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1、介绍了200MW火电机组配置的给水泵综合节能改造必要性及给水泵高压变频器的工作原理，针对该厂现有给水泵设备配置能耗偏高的情况，提出改造方案。对给水泵前置泵是否改造进行了技术论证，排除了给水泵在低负荷阶段，变频运行时出现给水泵汽蚀的担忧。对给水泵综合节能改造方案从经济性、可行性和改造后实施的效果进行了细致对比分析，总结了改造运行后的优势，使综合厂用电率下降了041%,同时具有安全稳定、操作简便、效益显著等特点。一、引言随着国民经济稳步持续发展，资源和环境所面临的压力越来越大，国家出台了煤电节能减排升级与改造行动计划等系列节能减排法律法规，严厉的节能减排政策迫使火电企业加大节能技术改造。面对经济发
2、展新常态下电力行业的发展现状和高度竞争的市场环境，火电企业必须节约能耗，以增强市场竞争力，谋求自身的生存发展。热电公司2x200MW热电联产机组，位于市，两台机组于2011底建成投产发电，给水泵采用液力耦合器调节技术，耗电量占综合厂用电量的21.7%-23.1%,给水泵的耗电占各辅机设备之首。目前，国内在运火电机组配置给水泵有汽泵、液力耦合器、电泵、变频调节等多种方式。结合国内火电机组己完成节能改造的给水泵运行效能情况,高压变频技术以具备精准电压调节、启动性能好等诸多优势，尤其在节能方面，得到广泛的认可。多年来，高压变频调节技术在市场的应用日趋成熟，本文针对阿克苏热电公司在创新采用给水泵高压变
3、频器“一拖二”模式、液力耦合器外接辅助润滑油系统进行改造的研究和应用予以介绍，并对比分析改造前后的节电效果，以供参考。二、给水泵变频改造的论证2.1 变频器的工作原理把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”，变频器首先要把三相或单相交流电变换为直流电，然后再把直流电变换为三相或单相交流电，变频器同时改变输出频率与电压，也就是说改变了电机运行曲线，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，内部结构复杂但使用简单，广泛的应用到各个工业领域。高压变频调速通
4、过改变定子电动机的频率实现调速。式中n为转速，f为频率，P为极对数，S为转差率，磁极对数、转差率不变时，转速和电源频率成正比。连续地改变电源频率，就可以平滑地调节电动机的转速。高压变频器可实现恒转矩，无级调速，调速范围大，可以为O100%,在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96%）,具有电机软起动功能，解决了起动冲击问题。电厂变频调速节能技术能够通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式,进而改变电机的运转速度，使输出功率随着负荷的变化而变化，实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能，同时可实现低负荷运转时节省电能的目的。2.2 给水前置泵同
5、轴运行的可行论证根据电厂给水泵运行情况分析，850rpm时对应的给水泵转速为3l80rpm,流量大概为170m3,对应的负荷90MW左右。而机组一般最低运行负荷为100MW,对应的转速大约为350OrPm。所以在保证最低转速的要求下，能满足电厂最低发电负荷要求并能满足给水泵的最小汽蚀余量，此方式是可行的。目前，电厂在用的给水泵汽蚀余量在额定工况下为61.7m,在50%负荷下必需汽蚀余量为54.4m,此时流量由758.4m3h变为636.7m3h,前置泵的扬程为93m。如果仅根据相似定律来进行计算（流量比与转速比一致，压力比与转速比的平方一致：Q2Q1=n2nl;H2/H1=（n2nl）2；P2
6、PI=（n2nl）3）,转速变为原来的83%,则前置泵的扬程由93m变为64.7m,满足超出给水泵汽蚀余量为54.4m要求。当补水量进一步减少，运行在330th（基本在电厂负荷较低水平）此时转速由5195rmin下降到3268rmin,水泵的负荷为23%,如果仅根据相似定律来进行计算，此时前置泵的压力下降到36.3m,而此时给水泵的允许的汽蚀余量是随着流量的减小而减小的，所需的水泵汽蚀余量为38m左右，此时处于水泵汽蚀的临界状态。但实际水泵中的运行的工况点除了和水泵本身相关外，还和水泵所处的管路密切相关。从下图中可以看出，当转速由nl下降到n2时，在上述理论计算中，流量应由Ql下降到QH,（扬
7、程由H降为HI）但在实际运行中，汽包水位较高，整个管路中有较大的阻力，扬程只能由H降为Hll相对于变转速后的系统来说，管阻由Rl增加到R2（幅度较小），流量应由Ql下降到QllL而对于前置泵来说，流量比与转速比是一致的。变转速后的流量由Ql下降到Qll,此时的Q11Q11L即是前置泵的流量在变转速后的瞬时是超过给水泵的，这就会使得给水泵的进口处的压力（前置泵的出口压力，即扬程）要高于理论计算值36.3m,可满足水泵必需汽蚀余量38m。在变转速过程中的给水泵流量及前置泵的扬程可描述为：其物理原理是：只要前置泵的流量始终大于主泵流量，前置泵和主给水泵之间的管道中就不可能出现脱流”现象，也就不可能产
8、生汽蚀。至于压力，在降速初期，由于主泵流量减少的更多些，所以压力会比工频运行时有所升高，以后随着转速的降低而降低。总之，只要前置泵的流量始终大于主给水泵流量，前置泵和主给水泵之间的管道中就不可能出现“脱流现象，没有产生严重汽蚀问题地的可能。理论研究和现场试验都已经证明了这一点。以上分析对于单泵运行模式（200MW机组设计2台100%的泵，I用I备）是科学合理的。当给水泵调速运行时其允许的汽蚀裕量是随着流量的减小而减小的，前置泵是允许调速运行的。其关键是2泵在同时调速运行时，哪一个的流量减小得更多些。如果主给水泵的流量比前置泵的流量减小得更快些的话,就基本不用担心给水泵组在调速运行时主泵汽蚀的问
9、题了。主给水泵由于静扬程（汽包压力）的存在，并且占到其额定扬程的比例还很大，所以在泵组调速运行时，主给水泵流量的减小与转速的降低是不成比例的，而是流量比恒大于转速比。而前置泵流量的减小基本上与转速的一次方成正比，所以主给水泵流量的减小要比前置泵来得更快些，这样就会使前置泵和主给水泵之间的管道中的压力增加，最终当前置泵的流量降低到给水泵流量的数值时，前置泵出口压力不再增加，泵组在调速运行时的汽蚀问题基本不会发生。2.3 给水泵汽蚀分析对给水泵前置水泵不做任何处理的方案中，当电机的转速处于较低水平的时候产生了汽蚀的问题，先对这一问题做一分析说明。从目前公开的资料和现场反馈中发生汽蚀的改造基本上都发
10、生在给水泵双泵并列运行时（300MW及以上机组设计3台50%的泵，2用1备情况）。由于并联同时运行的主给水泵的总流量与前置泵的总流量相同，在运行时由于给水泵所在管道结构和阻力系数不同，会导致并列运行的两台主给水泵的流量并不相同，发生所谓的“抢水”现象。在高转速运行时，总流量较大，两给水泵中的流量差别比例不大，流量的差别不是很明显；但当转速降低到一定程度以后，总流量较小，其流量的差别将越来越明显。那么主泵流量较大的那一台泵所需的汽蚀余量就较大，会大于前置泵所提供的压力，从而发生汽蚀。可以采取的补救措施是：2台泵不要以同一转速运行，而是各自以出口流量作为过程变量闭环控制其转速，使得两台泵的出口流量
11、基本相同，以避免“抢水”现象的发生。即使是这样，也只是在一定程度上（或一定的转速范围内）避免了汽蚀的发生，不能从根本上防止汽蚀。因为采用这种控制方式时，虽然可以控制出口流量基本一致（也是有一定难度的），但是原来在等速运行时流量较大的那一台泵的转速就会降低，导致前置泵的流量相应的下降,当2台泵的转速差别大到一定程度时,其前置泵的流量就会小于主泵流量，同样会发生汽蚀。只是会比2台泵等速运行时发生得稍迟而己。给水泵的改造方案3.1 给水泵运行方式概况一台机组配置100%容量的电动给水泵2台，1台运行，1台备用，通过液力耦合器调节给水泵转速控制给水流量。给水泵运行方式为一用一备。锅炉应用的液耦调速给水
12、泵组包括给水泵、液耦工作油泵/润滑油泵，由耦合器输入轴同轴驱动，给水泵通过液力耦合器滑差调速，而工作油油泵/润滑油油泵与给水泵电动机同步恒速转动，见下图。增速内轮图2液力耦合器调速给水泵系统示意图3.2 给水泵设备技术参数编号项目单位给水泵前置泉1型号HPTmk-200-320-5SBQ03.102入口压力MPa1.81.03出口压力MPa181.84入口献t/h758.45出口流量Vh7256抽头流量t/h33.47中间抽头压力MPa7.528进口温度C1709给水密度kgm3897310扬程m16569311转速r/min5195149312汽蚀余量m61.713效率%83.814轴功率k
13、W365821815生产厂冢=tm电力皿r表1蛤水泵和前置泵叁数型号YOCQ-X51额定传输功率5100kW输入转速1493r/min就出转速5550r/min生产厂家,际电力设备总厂表2蛤水泵液力耦合器叁数型号YKS800-4功率50kW功率因数0.916000V电流544A绝等等级F哂1493生产厂家上海电气上海电机厂有限公司表3蛤水泉电机参数3.3 给水泵改造选择给水泵的改造方案中主要问题集中在液力耦合器如何处理方面。主要有以下改造方案：331完整保留液耦结构，勺管开度维持在最大值附近。方案a：保留原有液耦不做任何改变，勺管开度维持在最大值附近，增加一台变频电机,此变频电机单独配在一台给
14、水泵电机上，另外一台不作任何改变。使用时仅仅使用一台变频运行，故障状态下再启动另外一台备用液耦调速的水泵。方案b：保留原有液耦不做任何改变，勺管开度维持在最大值附近，增加一台变频电机,此变频电机配在两台给水泵电机上，实现“一拖二”的运行方式。实际使用过程中在检修的时候进行给水泵的切换，在正常运行中尽量避免操作，在故障状态下同a中的方式运行。3.3.2 对现有液耦进行改造a将液力耦合器改造为增速箱。b.将液力耦合器拆除，增加一新增速箱。333Ia方案说明图3Ia单台变频运行，另一台不做任何改变，备用给水泵液力耦合器调速进行变频改造后，仍保留液力耦合器的全部功能，给水泵正常工作时液力耦合器勺管固定
15、开度在100%,利用给水泵电动机变频控制对给水泵进行调速。改造一台给水泵组的液力耦合器，液力耦合器的工作油泵和润滑油泵与给水泵电动机脱离，液力耦合器箱体外部增配工作/润滑油泵定速驱动电动机独立工作。334Ib方案说明图4Ib耦合器变频器对给水泵电机一拖二的调节给水泵液力耦合器调速进行变频改造后，仍保留液力耦合器的全部功能，给水泵正常工作时液力耦合器勺管固定开度在100%,利用给水泵电动机变频控制对给水泵进行调速。改造两台给水泵组的液力耦合器，利用开关组合，拟实现变频器对给水泵电机“一拖二”的调节，电动机变频/工频采用手动切换，配手动旁路开关。给水泵工作方式为一台运行一台备用，变频运行泵故障跳闸
16、时,联锁启动工频备用泵。3.3.5 2a方案说明6VtlMBdkVfijaARA泉B泵图52a液力耦合器改造成增速箱两台给水泵组只对其中一台进行变频调速改造，另一台仍保留原有液耦工频调速方式,给水泵组长期正常运行方式为一台变频在运调速，利用给水泵电动机变频控制进行调速。变频改造的给水泵新增一台容量6300kVA6kV的合康高压变频器。液力耦合器改造为增速箱，液力耦合器原本就是由增速齿轮组+液力联轴器组合而成，本方案根据耦合器内部零部件的结构，原封不动地保留原耦合器高速增速齿轮副及涡轮轴，并在高速轴间采用齿形联轴器柔性连接。此方案中保持原耦合器大齿轮，去掉原来耦合器的泵轮、涡轮及涡轮套,原小齿轮
17、轴与涡轮轴间采用专门设计的齿形联轴器柔性连接。齿形联轴器通过鼓形量的设计和侧隙选择，可以部分消除带负荷运行时齿轮轴轴心线与涡轮轴轴心线不同心的影响，转子需要进行高速动平衡实验。3.3.6 2b方案说明M*E* 奴*逢网轮it力舄合号润滑油鬃图62b将液力耦合器更换为增速齿轮箱方案此方案取消液力耦合器调节功能，两台给水泵只对其中一台进行变频改造作为运行泵,保留另外一台液耦调速给水泵作为备用泵。3.4 方案比较与选择项目IaIb2a2b运行性能安全、稳定安全、稳定一殷-运行操作简单简单简单简单系艇构置单，保留液耦功能,改造单台液耦,液耦要增加两台油泵笥单，保留液耦功彤，改造两台液牌，每台液耦要增加
18、两台油泵殖硼，加-联轴器存液耦换成加速箱行电率F（Ia,Ib相同）较高（2a,2b相同）较高表4蛤水泵改造方案对比表在上述的方案中，从电厂节能改造的角度上来考虑，在实现能量节约的前提下，运行的安全稳定性及可靠性始终是放在第一位的。通过以上四个方案的介绍，我们可以得出下面的分析结论：方案la,Ib对原有系统的改造是最小的，将液力耦合器改造成多功能液力耦合器。所谓多功能液力耦合器就是在保留液力相合器调速功能的基础上增加液力相合器的增速齿轮箱输出功能。实现这一改造后，液力耦合器具备了两种功能，一是工频运行时的液力耦合器的调速功能（这是原来就有的）；二是变频运行时（将勺管固定在最大转速位置）的增速齿轮
19、箱输出功能（这是改造后新增的）。两种功能可以通过勺管进行切换。虽然这是以减少3-5%的节电率为代价的，但这对于给水泵改造后的安全稳定性来说又是弥足珍贵的。方案2a,2b中，一是将液力耦合器更换成增速齿轮箱，就是购买1台增速齿轮箱，其造价高，工期长，可能还需要改造给水泵基础等，改造工作量大，改造周期长。一是将液力耦合器改造成增速齿轮箱，不需要改造给水泵基础，但是要由液力耦合器厂家进行改造，工作量大，改造周期长，且属非标产品，运行稳定性很难保证。改造不具有可恢复性。另外在极端情况下（例如变频器故障、另外一备用泵故障），给水泵的给水量就无法调节了，严重影响锅炉系统的安全。方案Ia与Ib的比较中，Ib
20、对两台液耦都进行了外接辅助油系统改造，每台需增加两台油泵，看似增加了改造的工作量，但在实际的改造中，仅仅增加了两台小功率供油泵电机（箱体外部增配工作/润滑油泵定速驱动电动机独立工作）,对原有的液耦结构不需做改动,增加的工作量和成本可忽略。另外在系统的安全冗余考虑中，一用一备，轮换使用是保证系统安全、稳定且长期运行的保证。在la,2a,2b方案中，都是将固定的一台给水泵进行改造，在以后的运行中也是这一台水泵长期运行（在设备的管理上是不科学的），这对于系统的使用寿命是不利的，安全冗余性能下降（一台给水泵设备长期使用，由于短板理论，整个一用一备的系统寿命也缩短了）。综合以上的分析，决定在实际改造过程
21、中选择Ib的改造方案，即增加一台变频器，对两台液耦外接辅助润滑油系统进行改造，实现给水泵变频器“一拖二运行模式，一运一备。3.5 给水泵液力耦合器改造难点说明在选定的方案Ib中，液力耦合器的主油泵是由电动机的轴直接驱动的，当电动机调速运行后，会出现油压不够的问题，会使液力耦合器不能正常工作。需要将主供油泵改为由定速电动机驱动来解决液力耦合器工作油压稳定的问题，另外润滑油泵也需做相应的处理。液力耦合器的工作油泵和润滑油泵与给水泵电动机传动机构脱离，液力耦合器箱体外部增配工作润滑油泵定速驱动电动机独立工作。保留液力耦合器内置辅助油泵,增加两台外置工作油、润滑油泵，单独配置定速电机。3.6 给水泵变
22、频器“一拖二”运行模式说明由于给水泵工作过程中，需要保持锅炉给水系统的稳定均匀性，给水系统设备庞杂，机组长时间持续运行过程中，难免出现需要切换运行的时候，给水泵变频运行的切换就比较繁琐，所以给水泵变频器“一拖二”的运行方式在实际使用过程中受到了一定的限制，具体切换操作需采用“三倒两切”方式，如下表。序号A给水泵B给水泵1状态朝运行停泵t工频备用2准备倒泵蝮运行工频合闸启动3第fl变频降转速4切换完成停泵工SS运行液耦调速5第一切变频分闸，工频合闸启动工运行6第二倒工频升速JjO钿7切换完成ZDS5运行停泵8第二切运行Zra分闸，变频合闸启动9第三倒10切换完成停泵,工顷备用变频运行表5始水泵三
23、筋两切状态表这是两台给水泵共用一台变频器的“一拖二”切换过程，在机组运行中让工频备用泵转换为变频运行泵运行操作是比较繁琐，所以不建议在机组运行中进行变频泵的“一拖二”切换。但在机组相关检修中可以进行变频泵的切换，此时的切换就非常的简单。检修过程后的“一拖二运行避免了某一台水泵单一长期运行产生损坏造成直接的经济损失和延宕检修工期，大大提高了整个给水系统的使用寿命。图7高压给水泵电气接线原理图4给水泵改造前后的对比分析4.1改造前的理论计算设备名称#2-1/#2-2给水泵运行方式2台并联液耦调速开度12-10%设备型号HPTmk200-320-5s电机型怎YKS800-4电机工况轴功率3658kW
24、额定功率5000kW2076kW额定压力16.56MPa电压6kV0.63kPa6.27kV额定流量782m7h额定电流544A350m3h236A簸融5195rmin侬触1493rmin3268rmin介质M度kgm3功率因数0.910.818表6机组330TH(1MW)溢量参数设备名称#2-1/#2-2给水泵运行方式2台并联液耦调速开度56%设备型号HPTmk200-320-5s电机型号YKS800-4水泵工况轴功率3658kW额定功率5000kW4252kW额定压力16.56MPa豌三6kV14.09MPa6.28kV额定流量782m7h额定电流544A6O3th442AB雌5195rm
25、in既融1493rmin4653rmin介质密度kgm3功率因数0.910.88表7机组563T/HQ80MW)流量叁数工频调节：电机全速，通过液耦调节水泵转速实现生产工艺调节;变频调节：通过调节频率改变电机转速实现生产工艺调节。工;兄电机输入电压(V)电机功率因数电机转速nl(r/min)电流取值n2取值率(kW)1-2nl可约功率(kW)330T/H60000.8185195236326820760.37770563T/H60000.885195442465342520.22443表8机组变工况下叁数对比以330TH(100MW)运行时间为70%,563TH(180MW)为30%运行时间计
26、算，年运行时间为6000h的发电量：100MWX6000hx70%+180MW6000h30%=7.44亿度。年节约电费=7704200h0.225%kwh+4431800h0.225元kwh=90.71万元。4.2 改造后的实际效益给水泵综合节能改造后，从连续运行日的发电情况和给水泵耗电量对比发现，改造后较改造前给水泵日耗电平均节约2.4万千瓦时左右,则年节约电费=2.4万kwh24h6000h0.225元/kwh=135万元。考虑到新疆电力市场供大于求的特殊性，如机组年运行小时安500Oh计算，则年节约电费=2.4万kwh24h5000h0.225元kwh=l12.5万元。4.3 改造前后
27、经济性对比图8给水泵改造前后日耗电量对比图日发电量与曰量电率的关系日宝电量 （ 万KWH）图9机组日发电量与日节电率的关系图给水泵改造后呈现的节电特点：在机组额定负荷50%-100%之间运行时，机组负荷越低,节电量越多，当机组满负荷运行时，给水泵日节电量仍能达到2万千瓦时。4.4 投资回报经济性评价给水泵综合节能改造项目整套系统投入费用487万元（分期5年定额支付），回收投资年限（按年运行5000小时计算）为487/112.5=4.33年。通过改造后的运行工况分析、测试的数据及结果分析可知，高压变频器在技术经济等方面都是优越的、先进的，替换液力耦合器后投资回报期在4.5年左右。它和液力耦合器相
28、比,不仅技术先进，而且经济合理，应用范围广泛，尤其在电厂给水泵的改造中取得了成功的经验。变频技术替代液力耦合器装置理论可行变为现实，技术上先进，运行上安全可靠，节能成效显著，经济效益可观。五、给水泵综合改造项目节能评估5.1 节电量可观变频器节能主要表现在变频节能、功率因数补偿节能和软启动节能，在此次给水泵的综合节能改造投入运行后表现突出。对比给水泵改造前后的运行工况，在机组的不同负荷阶段节电效果不同，但给水泵改造后的平均节电率均在30%左右，日节电量平均大于2.4万千瓦,从节电率趋势图可以看出，机组低负荷阶段运行时，节电率越大，此节点特性非常符合目前新疆电力过剩、火电机组长期低负荷运行工况的
29、特点，节电效果显著。5.2 对厂用电网及设备有较好的保护作用电厂给水泵，功率大、电压等级高，大型电机采用硬启动的方式会对电网造成严重的冲击，对电网容量要求较高，启动时产生的大电流和段动对电机及机械设备的损害也较大，极大地降低了设备、管路的使用寿命。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不至于超过额定电流，减轻了对电网的冲击，电机和机械设备的使用寿命相应地得到了延长。5.3 可大幅提高精度电机变频改造控制的核心就是采用计算机数字控制取代模拟控制、交流调速取代直流调速，这种控制方式的调整，不仅可以节约电能，实现电机的软启动，同时可以从本质上提高运转精度、完善生产
30、工艺流程、改善运行环境。变频调速以其高效率、高功率因数、以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速手段。变频调速用于电厂交流电动机是现代电动机调速应用最广、效果最好的调速方式之一，也是目前电动机调速的主流方法之一。六、结论热电公司此次对#2机组给水泵所采用的科技股份有限公司针对给水泵现场配置设计的变频器“一拖二”模式、对两台给水泵液耦润滑油系统进行外接辅助润滑油系统进行的综合改造项目，采用的方法科学合理，特别是在改造前充分对给水泵的前置泵进行专业论证，避免了给水泵汽蚀的担忧。另外，对液力耦合器的改造选择了外接辅助润滑油系统，将勺管全开保留液耦功能，安全可靠，操作简便
31、。针对目前电厂给水泵辅助液力耦合器运行中效率较低导致厂用电较高的情况,从给水泵液力耦合器、液耦润滑油系统出发,分别研究各个环节中对水泵系统效率影响的因素及参数,给出水泵及润滑油系统改造方案、调速方案，形成电厂水泵节能的完整技术体系，最终使电厂给水泵效率、装置及系统效率达到最优值。该改造方案实施后，节电效果超过预期，该厂综合厂用电率降低0.41%,节能效益可观。附参考资料火电厂电动给水泵系统节能改造工程技术难点和实施方案分析1引言在火力发电厂中，风机和水泵也是最主要的耗电辅机设备，且容量大、耗电多。加上这些设备都是长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态，其节能潜力则更加巨大。发电厂铺机电动
32、机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低。随着电力行业改革的不断深化，厂网分家,竞价上网等政策的实施，降低厂用电率，从而降低发电成本提高电价竞争力，己经成为各发电厂努力追求的经济目标。我国火电机组的平均煤耗为350gkW.h,比发达国家高出3050gkW.h,而厂用电率的高低是影响供电煤耗和发电成本的主要因素之一。为了改变这种状况，缩小与发达国家的差距，国内火电厂的风机和水泵也已纷纷增设调速装置，经过近20年来的努力，火力发电厂在主要辅机节能改造方面取得了骄人的业绩，已经有相当大部分的风机和水泵完成了变频调速节能改造工作。目前，我国煤电机组综合升级改造正在步入“深水区”，发电厂在大量的风机和水泵
33、己经进行了变频调速节能改造的情况下，“动刀”号称火电机组“心脏”的液力耦合器调速的电动给水泵已经势在必行了。由于电动给水泵的改造不仅仅是变频改造而已,还包括液力耦合器的改造和前置泵的改造工作；不仅牵涉到电气系统、机械驱动系统的改造，还要牵涉到高压水路系统的改造工作;而且给水泵的安装位置又十分紧凑，就给液力耦合器和前置泵的改造增加了难度，同时必须另找地方建造变频器房。另外由于发电厂给水系统的重要性，决定了其对设备可靠性的要求极高，必须配备可靠性指标动态响应招标特别高的给水泵专用高压变频器；同时对给水系统的控制、连锁、保护的要求也特别高，还牵涉到DCS系统扩容改造和组态设计改造等问题,涉及面极广，
34、工作量巨大，因而往往使人望而却步。所以给水泵系统节能改造的关键是要拿出可靠性最高，改动最小，投资最少，节能效果最好的科学合理的改造方案来。2电动给水泵节能改造存在的问题2.1 给水泵可靠性要求高由于发电厂给水系统的重要性，决定了其对设备可靠性的要求极高，必须配备可靠性指标特别高和动态响应快的专用高压变频器；同时对给水系统的控制、连锁、保护的要求也特别高。还牵涉到DCS系统的扩容改造和组态设计改造，涉及面很广，工作量巨大。2.2 给水泵系统改造涉及面广，工程量大（I）由于给水泵系统（包括前置泵和液力耦合器）安装位置紧凑，其机械传动系统的改造难度很大；（2）给水系统回路的改造工作量也很大，且质量要
35、求高（因为给水压力高）；（3）电气系统的改造工作相对来说难度较小，但是由于给水泵系统设备安装位置紧凑,必须在较远的地方建变频器房，还要配备通风冷却设备，也增加了动力电缆和信号电缆的成本。2.3 节能效果并不理想（若保留液力耦合器）水泵系统与风机系统不同的是管路系统都有静扬程存在，管路性能曲线的静扬程越高，水泵性能曲线和管路性能曲线的夹角就越小，则变速调节流量时，改变相同流量时的转速变化就越小，其轴功率的减小值也越小，还有可能引起管路的水击，因此水泵系统的调速节能效果比风机要差一些。尤其是锅炉给水泵系统的静扬程（汽包压力）占到额定扬程的6080%,当流量减少到50%时，转速只能降低1520%,轴
36、功率只减少35%40%左右，而远远达不到87.5%电动给水泵一般都配备液力耦合器调速运行，虽然液力耦合器属于低效的调速装置，但是用在风机水泵调速控制时，也有明显的节能效果；若用变频器代替液力耦合器调速的话，虽然也有较好的节电率（100%转速比），但是节电量却有限，因此节电的经济效果并不理想。若是变频改造时保留液力耦合器的话，则节电率还要下降68%左右，当机组处于高负荷运行或低负荷单泵运行时可能会出现不但不节能还反而费能的情况，因为降速所节省的功率将不足以抵消变频器加上液力耦合器总共IO12%左右的功率损耗。另外由于给水泵电动机功率太大，因而变频器的投资也大，再加上发电厂的电价是以上网电价甚至是
37、成本电价计算的，所以回收期长，节能改造的经济效果并不理想。3前置泵改造方案分析由于给水泵入口水温较高，使得给水近似饱和水，为了保证给水泵不发生汽蚀，一般高压给水泵都要设置低速前置泵。给水先通过前置泵升压后再进入主给水泵。这样就使主给水泵入口的压力大于给水温度所对应的汽化压力与给水泵必须汽蚀余量之和，还要留有一定的压力余量，才能避免主给水泵的汽蚀。前置泵是在给水泵电动机直接驱动下定速运行的。给水泵电动机变频调速改造后，前置泵如何运行，是变频改造必须要解决的问题。3.1 前置泵定速运行方案：就是将前置泵与主给水泵电动机脱开（公众号:泵管家），配备独立的电动机驱动定速运行。实现这一方案需要设计院设计
38、前置泵电动机基础，配备一台高压电动机、一面高压开关柜、相应的电力电缆及控制电缆，这一方案造价较高，现场条件亦不许可，故难于实现。（如果供电容量允许，也可以采用低压电动机拖动）3.2 更换前置泵变速运行方案：更换一台扬程大一档的前置泵调速运行，将原配备的前置泵拆除，安装和改造工程量较大，更换后轴功率增加很多，会使能耗增加。（经综合技术经济比较，亦不可取）3.3 不用前置泵，给水泵增加诱导轮变速运行方案：原前置泵不用，改造给水泵：在给水泵一级叶轮前增加一级诱导轮。给水泵芯包需要返厂改造，改造时间需要三个月，工期长费用高且改造后轴功率增加较多，影响运行的经济性,所以也不可取。3.4 前置泵直接变速运
39、行方案：前置泵不作任何改造，随主给水泵调速运行，改造工作量最小，但是必须保证改造后在机组任何运行工况下给水泵都不会发生汽蚀。这就需要在改造前根据设备和机组运行参数，进行详细的技术核算，只有在确保给水泵在任何运行工况下都不会发生汽蚀的情况下才能让前置泵直接随主泵调速运行。经过对大量机组的给水前置泵的技术分析后确定：对于大多数机组来说，前置泵随主泵调速运行是可行的，无论是机组正常变负荷运行还是突然甩负荷工况下都不会使给水泵发生汽蚀现象。前置泵到底改与不改，完全取决于前置泵扬程的大小。具体来说，对于200MW机组，前置泵扬程在7580m以上的就可以不改，对于300350MW机组，前置泵扬程在95-1
40、00m以上的就可以不改，对于600660MW机组，前置泵扬程在130140m以上的就可以不改，而随主泵调速运行。经调查统计绝大部分电厂的前置泵是满足上述扬程要求而可以不改的，只有少数机组的前置泵由于所选扬程太低而必须进行定速电动机拖动改造。例如=电厂330MW机组的前置泵扬程只有46m,电厂330MW机组的前置泵扬程也只有47.5m,还不到设计要求的一半，所以必须进行定速电动机拖动改造。相反也有个别的机组其前置泵的扬程特别高，例如河北保定热电厂200MW机组的前置泵扬程竟高达174m,有的给水泵则本身已经带有诱导轮。对于那些不经过改造就可以随主泵调速运行的前置泵，又何必多此一举的进行定速驱动改
41、造呢？要知道前置泵定速驱动改造需要增加一台高压(或低压)电动机，一面电气控制柜；另外基础和水路系统也要进行改造，不但增加改造投入，而且工作量巨大，改造周期长，有的电厂还会受到现场安装空间的限制。所以前置泵一律进行定速电动机拖动改造方案不符合发电厂节能改造的原则。对于发电厂以节能为目的的技术改造必须符合以下三个原则：(1)必须坚持安全可靠的原则；(2)必须坚持低投入高产出取得最佳经济效益的原则；(3)必须坚持现场适宜和改动最小的原则。4液力耦合器改造方案分析液力耦合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。液力耦合器其结构主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成。由于锅炉给水泵的扬程高，所以转速高(550
42、06000rmin),用于给水泵调速的液力耦合器的内部带有增速齿轮箱，接近6000rmin,再通过液耦降速。液力耦合器在实际工作中的情形是：电动机带动主动齿轮旋转,从动齿轮驱动泵轮旋转,泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服负载的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速成平方比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。液力耦合器的泵轮不能调速运行是一个认识误
43、区，大量的液力耦合器驱动的设备进行变频改造的实践已经有力地证明液力耦合器的泵轮是可以调速运行的。只是存在下面两个问题需要解决：液力耦合器的主油泵是由电动机的轴直接驱动的，当电动机调速运行后，会出现油压不够的问题，会使液力耦合器不能正常工作。可以将主油泵改为由定速电动机驱动来解决液力耦合器工作油压稳定的问题。如果保留液力耦合器，由于液力耦合器的容积损耗和摩擦损耗约占额定传送功率的34%,另外由于液力耦合器的最高转速只有9697%额定转速，所以存在额定传送功率34%的丢转损耗，加起来会减少68%的节电率。所以在进行变频改造时一般都去掉液力耦合器以提高节电率；但是对于给水泵系统又必须保留齿轮箱，给改
44、造增加了难度和工作量。电动给水泵进行变频改造的关键是如何改造液力耦合器，以满足电动机调速运行时，输出轴能够按增速齿轮箱功率输出。其改造方案有三种：方案一是将液力耦合器更换成增速齿轮箱，就是购买一台增速齿轮箱，其造价高，工期长，同时需要改造给水泵基础等，改造工作量大，改造周期长。改造后只适合由变频器拖动运行，不适合作为工频泵备用，因为大功率给水泵工频起动是个问题。方案二是将液力耦合器改造成增速齿轮箱，不需要改造给水系统基础，在液力耦合器内部将泵轮和涡轮实现直联，就像液体调速离合器（噢密嘎离合器）一样，可以实现主动轮和从动轮直联。改造最好是具有可恢更性的。但是必须要由液力耦合器厂家进行改造，改造工
45、作量大，改造周期长，且属非标产品，运行稳定性还有待考验。方案三是通过对液力耦合器进行改造，将液力耦合器改造成多功能液力耦合器。所谓多功能液力相合器就是在保留液力耦合器调速功能的基础上增加液力耦合器的增速齿轮箱输出功能。实现这一改造后，液力耦合器具备了两种功能，一是工频运行时的液力耦合器的调速功能（这是原来就有的）；二是变频运行时（将勺管固定在最大转速位置）的增速齿轮箱输出功能（这是改造后新增的）。两种功能可以通过勺管进行切换。但这是以减少68%的节电率为代价的,而这对于给水泵改造来说又是弥足珍贵的。因为除了调速效率的损耗之外,液力耦合器还有两项固有的损耗：（1）首先液力耦合器具有约34%的丢转
46、率，这不仅意味着其最高转速达不到电动机的额定转速，同时也意味着传送功率的损耗，而液力耦合器的传动效率等于转速比，所以丢转损耗还意味着占传送功率34%的功率损耗。（2）除了丢转损耗外，液力耦合器的冷却水系统和油泵系统等辅助设备以及液力耦合器的机械损耗和容积损耗等也要消耗一定的功率，约占传送功率34%,这两部分损耗加起来就要占到传送功率的68%。液力耦合器改造方案一和方案二都是高效的改造方案，区别在于方案二是不可恢复的，而方案一可以做成可恢第的。当变频器因为重故障须退出运行时，方案一可以恢复液力耦合器功能，作为工频备用泵使用；而方案一当电动机切换至工频时将很难起动。方案三在切换时最为方便，但这是以减少68%的节电率为代价的，而这对于给水泵改造来说又是弥足珍贵的。所以是一种低效的改造方案，当机组处于高负荷运行或低负荷单泵运行时可能会出现不但不节能还反而费能的情况，因为降速所节省的功率将不足以抵消液力耦合器加上变频器总共1012%左右的功率损耗。由以上的分析可以看出：液力耦合器调速电动给水泵的节能改造在拆除和保留液耦的问题上将面临“鱼与
