大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析

22水泵

火力发电机组必须配备的水泵主要有锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵，其次还有射水泵、低压加热器疏水泵、热网水泵、冷却水泵、灰浆泵、轴封水泵、除盐水泵、清水泵、过滤器反洗泵、生活水泵、消防水泵和补给水泵等。这些水泵数量多，总装机容量大。50MW火电机组的主要配套水泵的总装机容量为6430kW，占机组容量的12.86％；100MW机组为10480kW，占10.48％；200MW机组为15450kW，占7.73％。100MW机组主要配套水泵的总耗电量约占全部厂用电量的70％左右。由此可见，水泵确实是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机。因此，提高水泵的运行效率，降低水泵的电耗对降低厂用电率具有举足轻重的意义。

与风机一样，除由于设计中层层加码，留有过大的富裕量，造成大马拉小车的现象之外，还由于为满足生产工艺上的要求，采用节流调节，造成更大的能源浪费现象。以锅炉给水泵为例，1台200MW发电机组的给水泵，其电动机功率达5000kW，水泵的出口压力为25.0MPa，而正常运行时的汽包压力为16.5MPa。水泵的出口压力与正常的汽包压力之间的差别如此之大（8.5MPa）的原因有两个：

——锅炉检修以后打水压试验的需要；

——为给水调节阀前提供较大的压力，以提高调节系统的反应速度。

由以上分析可知，当电动机定速运行时，为了维持汽包压力在正常值，必须在给水管道上加装给水调节阀，增加阻力，以至消耗大量的能源。若电机采用调速驱动，则可用改变电机的转速来满足不同的压力要求，节省了因阀门阻力引起的附加损耗，从而达到节能的目的。同时以调速方法改变压力的响应速度远比改变阀门开度来的快，使锅炉汽包水位自动调节系统的反应加快，改善了锅炉给水调节系统的性能。

为了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率，降低管路系统阻力，合理配套并实现经济调度外，采用调速驱动是一种更加有效的途径。因为大多数水泵都需要根据主机负荷的变化调节流量，对调峰机组的水泵尤其如此。根据目前我国电网的负荷情况，大多数125MW机组已参与调峰，为扩大调峰能力甚至一些200MW机组也不得不参与调峰运行。所以为这类调峰机组配套的各种水泵最好采用调速驱动，以获得最佳节能效果。例如，有1台国产200MW机组配备3台DG400－180型定速给水泵，当主机负荷为180MW时运行2台泵，调节阀的节流损失高达2.21MPa，仅此一项每年浪费电能883.9万kW·h。如果改用1台全容量调速给水泵则可以节省大量电能，参见表1。由表1可见，当主机采用定压运行方式时，可平均节电20％；当主机采用定－滑－定运行方式时，可平均节电30％。以上是没有考虑给水焓升变化的计算结果，如果考虑调速泵中给水焓升较小，则平均节电率将下降3％～5％。

表1200MW机组采用全容量调速给水泵的节电效果

水泵轴功率的计算公式为：Pa=（2）

式中：Pa——泵的轴功率，kW;

Q——流量，m3/h；

H——扬程，m；

ρ——水的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

η——泵效率。

为分析问题方便，以系数K来表示ρg／1000，于是式（2）可改写为：Pa=（3）

用阀门节流调节时，运行于B点，轴功率PaB为：PaB=

变化此式可得：PaB=KQ2H3＋KQ2(H2－H3)＋KQ2H2 （4）

式中：KQ2H3——有用功；

KQ2(H2－H3)——阀门节流损失的功率；KQ2H2——泵本身损失的功率。

用变速调节法时，运行于C点，轴功率PaC为：PaC=

同样变化此式可得：PaC=KQ2H3＋KQ2H3（5）

用变速调节法比用节流调节法少消耗的轴功率ΔPa为：

ΔPa=PaB－PaC=KQ2(H2－H3)＋KQ2（6）