陳 嘯，黃 飛

（1.中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海 200086；2.鳳臺(tái)中電生物質(zhì)發(fā)電有限公司，安徽鳳臺(tái) 232100）

0 引言

凝結(jié)水泵是火力發(fā)電廠中重要的運(yùn)行設(shè)備，主要由吸入喇叭口，第一級(jí)葉輪，泵的第二、三級(jí)，軸承和電動(dòng)機(jī)等部分組成，其作用是將凝汽器熱水井凝結(jié)水進(jìn)行升壓，然后通過(guò)軸封加熱器和低壓加熱器后進(jìn)入除氧器進(jìn)一步加熱除氧。隨著機(jī)組深度調(diào)峰的不斷開(kāi)展，對(duì)機(jī)組輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠運(yùn)行的要求越來(lái)越高，有些電廠在保證安全可靠的前提下，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了深度調(diào)速運(yùn)行改造。隨著技術(shù)的發(fā)展，永磁調(diào)速等技術(shù)逐漸成熟，已從僅應(yīng)用在閉式水泵等小型泵上發(fā)展到應(yīng)用在容量逐漸增大至凝結(jié)水泵和循環(huán)水泵上[1-3]。閆斌對(duì)1 000 MW 機(jī)組的凝結(jié)水泵永磁調(diào)速和變頻調(diào)速應(yīng)用進(jìn)行了論證[4]，丁國(guó)棟等對(duì)1 000 MW 超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造實(shí)踐進(jìn)行了論述[5]。對(duì)于凝結(jié)水泵的變頻調(diào)速和永磁調(diào)速的改造在國(guó)內(nèi)已運(yùn)用的比較成熟，但對(duì)于凝結(jié)水泵的永磁調(diào)速與變頻調(diào)速、工頻運(yùn)行相比，缺少具體的相關(guān)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析數(shù)據(jù)。本文對(duì)某電廠600 MW 機(jī)組的凝結(jié)水泵在不同負(fù)荷工況、3 種調(diào)速方式下的功率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了分析。

1 變頻調(diào)速和永磁調(diào)速的基本原理

1.1 變頻調(diào)速基本原理

變頻調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備是變頻器，其基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電機(jī)帶動(dòng)凝結(jié)水泵，實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵的變轉(zhuǎn)速運(yùn)行。它具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率的關(guān)系表達(dá)式為

其中，n 為轉(zhuǎn)速；f 為輸入頻率；s 為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；d 為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

1.2 永磁調(diào)速基本原理

永磁調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備是永磁調(diào)速器。即將原電動(dòng)機(jī)與凝結(jié)水泵直接連接的靠背輪斷開(kāi)，加裝1 臺(tái)永磁調(diào)速器，電機(jī)與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)軸之間不通過(guò)機(jī)械連接，而是通過(guò)永磁調(diào)速器連接。永磁調(diào)速的基本原理是，永磁調(diào)速器通過(guò)氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)導(dǎo)磁體在裝有強(qiáng)力稀土永磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁力線，使導(dǎo)磁體產(chǎn)生渦電流，該渦電流在導(dǎo)磁體上產(chǎn)生反感磁場(chǎng)，拉動(dòng)永磁體與導(dǎo)磁體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸。

永磁調(diào)速器由3 部分組成（如圖1 所示）：一是與電機(jī)連接的導(dǎo)磁體；二是與負(fù)載設(shè)備連接的永磁體，導(dǎo)磁體和永磁體這2 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體之間有一定的空氣間隙；三是執(zhí)行器，包括手動(dòng)控制和信號(hào)電控兩種。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，執(zhí)行器接到一個(gè)控制信號(hào)（如壓力、流量、液面高度等）的變化后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換，通過(guò)執(zhí)行器調(diào)節(jié)導(dǎo)磁體與永磁體之間空氣間隙的大小，由負(fù)載設(shè)備扭矩的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)負(fù)載設(shè)備輸出速度的控制，從而改變電機(jī)輸出功率大小，達(dá)到電機(jī)節(jié)能和提高電機(jī)工作效率的目的。

圖1 永磁調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 汽輪機(jī)及凝結(jié)水泵參數(shù)

某600 MW 電廠3號(hào)、4 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為超臨界一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。該機(jī)組的凝結(jié)水泵為筒袋型立式多級(jí)離心泵，型號(hào)為NLT500-570×4，主要參數(shù)如表2 所示。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 凝結(jié)水泵主要參數(shù)

3 凝結(jié)水泵不同運(yùn)行方式的性能測(cè)試及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

該廠3 號(hào)機(jī)組的凝結(jié)水泵完成了變頻調(diào)速改造，4 號(hào)機(jī)組的凝結(jié)水泵完成了永磁調(diào)速改造。為了比較凝結(jié)水泵在不同負(fù)荷及3 種運(yùn)行方式下的工作情況及能耗，分別對(duì)3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組的凝結(jié)水泵進(jìn)行了性能測(cè)試。

測(cè)試條件：凝結(jié)水泵在600 MW、500 MW 以及400 MW、300 MW 4 種不同等級(jí)負(fù)荷下，永磁、變頻、工頻等3 種運(yùn)行方式；測(cè)試內(nèi)容：凝結(jié)水泵在上述測(cè)試條件下的凝結(jié)水壓力、流量及凝泵耗功、單位比耗功等指標(biāo)。單位比耗功是指單位凝結(jié)水流量所對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水泵輸入功率，是反映凝結(jié)水泵耗能最直觀的物理量，其公式為

其中：p 為單位比耗功，kW/（t·h-1）；W 為凝結(jié)水泵功率，kW；Q 為凝結(jié)水流量（除氧器入口），t/h。

凝結(jié)水泵各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表3 所示，凝結(jié)水泵單位比耗功與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系如圖2 所示，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系如圖3 所示，凝結(jié)水泵流量與功率關(guān)系如圖4 所示，機(jī)組負(fù)荷與凝結(jié)水泵功率關(guān)系如圖5 所示。

圖3 凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系曲線

圖4 凝結(jié)水流量與功率關(guān)系曲線

表3 某600 MW 電廠凝結(jié)水泵主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過(guò)圖2—圖5 及表2 可知：第一，在同一負(fù)荷下，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行的功率最小，單位比耗功也最低，經(jīng)濟(jì)性最好；凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行的功率最大，單位比耗功最高，經(jīng)濟(jì)性最差；凝結(jié)水泵永磁調(diào)速介于兩者之間。第二，凝結(jié)水泵在工頻方式下，在不同機(jī)組負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速保持不變，凝結(jié)水泵功率基本不變，由于凝結(jié)水流量隨著負(fù)荷逐漸降低，因此單位比耗功隨著負(fù)荷降低逐漸增大。第三，凝結(jié)水泵在永磁調(diào)速運(yùn)行方式下，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷降低而逐漸降低，功率也逐漸減少，與工頻運(yùn)行相比，節(jié)能效果也越明顯。第四，凝結(jié)水泵永磁調(diào)速運(yùn)行與變頻運(yùn)行方式相比，在同一負(fù)荷下，凝結(jié)水泵在永磁調(diào)速下的功率和單位比耗功均高于變頻方式，且隨著負(fù)荷的降低，2 種調(diào)速方式下凝結(jié)水泵功率差值逐漸增大。這是由于在永磁調(diào)速方式下，隨著負(fù)荷的降低，凝結(jié)水流量減小，永磁調(diào)速系統(tǒng)中的氣隙增大，導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低，耗功增大。第五，在300 MW負(fù)荷與600 MW 負(fù)荷下對(duì)比，凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行功耗無(wú)明顯降低；永磁調(diào)速下凝結(jié)水泵功耗比工頻運(yùn)行下低約936 kW，約占廠用電率（以300 MW 負(fù)荷計(jì)算）的0.312%，降低煤耗約0.8 g/（kW·h），而變頻調(diào)速下，凝結(jié)水泵功耗比工頻運(yùn)行下降低約1 250 kW，約占廠用電率（以300 MW 負(fù)荷計(jì)算）的0.416%，降低煤耗約1.24 g/（kW·h）。

圖2 不同負(fù)荷下凝結(jié)水泵單位比耗功曲線

圖5 機(jī)組負(fù)荷與凝結(jié)水泵功率關(guān)系曲線

4 結(jié)論

a）在永磁調(diào)速運(yùn)行方式下，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷降低而逐漸降低，功率也逐漸減少，與工頻相比，節(jié)能效果也越明顯。

b）與變頻方式相比，同一負(fù)荷下，凝結(jié)水泵在永磁調(diào)速下的功率和單位比耗功均高于變頻方式。

c）在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵在永磁調(diào)速和變頻調(diào)速下運(yùn)行均有較好的節(jié)能效果。其中在300 MW 工況下，凝結(jié)水泵永磁調(diào)速運(yùn)行能降低煤耗約0.8 g/（kW·h），凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行能降低煤耗約1.24 g/（kW·h）。