电机更换为双速电机，型号为YKKLD1250/900-16/18/
1340-1WTH，高低转速分别设定为370 r·min-1和330 r·min-1。循环水泵扬程可按下式进行计算：
式中：P1为循环泵进水压力（Pa）;P2为循环泵出水压力（Pa）;ρ为冷却水密度（kg·m-3）;z1为进水面标高（m）;z2为循环泵出水管道中心线标高（m）;v1为循环泵进水流速（m·s-1）;v2为循环泵出水流速（m·s-1）;g为重力加速度，约为9.8 m·s-2。
循环水泵有效轴功率和效率可按下式进行计算：
式中：Pu为循环水泵的有效轴功率（kW）;Q为循泵出口水流量（m3·s-1）;η为循环水泵效率（%）;Pgr为循环水泵电机有功功率（kW）;ηgr为循环水泵电机效率（%）。
经试验，电机双速改造后在高低转速下的参数对比如表1所示。
3 循环水泵运行工况说明
为探究机组运行的效率和经济性，在不同运行方式下对循环水泵进行了一系列测试。在不同机组负荷下，改造后的#5、#6循环水泵按一机两泵高速并联的方式运行，对比了改造前后循环水泵的运行参数，结果如表2所示。
在#2机组和#3机组同时运行的情况下，对比了循环水泵的运行参数。此次试验中，机组的负荷约为240 MW，#2机组匹配的循环水泵为#3和#4循泵，#3机组匹配的循环水泵为#5、#6循泵。#2机组和#3机组循环水泵的运行参数对比如表3所示。
为探究冬季#5、#6循环水泵运行经济性及较佳的并列运行方式，进行了#3机组#5、#6循环水泵高/低速与#4机组#7、#8循环水泵并列运行试验（两机三泵运行方式），包括以下3种工况：
（1）工况1：#5（低速）、#6（高速）循环水泵与#7泵并列运行;
（2）工况2：#5（低速）循环水泵与#7、#8泵并列运行;
（3）工况3：#5（高速）、#6（高速）循环水泵与#7泵并列运行。
对比试验中循环水泵运行参数如表4所示。
4 节能改造效果分析
据表2中数据，同机组负荷下，改造后的循环水泵运行过程中的机组真空和循环水流量均优于改造前。一方面，按照机组真空提高0.1 kPa可降低发电煤耗0.2 g/（kW·h），#3机组年发电量以12亿kW·h计算，可节省标准煤约240 t。按照标煤价格720元/t计算，#3机组改造后每年因煤耗量降低所节约的成本约为17.28万元。另一方面，循泵电流由于改造后电机功率因数较低，改造后高速运行电流约165 A，改造前运行电流约151 A，电机功率因数按改造后高速0.68/低速0.60、改造前0.80计算，改造后循泵高速运行较改造前每小时节电约89 kW·h。按照两台循泵一年高速运行5 800 h，电价0.45元/（kW·h）计算，则一年两台循泵高速运行节省电费约53.76万元。
据表3中数据，在保持#2机组和#3机组负荷一致的情况下，两机组运行参数基本一致，经节能改造后循泵循环水流量有所提高，循泵功率降低。#3机组循泵每小时实际消耗电量较#2机组循泵每台降低约61.2 kW，按循泵一年运行5 800 h，电价0.45元/（kW·h）计算，则#3机组循泵较#2机组循泵每年每台节约电费约15.97万元。
据表4中数据，在实行两机三泵运行策略的情况下，将电机转速由高速切换至低速能有效降低机组运行的用电量。在机组负荷为270 MW、循环水进水温度为17.3 ℃的情况下，机组真空已低于96.5 kPa，此时需要启动备用循泵，关闭循环水母管联络门，实行一机两泵运行方式。建议在冬季运行工况时，#3、#4机组同时运行时优先选择两机三泵运行;在循环水进水温度低于17 ℃时，将#5、#6循环水泵其中一台切至低速，另一台维持高速运行，对运行方式进行优化。
5 结语
火力发电厂的节能增效具有长远意义。对循环水泵电机的双速改造，能够有效降低机组煤耗和生产用电量，实现在不同季节工况下循环水泵的高效运行，提高机组运行的经济性，进而取得良好的节能效益。
[参考文献]
[1] YUAN C Q，LIU S F，FANG Z G，et al.Research on the energy-saving effect of energy policies in China：1982—2006[J].Energy Policy，2009，37（7）：2475-2480.
[2] 马岩昕.300 MW机组循环水泵双速节能的技术改造[J].电力安全技术，2018，20（3）：49-51.
[3] 鲍金春.循环水泵双速电机的节能改造[J].华电技术，2011，33（9）：59-60.
[4] 吴超.火电厂循环水泵电机双速节能改造可行性分析及实施[J].价值工程，2014，33（30）：83-84.
[5] 方昌勇，陈更.双速改造在发电厂循泵电机节能中的应用[J].浙江电力，2011，30（12）：74-77.
收稿日期：2021-06-28
作者简介：庞庆勋（1973—），男，辽宁开原人，工程师，研究方向：电厂高效运行与节能。