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1、精选优质文档-倾情为你奉上电动给水泵变频改造 前置泵因何要改？Why Is Forepump Changed When An Electric Water-pump Is Transformed into A Variable Frequencys?广州智光节能有限公司 张鹏飞Zhang Pengfei 摘 要：通过前置泵改造前后运行数据及前置泵未改造失败案例，分析锅炉电动给水泵变频改造前置泵为何要改造，阐述前置泵定速运行是电动给水泵全工况变频调节的充要安全措施。关键词：前置泵；给水泵汽蚀；变频调速；给水系统失稳。Abstract: Through the booster pump to tr
2、ansform data before and after operation and the booster pump failure case, analysis of the boiler feed water pump frequency conversion electric transform why booster pump, booster pump constant speed operation is the electric feed water pump of the inverter control of all condition to security measu
3、res.Key words: Booster pump; Feed water pump cavitation; Frequency control of motor speed; Unstability of the feed water system【中图分类号】U264.91+3.4【文献标识码】B 文章编号1561-0330（2017）06-0000-001 锅炉液力偶合器调速电动给水泵组的构成给水泵组前置泵给水泵电动机液偶（增速齿轮液力偶合器（泵轮涡轮）给水泵，锅炉液力偶合器调速电动给水泵组的构成如图1所示。图1 锅炉液力偶合器调速电动给水泵组的构成2 调速泵组设备工作方式液偶调速与
4、电机变频调速泵组设备的工作方式比较如表1和表2所示。液偶调速泵组设备名称、转速及其工作方式如表1所示。表1 液偶调速泵组设备工作方式设备名称转速（rpm）运行方式给水泵电机1490定速液力偶合器输入定速：1490（泵轮转速1490增速比）定速变速输出变速：25100额定转速（涡轮）给水泵25100额定转速变速前置泵1490定速给水泵调速由液偶改造为变频器调速，并且要保持与原液偶调速时的功能相同，如果按照“给水泵电动机增配高压变频器液偶改成增速箱前置泵仍然维持先前的由给水泵电动机驱动”的方案实施，电动机、液偶和前置泵的工作方式会发生变化。电机变频调速泵组设备工作方式如表2所示。表2 电机变频调速
5、泵组设备工作方式设备名称转速（rpm）运行方式给水泵电机372.51490变速液力偶合器（增速箱）输入变速：372.51490变速输出变速：（372.51490）增速比0.97给水泵25100额定转速变速前置泵1490变速给水泵转速的调节装置由液偶改为电动机，对比表1和表2，给水泵的工作方式仍然是变速，前置泵的工作方式则由定速而随着电动机调频变成变速运行。液偶变频调速泵组设备工作方式对比如表3所示。表3 液偶变频调速泵组设备工作方式对比设备名称调速方式液力偶合器调速变频器调速给水泵电机定速变速液力偶合器（增速箱）定速变速变速给水泵变速变速前置泵定速变速3 工况分析前置泵在变频调速改造后，工作方
6、式由定速运行变成变速运行的变化，有以下工况发生。3.1 关于给水泵的汽蚀不能确保给水泵在25100转速范围内不发生汽蚀。NPSHr给水泵必须汽蚀余量；NPSHa给水泵富裕汽蚀余量。根据国内专供发电厂的水泵厂设计行规，确保锅炉给水泵不发生汽蚀的条件是NPSHaNPSHr1.4，陕西府谷某300MW亚临界机组电厂给水泵技术规范给出的NPSHr为38.9mH2O，不发生汽蚀的最低NPSHa是54.46m。火力发电厂给水泵的NPSHa=除氧器压力前置泵入口静压前置泵的扬程前置泵入口滤网阻力给水泵入口滤网阻力给水管道阻力3.2 陕西府谷该电厂（300MW等级亚临界机组）给水泵液偶调速的NPSHa根据该电
7、厂给水泵的技术规范，忽略管道及滤网阻力，机组额定负荷时，给水泵（额定转速的80左右）所需的NPSHa除氧器压力（83.8m）前置泵入口静压（10m）前置泵的扬程（88.58m）138.38m。而在给水泵25的额定转速时，NPSHa14.71088.58113.28m。我们只考虑最低转速工况下的NPSHa，113.28m，远高于不发生汽蚀的最低54.46m的 NPSHa。所以，在液偶调速工况下，单就NPSHr来讨论，给水泵即便在最低转速下也不会发生汽蚀，符合全工况安全运行的要求。3.3 给水泵变频调速前置泵同轴驱动的NPSHa根据“泵与风机相似性原理”，泵的出口扬程与转速的平方成正比，计算得出前
8、置泵在25额定转速下，出口扬程为5.54米。陕西府谷该电厂除氧器为滑压运行方式，最低压力0.147MPa，在较低负荷的工况下，变速运行的前置泵的NPSHa比给水泵要求的最低NPHSa还低24米，此种工况必然发生汽蚀。计算结果如表4所示。表4 前置泵同轴驱动的NPSHa给水泵电机转速（rpm）除氧器压力（m）前置泵入口静压（m）前置泵扬程（m）NPSHa最低NPSHaNPSHa差值80%83.81056.69150.4954.4696.0325%14.7105.5430.2454.46-24.22所以，液偶改变频调速的电动给水泵组，国内给水泵变频改造项目凡是采用仍由给水泵电动机驱动的变速前置泵，
9、给水泵制造厂家（如上海电力修造厂、沈阳水泵厂）都对给水泵电动机限制了最低转速，例如，国电宁夏石嘴山电厂变速前置泵最低转速为1000rpm，国电河北怀安电厂变速前置泵的最低转速限制在900rpm。如此的技术措施，只能在机组较高负荷，6790给水泵电动机额定转速之间调速，实际运用也不过20的调速范围，并不能像液偶调速时在25100给水泵转速下实现给水泵组的全程变频调节。在给水泵转速调节功能方面，前置泵变速方案还不如原有的液偶调速。给水泵变频调速节能的特点是高负荷低节能，低负荷高节能。改成了变频调速的泵组，因为前置泵的限速措施，变频器工作在低节能区，显然有违变频节能的初衷，都是前置泵限速造成的。3.
10、4 变速前置泵无法保证给水泵全工况下稳定工作国内确有一些电厂在给水泵变频调速项目中保留了给水泵电动机驱动前置泵的方式，但是，当电网要求电厂深度调峰时，采用前置泵变速运行的机组将如何应对呢？暂且不提深度调峰，即便在机组较高负荷下部分前期给水泵变频改造项目也有深刻教训。3.4.1 给水系统断流2013年，吉林某发电厂（330MW机组，三台50MCR电泵），液偶改变频调速，改前改后前置泵驱动方式不变，变频调速后210MW15MW区间出现运行异常，异动负荷之上变频调速可以正常运行，一旦机组负荷下降到210MW左右，给水系统突然断流。30分钟运行趋势记录图如图2所示。图2 30分钟运行趋势图注：图2中参
11、数色标：（1）红色：机组负荷（2）蓝色：母管给水流量（3）黄色：1号给水泵出口压力（4）淡蓝色：1号给水泵转速（5）咖啡色：1号给水泵再循环阀开度2分钟运行趋势记录图如图3所示。图3 2分钟运行趋势记录图而在变频调速改造前，该厂的给水系统在两台泵并列运行，给水调节调节回路投入自动的工况下，能够在机组120MW负荷下平稳工作。为了弥补给水泵变频改造失败，吉林该电厂2014和2015年分别对两台机组的给水泵变频项目进行了第二次改造，前置泵增配电机独立定速运行，恢复了前置泵原有的定速工作方式，给水泵组才实现了正常的全工况变频调速。3.4.2 给水系统失稳2015年宁夏某电厂（330MW机组，三台50
12、MCR电泵），实施了液偶改变频调速，改前改后前置泵驱动方式不变，运行结果如图4所示。图4 运行结果随着负荷降低、前置泵出口压力低至一定数值后，泵组变频调节不稳定性加剧，同样的操作指令，低负荷时泵组流量波动变大，P_Q特性变差。机组负荷下降过程中，A前置泵出口压力从1.59MPa降至1.20MPa，手动加减1小键，泵组流量波动由40t/h增至60t/h；B前置泵出口压力从1.21MPa降至1.18MPa，手动加减1小键，泵组流量变化幅值由40t/h升至110t/h左右，给水调节品质变差。给水泵变频调速无法正常运行。宁夏该电厂面对给水泵变频改造失败，提请该集团公司科学技术研究院到电厂协助解决难题。
13、经反复试验研究后，科学技术研究院提交了“该电厂#1机组给水泵组变频改造后流量波动大的原因分析及处理意见”的技术报告，结论为：前置泵改成定速运行，保障任何工况下主泵流量的需求。2016、2017年先后对该电厂1、2号机组进行了给水泵变频调节项目二次改造，前置泵增配电机独立定速运行，恢复了前置泵原有的定速工作方式。改造后，给水泵组实现了正常的全工况变频调速。3.5 变速前置泵无法保证机组变工况下给水泵不发生汽蚀3.5.1 液偶调速前置泵定速工况下的给水温度与饱和水温度前置泵输送的是亚饱和水，亦即接近饱和温度的水。表5为陕西府谷某电厂机组液偶调速给水泵运行数据。表5 陕西府谷某电厂（300MW等级亚
14、临界机组）机组液偶调速给水泵运行数据机组负荷（ECR）100%75%60%50%30%机组实际负荷（MW）30022518015090运行给水泵ABCABCABCABCABC给水泵转速（rpm）502849995013396838783923445741713632前置泵出口压力（MPa）1.591.61.511.521.261.241.2除氧器压力（MPa）0.760.540.40.350.23除氧器温度（）173160154147133给水饱和温度（）202191除氧器正常水位至前置泵中分面高程(米)14当地大气压力（MPa）0.09陕西府谷某电厂给水泵入口设计温度为167.3，从表5中可
15、以看到，在机组快速甩负荷工况下，即便从100ECR甩到30ECR，在这种快速降负荷过程中，因汽轮机调速汽门关小，除氧器压力下降速率远高于除氧器温度的变化，毕竟除氧器有100立方左右的水容积，水温下降相对慢得多。前置泵定速运行工况下，给水泵入口压力对应的饱和水温度为191，高于实际最高的给水温度，给水泵入口的给水不会发生汽化，自然也就保证了给水泵入口不会发生汽蚀。3.5.2 变频调速前置泵也同时变速工况下的给水温度与饱和水温度当给水泵组改为“给水泵电动机增配高压变频器液偶改成增速箱前置泵仍然维持先前的由给水泵电动机驱动”运行方式，根据陕西府谷该电厂实际测得的数据，计算得出表6。表6 陕西府谷某电
16、厂（300MW等级亚临界机组）机组变频调速给水泵运行参数机组负荷（ECR）100%75%60%50%30%机组实际负荷（MW）30022518015090运行给水泵ABCABCABCABCABC给水泵转速（rpm）502849995013.5396838783923445741713632前置泵扬程（MPa）0.650.660.390.410.500.440.33前置泵出口压力（MPa）1.501.511.031.041.000.890.75除氧器压力（MPa）0.760.540.40.350.23除氧器温度（）173160154147133饱和水温度（）166.6从表6中可以看出陕西府谷该电
17、厂在60ECR负荷以下采用单泵运行方式，以上采用双泵运行，单泵同比双泵运行，给水泵转速高于双泵方式，对同轴驱动的变速前置泵来说扬程也相对较高，机组30ECR负荷时给水泵入口压力对应的饱和温度为166.6。但在机组从100ECR甩负荷至30ECR负荷过渡过程中，通常情况下都会双泵并列降低转速至30ECR负荷，此时变速前置泵的扬程受转速降低的影响比表六中的数值要低，给水泵入口压力对应的饱和温度肯定要低于166.6（100ECR负荷设计给水温度167.3），这将引发给水泵入口给水汽化，而造成给水泵汽蚀。4 结论（1）给水泵组变频调速改造，维持前置泵原有的工作方式，增配电机独立定速运行，变频调速给水泵
18、组运行安全绝对没有问题。（2）改变了前置泵的原有工作方式，仍由给水泵电动机驱动，变速运行，将造成以下后果：不能确保给水泵在25100转速范围内不发生汽蚀；变速前置泵无法保证给水泵全工况下稳定工作；变速前置泵无法保证机组变工况下给水泵不发生汽蚀。就在运机组技术改造而言，变速前置泵运行安全绝对没有把握。（3）前置泵增配电动机真的多耗了与电机容量相等的能量吗？液偶调速工况下给水泵组的能耗给水泵组的功耗取决于给水泵前置泵和轴功率和液力偶合器的热损耗，如果单独考虑给水泵前置泵的能耗，根据陕西府谷该电厂给水泵组技术规范。给水泵组的轴功率电动机（4646kW）前置泵（172.6kW）4518.6kW。给水泵组的电动机功率5300kW。变频改造前置泵增配电机后给水泵组的功耗给水泵组的轴功率给水泵（4646kW）前置泵（172.6kW）4518.6kW。增加了前置泵电机并没有多耗了与电机容量相等的能量给水泵组的轴功率没有发生任何改变，电动机有功功率仅发生了负载转移，给水泵电动机增加了190kW空载损耗，属无功损耗，如果一定要折合成有功损耗，无非体现在铁芯磁损产生的热量，个位数的能耗，完全可以忽略不计。专心-专注-专业