生物质电厂凝泵变频改造分析

生物质电厂凝泵变频改造分析

彭兴虎

（武汉凯迪电力工程有限公司武汉430223）

摘要：当前生物质电厂运行中普遍存在凝结水泵运行偏离设计工况，从而造成机组节流损失大、厂用电消耗高等问题；通过对凝结水泵增加变频装置，对改造前后的效果进行对比；表明凝结水泵进行变频改造后可有效减少节流损失，降低厂用电消耗和噪音水平；生物质电厂进行凝结水泵变频改造投资少、见效快，值得推广。

关键词：生物质；凝结水泵；变频改造；

前言

生物质能是一种理想的清洁可再生能源，日益受到人们的重视。生物质直燃并采用汽轮发电机组发电是一种重要的利用方式。我公司作为国内目前最大的生物质直燃发电电厂建设经营者之一，截至2018年已建成并投入运行的生物质电厂共计55台机组，发电机组容量达到120万千瓦，在运行过程中，各电厂陆续反馈凝结水系统存在节流损失大，电耗及噪音过大的问题。因此，我公司计划对已投运的电厂进行分批改造，增加凝结水泵变频装置，希望通过改造，能够有效减少节流损失，降低电耗和噪音水平。

机组介绍

项目背景

凝结水泵作为火电厂凝结水系统的重要动力设备，其传统运行方式采用工频运行，工频定速运行时耗电量非常之大[1]。对于采用工频运行的凝结水泵，机组在任一负荷运行都存在除氧器水位调节阀的节流损失。在低负荷时，除氧器压力降低，而凝结水泵的流量降低扬程要增大，除氧器水位调节阀的节流损失更大。若凝结水泵电机采用变频装置控制，则可通过降低电机的转速来满足机组低负荷运行时凝结水流量和压力的要求，这对于长时间在低负荷运行的机组而言，节能降耗的效果更为明显

本次改造以湖南安仁县凯迪1x30MW生物质电厂为例，对凝结水泵变频改造过程及改造效果进行介绍.安仁电厂于2102年正式投产，此电厂为一台30MW高温超高压生物质直燃电厂，锅炉为高温超高压生物质直燃循环流化床锅炉，额定蒸汽压力13.34Mpa，额定蒸汽温度540℃，额定蒸发量120t/h；汽轮机采用西门子SST400高温超高压抽汽凝汽式汽轮机，配套西门子同等容量的空冷式发电机。

凝结水系统介绍

凝结水系统设置两台立式凝结水泵，一台运行，一台备用，每台凝结水泵容量为最大凝结水量的110%。负荷调节主要依靠凝结水管道上的调节阀进行调节，调节阀设有100%容量的旁路。安仁电厂凝结水泵为苏尔寿（SULZER）TTMC80A-4型，其流量为117t/h，扬程为203m，发电机功率110kw.380V.根据电厂DCS监控画面显示，当机组30MW满负荷运行时，凝结水母管系统压力约1.82Mpa，凝结水母管流量约97t/h，凝结水泵电动机电流183A，电机功率110KW，电流平稳。除氧器水位调节阀采用自动控制的方式，由DCS系统自动调节阀门开度。机组满负荷运行时，调节阀实际开度在36％左右，阀门开度偏离正常范围，节流损失比较大，此时汽机房内噪音较大.

原因分析

根据西门子提供的汽机热平衡图计算，每台机组最大凝结水量为99t/h。按照《小型火力发电厂设计规范》＂每台凝结水泵宜装设2台凝结水泵，每台容量为最大凝结水量的110％＂，故凝结水泵选型流量为109t/h左右。凝结水泵的扬程要考虑从凝汽器热井到除氧器入口（包括喷雾头）的介质流动阻力（按最大凝结水量计算）另加20％裕量，以及除氧器的最大工作压力另加15％裕量。以上裕量主要是考虑运行时一些不可预见因数的影响和机组老化的情况。

在阻力计算时，设备的阻力选择设备考核值（最大值），例如低压加热器、轴封冷却器、除氧器喷嘴、化学精处理装置。另外，凝结水调节阀根据要求要考虑一定的压降。在实际运行中机组经常带部分负荷运行，此时凝结水流量减少，凝结水泵扬程升高，凝结水系统阻力变小，使凝结水调节阀受的压降更大。

根据以上分析，凝结水泵会经常不在经济工况运行点工作，效率低，节流损失大，电耗大，只有采用调速凝结水泵，通过改变转速而改变特性曲线，来进行调节才能解决此问题。

改造过程

工艺系统改造

变频改造主要是通过增加变频器，改变凝结水泵的转速来调节凝结水系统的流量，原有的工艺系统无需改变。考虑到当机组负荷降到20MW及以下的时候，凝结水泵出口流量降低，凝结水系统压力约0.8Mpa（g）左右，为了保证各冷却设备凝结水及轴封系统的压力，需要手动调节除氧器水位调节阀的开度．此外当变频器出现故障，切换到工频运行，也需要通过调整调节阀的开度来控制凝结水系统的压力和流量．故变频改造后凝结水系统除氧器水位调节阀仍应保留.该系统其它管道阀门均不改变。

电气系统改造

凝结水系统设置两台110％容量的立式凝结水泵，一台运行，一台备用；为满足根据负荷进行频繁调节的需求，采用的变频器应当具有瞬停再启动功能、飞车启动功能和工变频互切功能。本项目采用一拖二方案，其优点是只需一台变频器，节省投资，采用一台变频器通过切换每台泵都能变频运行，其缺点是回路较复杂。该方案既满足运行需要，又可降低设备造价。当变频故障时可自动切到旁路，两台凝泵作为工频运行，不影响电厂正常运行。

控制系统改造

凝结水泵一运一备，满负荷正常运行时凝结水泵A运行，除氧器水位调节阀全开，除氧器水位靠变频器控制；当机组负荷降低时，除氧器水位升高，变频器频率降低，当机组负荷降到20MW以下时，变频器频率降至36Hz左右，此时需要手动调节除氧器水位调节阀的开度，如果A凝泵故障或者变频器故障，切换到B凝泵，B凝泵工频运行，把除氧器水位调节阀切换到自动模式，靠除氧器水位调节阀来调解除氧器水位。

改造效果

改造效果分析

凝泵变频改造后，凝泵出口压力随机组负荷下降而下降，且变频器输入电流也大幅下降[2]。机组30MW满负荷运行时，调节阀全开，凝结水母管流量约95t/h左右，凝结水母管系统压力约1.0Mpa，此时凝泵变频器工作电流在115A左右，噪音水平明显降低。

改造效益分析

改造所需主要成本为变频器2.6万元，安装费约0.2万元，控制及动力电缆约0.15万元，凝结水泵采用变频调节后，由于工作电流的降低，可节约电量ΔP=1.732*U*ΔI*cosΦ=1.732*0.38*（185-115）*0.85=39.16kW，按照全年运行6000小时，电价0.75元/Kw计算，每年可节约电费F=39.16*6000*0.75=17.6万元。由上面数据可知，生物质电厂凝结水泵变频改造约两个月即可收回投资，同时降低了厂房噪音水平，成效明显。

结论

对生物质电厂进行凝结水泵加装变频改造可有效减少节流损失，减少厂用电消耗，降低厂房噪音水平；且改造投资少，改造周期短，投资回报周期快，应该在生物质电厂中推广。截至2017年，我司已投运的生物质电厂均已完成凝结水泵变频改造，同时在后续新建的生物质电厂中，在初设阶段即统一要求凝结水泵按加装变频方案考虑。

参考文献：

[1]何璐琼，发电厂凝结水泵变频器改造原理及改造效果分析[J]，能源.电力，2014，11

[2]闫启明，刘延太等，发电厂凝结水泵变频节能改造及经济性分析[J]，安徽电力，2010，12