200MW机组全容量给水泵变频调速改造可行性报告

1、200mw机组全容量给水泵变频调速改造可行性报告一、前言 （一）项目名称：200mw机组全容量给水泵变频调速改造可行性报告（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： 二、项目提出的背景及改造的必要性：（一）承担可行性研究的单位： （二）项目提出的背景随着国民经济的发展，节约优先、效率为本成为我国能源政策的首要任务。从1994年迄今，国家陆续出台了大量的有关节能的政策及法规，2006年国务院发布关于加强节能工作的决定。为了推动全社会大力节能降耗，提高能源利用效率，缓解能源约束和环境压力，国家在编制能源中长期发展规划纲要的同时出台了节能中长期专项规划，同时

2、提出“十一五”期间组织实施十项节能重点工程，其中电机系统节能、能量系统优化等被列入十项重大节能措施，并被纳入国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，是实现“十一五”单位gdp能耗降低20%左右目标的一项重要的工程技术措施。2011年国务院先后发布发布了“十二五”节能减排综合性工作方案和“十二五”节能工作规划，强调了 “十二五”规划战略中节能减排的重要性和紧迫性，要求进一步明确当地政府和企业的节能减排主体责任，切实做好节能减排工作。2012年是“十二五”开局之年，对做好节能减排工作对完成“十二五”节能目标具有十分重要的意义，为积极贯彻响应国家和地方的有关节能政策和要求，大唐某省某某发电有限公司装

3、机3200mw，始建于2003年1月， 2006年1月全部建成投产，三台机组分别配置两台由液力耦合器调速的全容量给水泵，系某省省重点耗能大户。结合给水泵电机系全厂最大耗电辅机的特点，某某发电有限公司拟在2012年实施给水泵电机节能技改项目。（三）改造的必要性近年来，随着电网容量的不断增加，用电峰谷差也逐步增大，需要机组调峰幅度相应增加，目前某某发电有限公司调峰幅度甚至超过50%，而作为全厂最大辅机设备的给水泵,虽然配置有液力耦合器调速，但电机在固定转速下随着给水泵输出转速的降低，给水泵组的效率也越来越低，给水泵耗电率一直居高不下，直接影响到全厂经济技术指标和节能效益，以列表方式对比2011年各

4、机给水泵在各自厂用电中的占比如下：机组号发电量厂用电量（不含脱硫）给泵用电量厂用电率（不含脱硫）给泵耗电率给泵耗电率占厂用电率比例1号机110984088689548720204878408.0691.84622.8792号机99918100882370594192955208.2441.93123.4253号机112094388083988671205870327.4931.83724.512如表所示，各机组给水泵在各自厂用电（不含脱硫）中占比超过了20%，成为全厂最大的耗能辅机，由于给水泵在电厂生产环节的重要地位无法替换，为降低给水泵电机的耗电率，进一步减少能源消耗，提高能源的利用效率，在

5、目前电机变频技术日趋成熟的条件下，给水泵电机变频改造已经势在必行的。（四）调查研究的主要依据、过程及结论为了做好给水泵电机变频改造工作开展了大量的技术咨询和调研工作，通过对200mw机组中已实施改造电厂的调研显示（长春二热6号机、双鸭山电厂2号机），给水泵变频调速技术与原有的液力耦合器调速技术有着更多的优势。变频调速技术特点：（1）速度控制范围宽可在1%-100%之间进行调节。（2）调节精度可达到0.5%（100%速度时）。（3）整机效率97%，功率因数0.95以上。（4）具有产业网络及通讯接口，便于实现闭环自动控制。且保护功能完善。（5）使用寿命长，故障率低，维护量小。（6）节电率高，与液力

6、耦合器比较节电率可达20%以上。（7）没有液力偶合器高转速丢转现象。（8）软启动软停止，可延长电机使用寿命。 液力耦合器技术特点：（1）转差功率损耗大，变为热量通过油水冷却系统散发掉。（2）安装在电动机和给水泵之间，需要坚固的基础。（3）压力油系统、勺管调节系统维护量大。（4）电动机定速运行，启动时冲击电流较大影响电机使用寿命。（5）高速情况下，由于转差率影响丢转3%左右。（6）耦合器效率一般较低，额定转速下94%，变速条件下，随转速降低而降低，变化很大。 从上述两种调速技术的对比来看，给水泵变频调速技术有着更多优势，特别是节能优势，同时液力耦合器复杂的辅助系统的维护工作也较变频器更为繁重，从

7、目前已实施变频改造电厂经验来看变频技术已经成熟，各类经验积累丰富，200mw汽轮机组给水泵由液力耦合器调速变更为变频器调速,技术上是可行的，经济上是可取的。（五）原系统或设备的基本情况1、原有设备概述某某发电有限公司1、2、3号机是哈尔滨汽轮机厂生产n20512.75/535/53574b型超高压、一次中间再热、单轴、三缸二排汽冲动凝汽式汽轮机；锅炉为东方锅炉厂生产的g670/13.7-19型锅炉；原设计每台机组安装两台100%容量的电动给水泵，配置液力耦合器调速，主给水泵各配置一台前置泵，由一台电机拖动，前置泵直接由电机拖动，主给水泵由电机经液力耦合器调速后拖动，详细参数如下：主给泵、前置泵

8、及电机参数表项 目单位1号2号3号机组数据前置泵主给水泵前置泵主给水泵型号fa1b56dg750180v进水温度162.6162.6进水压力mpa0.8281.68流量t/h702.53702.53必需汽蚀余量m4.0831.53杨程m961897转速r/min14905013轴功率kw200.683974效率%82.882.54抽头压力mpa7.39最大抽头流量t/h30制造厂上海电力修造厂前置泵主给水泵电机型号yks9004g功率kw5100电压kv6电流a572同步转速r/min1495效率%96功率因素0.89冷却方式空水冷制造厂沈阳电机厂液力耦合器参数表项 目单位1号2号3号机组数据

9、型号r17k.2e（yot51）输入转速r/min1490额定输出转速r/min5013额定输出功率kw4117.4高速范围%25100额定滑差%3输出轴旋转方向顺时针从泵端看偶合器制造厂上海电力修造厂2、运行简历某某发电有限公司始建于2003年1月，三台机组分别于2005年6月、2005年10月及2006年1月全部投产，截止今年分别开展过a、b修各一次。检修中主要对给水泵组进行了常规检查性修理，目前运行状态良好，但整体运行电耗高一直是最大、最亟待解决的难题。三、方案描述与论证（一）方案描述及从各方面论证其可行性、存在问题和解决办法给水泵组变频改造由于其涉及设备较多，系统相对复杂，方案内容相对

10、较多，在此分三个方面分别对电机变频拖动、电机与主泵连接及前置泵拖动方案进行描述和比较。1、给水泵电机变频拖动方案给水泵电机变频拖动一般有三种方案，下面对这三种方案分别描述和比较。n 方案一：“一拖一”方案，即对两台给水泵组均实施变频改造，并且一台电机对应一个变频器，一台给水泵变频运行，另一台给水泵变频备用。 优点：两台泵可以互为变频备用，也可以实现工频备用。 缺点：变频器在事故情况下启动相对较慢，从机组的事故特性来看满负荷是要求主泵在10秒内达到全速，目前变频器的技术做到此要求较为困难；另外两套变频器投资巨大，设备安装占地较多，性价比不足；两台泵同时改造安全风险高。n 方案二： “一拖二”方案

11、，即用一台变频器选择性拖动其中一台电机，其办法是利用6kv母线室备用间隔（断路器）或增加一台高压断路器作为变频器电源开关，变频器输出侧配备两台小车开关分别与1、2号给水泵电动机输入端工频并接实现通过切换的变频一拖二运行方式，如图所示： 优点：任一台泵均可以变频运行；变频泵运行时，备用泵可采用工频备用；投资和占地相对较小。 缺点：此种方式必须保留液力耦合器的调速功能，系统逻辑设置和操作变得更加复杂，另外仍有节能空间且液力耦合器复杂的辅助系统仍然存在；其次增加了6kv开关3个，改造费用相对较高；两台泵同时改造安全风险高。n 方案三：改造一台给水泵，并采用一拖一方案，即仅对其中一台给水泵实施变频改造

12、，另外一台给水泵不做改动，在电机开关与改造电机之间增加变频器，不增加其他断路器，正常运行中保持变频泵长期运行，事故情况或特殊需要下使用现有备用泵。 优点：改造费用最低；系统逻辑和运行操作相对简单；可以取消变频泵的液力耦合器的调速装置和复杂系统；备用泵泵工作可靠，无需承担两台泵均改造的安全风险。 缺点：只能实现单泵变频，且变频泵长期运行存在设备运行周期的不一致性。从上述电机变频拖动方案的对比中我们发现，在如此大资金的投入和高安全风险的情况下，对其中一台给水泵电机实施变频改造是最可取的，既可以节约大量资金，又能保证改造期内安全可靠运行，同时为进一步实现最大节能创造条件。2、变频改造后给水泵与电机连

13、接方案 由于原设计给水泵电机与给水泵之间采用增速性液力耦合器连接，在变频改造后其连接方式存在三种，分别描述和对比如下：n 方案一：采用同步电机与主泵直接连接，将原来的异步电动机更换为同步电动机，由同步电机直接调速，同步电机可设计为6000v/100hz 6000r/min 5000kw，变频器可以设计为6000v 5000kw输入频率50hz输出频率可以设计为100hz。拆除原有的液力耦合器及其复杂的辅助系统，将电机与主给水泵直接连接，新增电动润滑油泵一台。 优点：减少了电机与增速齿轮之间的机械损失，约3%左右，减少了耦合器的能量传递损失，最低损失约在5%左右（厂家值），满负荷时估算值为6%（

14、扣除机械损失3%），总损失在11%，以全厂2011年给泵单机平均耗电1812万kw.h统计，节电200万度，按每度电0.34元计算，全年每台机节约67.8万元； 减少了液力耦合器及其复杂的附属系统，减少维护工作量，降低维护成本。 缺点：需要更换新电机，需要将主给水泵基础拆除重新浇灌，工程量大，投资较高。n 方案二：采用增速齿轮箱连接，不改变原有电动机型式，由电机调速后经增速齿轮驱动主泵，将原有的液力耦合器拆除，更换为增速齿轮箱，新增电动润滑油泵一台。 优点：减少了液力耦合器的能量传递损失，约6%左右；无需更换电机，拆除了液力耦合器及复杂的辅助系统。 缺点：需要拆除原有基础重新浇灌，工作量大，需

15、新增基础台板费用和齿轮箱费用；3%机械传递损失仍然存在。n 方案三：将液力耦合器改造为增速齿轮箱，不改变原有电动机型式，电机调速后经增速齿轮驱动主泵，即拆除原液力耦合器的泵轮、涡轮机油泵，更换为直轴刚性连接，拆除相关的主油泵及其附属系统，新增电动润滑油泵一台。 优点：无需更换电机，无需更换齿轮箱，无需改变基础，也拆除了液力耦合器的辅助系统。 缺点：将泵轮涡轮拆除后更换为刚性连接其振动问题和运行稳定性问题值得探讨；机械传递损失存在。n 方案四：保留液力耦合器调速功能，不改变原有电动机型式，将耦合器输出转速至于最大值，由电机变速后经耦合器增速后驱动给水泵，此方式仅需要拆除耦合器主油泵及辅助油泵，新

16、增两台电动主油泵。 优点：基本不需要对耦合器及台板大的改动，仅需要新增油泵即可，工程量小，投资小。 缺点：大约11%的能量传递损失存在；液力耦合器及辅助系统仍然存在。从上述四个方案对比来看，在运行中实施改造，方案三更为可取，将液力耦合器改造为增速齿轮箱，仅将泵轮涡轮拆除更换为刚性连接，无需更换电机和基础，工程量小，造价较低，但能节约至少6%的能量，但在技术方面需要进一步论证。3、前置泵拖动方案前置泵原设计为给泵电机同轴拖动，改造后仍然存在两个方案：n 方案一：电机不更换情况下，与电机一起同轴拖动，这种方式无需新增前置泵电机，无需改变基础，不增加投资，但需要考虑低转速下给泵是否能够获得必需的汽蚀

17、余量，需进一步与厂家核对主泵和前置泵的配合参数。n 方案二：电机更换为高速电机或前置泵在低转速下不能保证主泵的汽蚀余量时应单独设置拖动电机，功率约在200kw左右，此方式投资高、工程量大。 由此可见，前置泵随电机同轴运行更为经济，如果前置泵在低转速下（50%负荷下）无法满足主泵的汽蚀余量可以采用节流方式提升主泵转速，保证泵体不发生汽蚀，虽然在较低负荷下节能效果降低，能可大大降低投资，况且此类工况运行时间很短。综合三方面各种方案的对比情况，结合目前的实际情况，本研究报告建议选用下述组合方案：对一台给水泵实施变频改造，考虑到已有工频备用，故不新增开关设置旁路，不更换电动机，不考虑液力耦合器的调速功

18、能，不改变液力耦合器的基础，不改变前置泵拖动方式（待核实），仅对液力耦合器泵轮、涡轮拆除更换为刚性连接装置，拆除原液力耦合器工作油泵及工作油系统，保留油箱，新增直流电动润滑油泵一台(5.5kw)。（二）预期达到的效果机组正常运行时长期运行变频泵，该泵的电动辅助油泵长期运行，且为一运一备，工频备用泵定期试转确保可靠备用，事故情况下或特殊工况下运行原工频备用泵，使用液力耦合器调速。如果前置泵在一定的低转速范围不能为主给泵提供必要的汽蚀余量，可以人为设定给泵最低转速限制，适当关小锅炉侧给水阀门，调整工作压力以适应当前工作状态。从安全和经济上看，但泵改造避免了双泵改造的安全风险和不可预知因素，从经济角

19、度可以使给泵耗电下降20%30%，为节能降耗作出巨大贡献。（三）设计方案根据建议方案对1、2、3号机组其中一台给水泵实施变频改造后，新增大功率变频器一台，安装在对应变频器室，变频器室拟设置在室外，变频器室设置水冷、空冷及换气一体化系统；新增直流润滑油泵一台(5.5kw)，电源取自对应机组直流系统；对改造给水泵的一二次回路进行改造，由对应机组的dcs进行集中控制，并对该给水泵的逻辑进行相应改造；拆除了耦合器主油泵及工作油系统。从本机冷却水升压泵后母管引入变频器室的冷却水，回水直接回到给泵组回水母管，变频器水量与拆除的工作冷油器水量相当，不影响系统水循环体系。给水泵电机变频器室设置在机房外脱硫变压

20、器室附近，此处既能就近解决水源问题和电源问题，同时为今后可能实施的热电联产项目预留足够的热力站建设空间。（四）施工方案本次技术改造拟在运行中进行，实施部门应配合实施单位首先做好前期工作，待一切就绪后再对该泵实施改造；首先做好前期招标、设计和制造，然后做好变频器室的土建工作、安装工作、静态调试工作等，最后接入电机实施动态调试。（五）是否需要停机停炉或结合机组大、小修等 本次工作最好能结合机组停运性进行，主要在停运时解决冷却水接入、逻辑修改、静动态调试等工作，不需要结合大小修开展该项工作。四、项目规模和主要内容（一）项目方案及内容综述 对1、2、3号机其中一台给水泵实施变频改造，并将对应给泵的液力

21、耦合器改造为增速齿轮箱，取消其调速功能。（二）工程计划开竣工时间：待定（三）项目范围 1、2、3号机给水泵变频改造涉及电机变频一二次回路改造、液力耦合器改造、变频器室土建工程、变频器室水、空冷一体化系统接入及dcs相关控制系统改造等。（四）项目的主要设备材料构成； 待定（五）项目的布置对系统及环境的影响 该技术改造在厂区内进行，不产生污染物，对系统和环境不造成影响。五、工程实施条件（一）设计、施工单位的选择设计单位： 招标厂家施工单位：招标确定（二）工程施工周期：20天。（三）设备制造周期：待定（四）设计周期招标文件编写：2天。施工详图设计：招标厂家（五）资金来源：报某省大唐发电有限公司审批落

22、实。（六）主要设备是否采用招议标方式进行：采取招标议标的方式六、投资估算表及设备、材料明细表（一）投资估算：待完善（二）主要材料明细表：待完善七、安全与经济效益分析1、安全技术方面 目前某某电厂给水泵系统已经安全稳定运行达7年之久，运行安全可靠，经验积累丰富，特别是现有液力耦合器运行技术成熟稳定，所以方案建议只改造其中一台给水泵对于规避改造使用期间的安全风险和变频器系统的安全风险有着极为重要的意义。所以从安全角度来看，改造其中一台给水泵不会对机组安全稳定运行造成较大影响或构成较大风险；另外采用成熟的变频技术和品质可靠的厂家为项目的安全提供更多的安全保障。2、经济指标方面u 变频改造前后节约电量

23、给泵运行中主要的能量损耗包含液力耦合器调速损耗、泵体损耗、机械传递损耗、电机损耗及系统阻力损耗等，实施变频改造后液力耦合器的调速功能由变频电机替代，变频器的损耗较小，仅为3%左右。所以改造前后的节能效果对比实际上就是变频器与液力耦合器的调速节能效果对比，另外电机在低电流、低转速下运行也更加节能。变频器的效率基本维持在3%左右，而液力耦合器的传动效率则随着传动比下降而下降，同时液力耦合器一般在设计时要考虑2030%富裕容量。现场观察发现机组在200mw运行时液力耦合器勺管开度仅65%，转速仅达到4400rpm，而泵轮的转速则为5013rpm。根据液力耦合器的工作原理，液力耦合器的工作效率近似等于机械传递效率（97%）*转速比，在75%额定负荷工况下运行时，机组负荷150mw，给泵液力耦合器勺管开度50%左右，给泵转速3620转/分。参考2011年某某公司机组运行情况，机组平均负荷率按照72.9%，耦合器同等工况下平均转速3557rpm,勺管49%，耦合器效率近似为72.2%，计算如下：计算方法（给泵输出能量不变，不考虑变频后电机节能）：给泵耗电量*耦合器效率*其他设备效率=改造后给泵耗电量*变频器效率*其他设备效率 机组发电量原给泵耗电量原给泵耗电率 给泵变频改造后耗电量耗电率节电量节电率1#1109840886204878401.846 %14827282 1.