徐 明

(湖北華電武昌熱電有限公司，湖北 武漢 430062)

燃?xì)廨啓C(jī)電廠天然氣增壓站壓縮機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

徐 明

(湖北華電武昌熱電有限公司，湖北 武漢 430062)

針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)電廠天然氣壓縮機(jī)能耗高、采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式效率低的問(wèn)題，闡述了壓縮機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理、調(diào)節(jié)過(guò)程以及設(shè)備選型應(yīng)注意的事項(xiàng)，并對(duì)其節(jié)能效益進(jìn)行了分析。運(yùn)行實(shí)踐表明，壓縮機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，使其軸功率下降20.5%，節(jié)能效果明顯，可供同類(lèi)型電廠的節(jié)能改造參考。

燃?xì)廨啓C(jī);增壓站;壓縮機(jī);變頻調(diào)速;節(jié)能

0 引言

某燃?xì)廨啓C(jī)電廠已建成兩套9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其燃?xì)廨啓C(jī)入口天然氣壓力為2.5～2.8MPa，而天然氣管網(wǎng)輸入的天然氣壓力僅0.4～0.7MPa，故該廠天然氣供應(yīng)系統(tǒng)為增壓機(jī)系統(tǒng)，即在燃?xì)廨啓C(jī)的上游設(shè)置天然氣增壓站[1]。

增壓站的關(guān)鍵設(shè)備是壓縮機(jī)，這是因?yàn)橐环矫嫣烊粴庖獫M足燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣對(duì)壓力等相關(guān)參數(shù)的要求，必須安全可靠[2]；另一方面軸功率大，耗電量約占機(jī)組廠用電的52%，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性直接影響電廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。該廠第一期1×185MW的9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組天然氣增壓站的增壓機(jī)，是引進(jìn)德國(guó)生產(chǎn)的離心式三級(jí)串聯(lián)壓縮機(jī)。該型機(jī)雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、占地少、操作靈活、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式，在機(jī)組隨著季節(jié)及晝、夜變化、啟停調(diào)峰頻繁、流量(天然氣)變動(dòng)幅度大的情況下，節(jié)流損失大，造成很大的電能浪費(fèi)。因此，優(yōu)化壓縮機(jī)調(diào)節(jié)方式，降低耗電率，是電廠節(jié)能的有效途徑。

鑒于上述情況，該廠第二期的一套9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)調(diào)研、論證，確定其增壓站的壓縮機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)。機(jī)組于2015年4月投產(chǎn)，變頻技術(shù)在壓縮機(jī)上應(yīng)用的節(jié)電效果顯著。

1 壓縮機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

壓縮機(jī)調(diào)速節(jié)能是基于離心泵或風(fēng)機(jī)的比例定律，也就是壓縮機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，揚(yáng)程(壓頭)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。若壓縮機(jī)效率一定，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷下降，亦要求壓縮機(jī)所輸送的天然氣流量通過(guò)變頻調(diào)速使之相應(yīng)減少，即Q1=Q0(n1/n0)，而此時(shí)因轉(zhuǎn)速由n0下降至n1，亦即N1=N0(n1/n0)3。

Q0、N0、n0分別為變頻調(diào)速前壓縮機(jī)的天然氣流量、軸功率和轉(zhuǎn)速；Q1、N1、n1分別為變頻調(diào)速后壓縮機(jī)的天然氣流量、軸功率和轉(zhuǎn)速。

此外，采用變頻調(diào)速，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速隨燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的高低而增減，從而避免了用節(jié)流調(diào)節(jié)裝置而產(chǎn)生的節(jié)流損失，節(jié)約廠用電[2-3]。

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，現(xiàn)已相當(dāng)成熟?？紤]到天然氣壓縮機(jī)的可靠性直接關(guān)系到下游燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，確定壓縮機(jī)變頻調(diào)速采用“一拖一”的方式，即1套變頻器帶1臺(tái)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)。為提高設(shè)備的可靠性，另設(shè)置備用工頻電源，在變頻器故障時(shí)，壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)可切換至“工頻”模式，繼續(xù)運(yùn)行。

2 變頻調(diào)速壓縮機(jī)組選擇

根據(jù)天然氣管網(wǎng)輸入的天然氣壓力的變化采用不同的調(diào)節(jié)方式，但在經(jīng)常運(yùn)行的0.4MPa～0.7MPa壓力段，必須采用變頻調(diào)節(jié)；根據(jù)工藝要求，壓縮機(jī)組采用等壓力及等流控制[4]。其流量調(diào)節(jié)器給定值和流量計(jì)的實(shí)測(cè)值比較，將差值信號(hào)送給ITCC控制系統(tǒng)，由ITCC控制輸出控制信號(hào)對(duì)電機(jī)變頻器進(jìn)行控制，以控制其轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)機(jī)組的天然氣流量，達(dá)到運(yùn)行要求，同樣也實(shí)現(xiàn)等壓操作，保障壓縮機(jī)出口天然氣壓力滿足燃?xì)廨啓C(jī)的要求。據(jù)此，壓縮機(jī)選用EBZ35-4+4離心壓縮機(jī)，即第一段為4級(jí)葉輪，第二段為4級(jí)葉輪，共8級(jí)葉輪。

該型壓縮機(jī)主要參數(shù)：天然氣額定流量Qe為40627～43678m3/h，出口天然氣壓力Pe2為2.841MPa，額定轉(zhuǎn)速ne為13920r/min，額定軸功率Ne為3735kW。

根據(jù)進(jìn)入壓縮機(jī)天然氣壓力所采用的調(diào)節(jié)方式有：當(dāng)進(jìn)氣壓力為0.441～0.8MPa時(shí)，將進(jìn)行變速調(diào)節(jié)(8級(jí)運(yùn)行),這是目前該廠主要采用的運(yùn)行方式；當(dāng)進(jìn)氣壓力為0.8～1MPa時(shí)，作入口節(jié)流調(diào)節(jié)(8級(jí)運(yùn)行)；當(dāng)進(jìn)氣壓力為1～1.6MPa時(shí)，作變速調(diào)節(jié)(第二段4級(jí)運(yùn)行)。

由于該項(xiàng)目處于城市中心區(qū)域，城市天然氣供氣壓力屬于次高壓供氣狀態(tài)，受燃?xì)獍踩?guī)范要求，供氣壓力不得超過(guò)1MPa，因此，第二段4級(jí)運(yùn)行模式暫時(shí)不會(huì)實(shí)現(xiàn)[5]。

3 壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能分析

運(yùn)行情況表明，兩套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組增壓站壓縮機(jī)，在天然氣進(jìn)氣流量和出口天然氣壓力相同的工況下，第1套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用節(jié)流調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)匹配的電動(dòng)機(jī)電流為390A，實(shí)際輸出軸功率為4043kW；而第2套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用變頻調(diào)速的壓縮機(jī)匹配的電動(dòng)機(jī)電流為310A，實(shí)際輸出軸功率為3214kW，較之前者，軸功率下降幅度達(dá)20.5 %，即輸出功率減少829kW。如以年運(yùn)行4500h計(jì)，則年節(jié)約廠用電達(dá)373萬(wàn)(kW·h)，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的節(jié)能效果是很顯著的，能方便協(xié)調(diào)生產(chǎn)，改善生產(chǎn)調(diào)節(jié)方式，提高自動(dòng)化水平，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。調(diào)節(jié)和自動(dòng)投入能力強(qiáng)，減輕檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少維護(hù)時(shí)間和工作量，節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益[6-9]。

4 結(jié)語(yǔ)

由于變頻調(diào)速在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)具有很高的調(diào)速效率，如何獲取使用中的最佳效率還要在實(shí)踐中不斷完善。實(shí)踐表明，第2套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的天然氣壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)后比第1套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的采用節(jié)流調(diào)節(jié)的天然氣壓縮機(jī)節(jié)電20.5%，節(jié)能效益環(huán)保效益更好。

[1]徐 明.燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠天然氣增壓站的組成與功能分析[J].華電技術(shù),2009,2(8):56-58.

[2]徐文淵.天然氣利用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2002.

[3]吳民強(qiáng).泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)[M].北京:水利電力出版社,1994.

[4]GB50251-2003,輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]李 青,潘焰平,宋淑娜,等.火力發(fā)電廠節(jié)能減排手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010.

[6]陳招妹,酈建國(guó),王賢明,等.旋轉(zhuǎn)電極式電除塵器技術(shù)研究[J].電力科技與環(huán)保,2010,26(5):18-20.

[7]李 娜.天然氣分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展[J].電力科技與環(huán)保,2013,29(4):57-59.

[8]魏澤國(guó).可控硅串級(jí)調(diào)速原理及應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

[9]葉國(guó)華.電動(dòng)機(jī)調(diào)速在電廠節(jié)能中的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù),2008,15(1):24-29.

Application of variable-frequency regulating speed technology in compressor at natural gas booster station of gas turbine power plant

Specifictotheproblemslikethehighenergyconsumptionofnaturalgascompressorandthelowefficiencyinusingthrottlinggoverningingasturbinepowerplant,inthisstudy,theworkingprinciple,theregulatingprocessandthemattersneedingattentionofvariable-frequencyregulatingspeedtechnologyincompressorwereexpoundedandanalysiswasmadeonitsenergyefficiency.Theoperationpracticeshowedthattheshaftpowerofthecompressorcouldreduceby20.5%afterthevariable-frequencyregulatingspeedtechnologywasappliedinthecompressor,whichpresentedsignificantenergy-savingefficiency.Itcanbeusedasthereferencefortheenergy-savingtransformationforsimilarpowerplants.

gasturbine;boosterstation;compressor;variable-frequencyregulatingspeedtechnology;energysaving

TK471

B

1674-8069(2017)06-061-02

2017-06-27；

2017-08-09

徐 明(1971-)，男，湖北武漢人，本科(工學(xué)學(xué)士)，高級(jí)工程師，主要從事燃?xì)廨啓C(jī)電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E-mail:Wcrdc-xuming@163.com