CN113958373A - 一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，该工艺方法首先通过上一年度的运行数据，统计机组的负荷率和电动给水泵厂电耗率，拟合出负荷率和电动给水泵厂电耗率的自适应函数曲线，方便和改造后的厂电耗率进行对比。本发明提出三种方案的改造收益对比方法，包括变频改造、机电一体化调速改造和汽轮机驱动改造，通过每一种改造的效益计算，为电厂在执行改造前做出有益的参考。
Description
技术领域
本发明属于燃煤机组节能降耗领域，具体涉及一种电动给水泵调速及汽泵改 造工艺判定方法。
背景技术
当前部分机组还采用电动给水泵，但是由于电动给水泵耗电率太高，同时低 负荷下液力偶合器效率低，很多使用电动给水泵的电厂都想通过改造降低其电 耗，电动给水泵的节能改造主要就是三种方式：变频改造、机电一体化机械调速 改造及汽轮机驱动改造。变频调速改造是基于整流再逆变的工作原理，通过改变 电源频率和电压，直接改变异步电动机转速的调速。变频调速的最大优点，一是 节电、二是调节精度高。由于使用了大功率高频开关元件，其发热量较大，需要 大量的电耗来提供冷却，尤其是在南方地区。同时变频器的稳定性和维护工作大 对这种高压变频器的使用也有一定影响。采用汽泵改造可以彻底解决厂用电高的 问题，且增加了有效的调速手段。但是汽泵改造投资较大，厂用电下降了而发电 煤耗增加了，节能效果不明显，而且部分电厂不一定具备合适的地方能放下汽动给水泵。机电一体化机械调速改造是在传统的机械调速行星齿轮方案加以改进， 同样基于功率分流原理，将用于传递的调节功率的液力变矩器改为两台低压小功 率变频伺服电机，结合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率，进一步提高 了低负荷区域的传动效率。据厂家反馈，机电一体化调速装置滚动轴承寿命约7～8 万小时，机械部分八年、电气部分能做到五年免维护，之后运行期需定期检查。 但是机电一体化改造实用案例较少，至今只有某些电厂完成了改造，投资过高， 接近变频改造的1.5倍。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电动给水泵调速及汽 泵改造工艺判定方法，以解决现有技术中难以确定动给水泵调速及汽泵改造方案 的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据已有工艺数据，确定给水泵的电耗率与机组负荷率的关系，以及 机组负荷率与液力偶合器传递效率的关系；
步骤2，确定每一种工艺改造类型的投资费用和投资收益率，选择投资收益率 最高的工艺改造类型作为最终的改造方案，所述投资收益率为年节煤收益，年节 煤收益由厂电耗率计算获得；所述工艺改造类型包括变频改造、机电一体化调速 改造和汽轮机驱动改造；
所述变频改造包括保留液力偶合器方案和将液力偶合器改为增速齿轮箱的方案；所述机电一体化调速为将液力变矩器改变为两台低压小功率变频伺服电机； 所述汽轮机驱动改造为通过小汽轮机驱动给水泵。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述保留液力偶合器方案为：将容积调速法改为泵轮调速法，液力 偶合器的勺管位置开到最大开度，由电动机配置的高压变频器调节给水泵转速。
优选的，所述将液力偶合器改为增速齿轮箱的方案为：将液力偶合器拆除， 更换成增速齿轮箱，配套润滑油站。
优选的，所述汽轮机驱动改造的小汽轮机为凝汽式小汽轮机。
优选的，步骤2中，所述投资费用包括设备购置费、安装工程费和其他费用。
优选的，在计算投资收益率时，不考虑贷款，不考虑建设期、不考虑经营成 本及折旧、不考虑扣除25％的所得税，且不考虑运行维护成本。
优选的，在计算投资收益率时，按照年供电量不变为计算基准。
优选的，步骤1中，通过上一年每月的给水泵用电量和机组发电量，确定给 水泵的电耗率与机组负荷率的关系。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，该工艺方法首 先通过上一年度的运行数据，统计机组的负荷率和电动给水泵厂电耗率，拟合出 负荷率和电动给水泵厂电耗率的自适应函数曲线，方便和改造后的厂电耗率进行 对比。本发明提出三种方案的改造收益对比方法，包括变频改造、机电一体化调 速改造和汽轮机驱动改造，通过每一种改造的效益计算，为电厂在执行改造前做 出有益的参考。
附图说明
图1为本发明实施例的负荷率与给水泵耗电率关系图；
图2为本发明实施例的负荷率与液力偶合器传递效率关系图；
图3为本发明的变频调速与液力偶合器调速效率比较图；
图4为电动给水泵组示意图；
图5为电动给水泵组保留液力偶合器变频改造后示意图；
图6为电动给水泵组机电一体化机械调速改造后示意图；
图7为电动给水泵组汽轮机驱动改造后示意图。
其中，1-前置泵；2-电动机；3-增速齿轮；4-液力耦合器系统；5-调速装置； 6-给水泵；7-高压变频器；8-A侧四象限变频器；9-行星齿轮系统；10-A侧伺服 电机；11-B侧四象限变频器；12-机电一体化机械调速装置；13-B侧伺服电机； 14-小汽轮机驱动系统；15-小汽轮机；16-齿轮减速箱；17-离合器；18-联轴器。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明的目的在于提出一种电动给水泵调速及汽泵改造收益对比的方法。首 先通过上一年度的运行数据，统计机组的负荷率和电动给水泵厂电耗率，拟合出 负荷率和电动给水泵厂电耗率的自适应函数曲线，方便和改造后的厂电耗率进行 对比。本发明提出三种方案的改造收益对比方法，为电厂在执行改造前做出有益 的参考。
1、当前运行效果评估
以某330MW机组改造为例，首先通过上一年统计的每个月的给水泵用电量 及机组发电量，确定给水泵的电耗率与机组负荷率的关系。参见图4，为原电动 给水泵组示意图，电动机2的一个动力输出端和液力耦合系统4连接，另一个动 力输出端和前置泵1连接，驱动前置泵1。液力耦合系统4包括增速齿轮3和调 速装置5，电动机2的动力输出端和增速齿轮3连接，增速齿轮3的输出端和调 速装置5连接，调速装置5的输出端和给水泵6连接。前置泵1的水输出端和给 水泵6连通。
经过图1的关系拟合出来负荷率和给水泵耗电率的自适应函数曲线，如图1 所示，x轴为机组负荷率，y轴为给水泵的耗电率：y＝0.5777x3+3.2332x2-7.6578x +6.697，获得任何一个负荷点的对应的真实厂电耗率。
为了评价效果，根据GB 3216-2016《回转动力泵水力性能验收试验1级、2 级和3级》标准进行给水泵性能试验，计算改造前的液力偶合器系统的传动效率。 对负荷率和液力偶合器系统传递效率进行耦合，如下图2所示，经过图2的关系 拟合出来负荷率和液力偶合器系统传递效率的自适应函数曲线，x轴为机组负荷 率，y轴为液力偶合器系统传递效率：y＝-86.913x2+179.85x-16.051。获得任何一 个负荷点对应的液力偶合器的真实传动效率。
经过性能试验算出各个负荷下的给水泵的轴功率，电动机输入功率等参数， 确立准确的改造边界条件。
2、改造方案介绍
电动给水泵的节能改造主要就是三种方式：变频改造、机电一体化机械调速 改造及汽轮机驱动改造。
2.1变频改造方案
在40％负荷率以上不同转速下，变频器效率均在93％～96％以上。液力偶合 器调速效率和变频器调速效率对比如下图3所示，可以看出，中低负荷下变频调 速效率远高于比液力偶合器调速效率，节能效果显著。
液力偶合器系统进行变频改造也可采用不同方案，具体分为以下两种方式。
(1)方案一：保留液力偶合器方案
参见图5，改容积调速法为泵轮调速法，保留液力偶合器系统4的全部功能， 液力偶合器勺管位置固定最大开度，电动机2连接有高压变频器7，由高压变频 器7调整电动机2的输出转速，通过电动机2的输出转速调节给水泵6转速。
(2)方案二：改液力偶合器为增速齿轮箱
将液力偶合器拆除，更换成增速齿轮箱，配套润滑油站。该增速齿轮箱其几 何尺寸在三维空间上与原偶合器安装尺寸完全一致，给水泵组的全部基础均无须 改动。
由于第一种方案仍属工作油传递能量，耗差损失仍然较存在，节能潜力有限。 在具有备用电泵的情况下(绝大部分机组都会有备用给水泵)，为了能深度节能， 采用方案二进行改造，下表1为节能效果分析表。
表1 节能效果分析表
从表中可以看出节能效果明显，基本厂电耗率降到接近2.5％，每一台机组 的收益受机组当前的运行状态影响较大，当前液力偶合器效率越低，改造效果越 好。
2.2机电一体化方案
参见图6，机电一体化调速方案(VECO-Drive)是在传统的机械调速行星齿 轮方案加以改进，同样基于功率分流原理，将用于传递的调节功率的液力变矩器 改为两台低压小功率变频伺服电机。保证大部分功率不参与调速而是直接刚性传 递，通过电动机2直接带动行星齿轮9驱动给水泵6，用两台低压小功率变频伺 服电机(四象限运行的低压电动发电机)调节功率，所述两台低压小功率变频伺 服电机分别为A侧伺服电机10和B侧伺服电机13，A侧伺服电机10和A侧四 象限变频器8连接，A侧四象限变频器8和电动机2连接；B侧伺服电机13和B 侧四象限变频器11连接，B侧四象限变频器11和电动机2连接。当给水泵6在 较高转速范围工作时，两个伺服电机作为电动机向行星齿轮系统9，输出功率， 使得行星齿轮系统9能够提供足够的动力驱动给水泵6运转；当给水泵运行在较 低转速范围内，两个伺服电机作为发电机，回收一部分能量，传递至厂用电系统， 集合了机械调速的高可靠性和电子调速的高效率。
表2 液力变矩器改进效率分析表
从表中可以看出节能效果明显，基本厂电耗率降到接近2.35％，每一台机组 的收益受机组当前的运行状态影响较大，当前液力偶合器效率越低，改造效果越 好。
2.3汽轮机驱动改造
参见图7，本方案通过新增设小汽轮机来驱动给水泵，拟采用100％容量的 汽动给水泵，小汽轮机选用凝汽式，排汽接入主机凝汽器，不再单独设置凝汽器， 排汽口设在凝汽器喉部两低旁排汽口中间。参见图7，小汽轮机驱动系统14包括 依次连接的小汽轮机15、齿轮减速箱16、离合器17和联轴器18，小汽轮机驱动 系统14的动力输出端同时和前置泵1和给水泵6连接，同时驱动前置泵1和给 水泵6。前置泵1的水输出端和给水泵6连通。
表3 汽轮机驱动改造效益分析表
3、投资收益率分析
汽轮机驱动改造工艺方案的投资构成主要有：给水泵、小汽轮机、前置泵及 电动机、膨胀节、排汽阀、连接系统管道、阀门及附属设备、热控与电气等的设 备费，以及改造设计、土建、安装、工程管理等费用。单台机组电动给水泵改为 汽动给水泵项目静态总投资约为2426万元人民币，其中设备购置费1830万元， 安装工程费89万元，其他费用为547万元。
为提高设备可靠性，推荐采用全进口高压变频器(变频器设备费用较国产升 高约30％)改造方案静态总投资约1176万元，其中设备购置费940万元，安装 工程费122万元，其他费用为92万元。
单台机组采用机电一体化调速方案改造方案的静态总投资约为1787万元， 其中设备购置费1570万元，安装工程费66万元，其他费用为151万元。
详见附表6。
3.1收益估算
给水泵调速改造工程的预期收益主要由传动效率提高引起的厂用电下降组 成，更为具体的，通过厂电耗率的改变计算出年节煤收益，在不考虑不考虑贷款， 不考虑建设期、不考虑经营成本及折旧、不考虑扣除25％的所得税、不考虑运行 维护成本的情况下，年节煤收益即为年收益，进而计算出投资收益率。
改造收益计算是以机组的年利用小时数、上网电价和标煤单价等为前提条件 的，这几个前提条件均不是固定不变的，均受经济发展等因素的影响。
参考上一两年的平均煤价约定可研收益估算的边界条件，见表4。
按照年供电量不变为计算基准，这也是电力交易的发展趋势，改造收益与上 网电价无关。
·汽动给水泵改造方案年收益为110万元；
·高压变频改造方案，年收益232万元；
·机电一体化调速改造方案，年收益313万元。
表4 节电收益计算基础数据
表5 改造方案收益估算(供电量不变基准)
3.2投资回报分析
根据改造项目的投资成本估算和预期收益，对改造项目进行投资回报分析。 本改造项目的投资回报分析结果见表6。
不考虑贷款，不考虑建设期、不考虑经营成本及折旧、不考虑扣除25％的所 得税、不考虑运行维护成本：
供电量不变基准下，汽动给水泵改造工程静态回收期为22.05年，投资收益 率为4.53％；变频调速改造工程静态投资回收期为5.07年，投资收益率为19.72％； 机电一体化调速改造工程静态投资回收期为5.71年，投资收益率为17.51％。
表6 给水泵变速改造项目投资回报分析结果
整个过程就是电动给水泵电动给水泵调速及汽泵改造收益对比的方法，不同 的电厂可根据该方法进行对比分析，计算出改造后的预期收益。
投运效果
本发明提出了三种电泵改造的方法，对三种改造方法预期的经济收益进行了 分析计算，为电厂在执行改造前做出有益的参考。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据已有工艺数据，确定给水泵的电耗率与机组负荷率的关系，以及机组负荷率与液力偶合器传递效率的关系；
步骤2，确定每一种工艺改造类型的投资费用和投资收益率，选择投资收益率最高的工艺改造类型作为最终的改造方案，所述投资收益率为年节煤收益，年节煤收益由厂电耗率计算获得；所述工艺改造类型包括变频改造、机电一体化调速改造和汽轮机驱动改造；
所述变频改造包括保留液力偶合器方案和将液力偶合器改为增速齿轮箱的方案；所述机电一体化调速为将液力变矩器改变为两台低压小功率变频伺服电机；所述汽轮机驱动改造为通过小汽轮机驱动给水泵。
2.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，所述保留液力偶合器方案为：将容积调速法改为泵轮调速法，液力偶合器的勺管位置开到最大开度，由电动机配置的高压变频器调节给水泵转速。
3.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，所述将液力偶合器改为增速齿轮箱的方案为：将液力偶合器拆除，更换成增速齿轮箱，配套润滑油站。
4.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，所述汽轮机驱动改造的小汽轮机为凝汽式小汽轮机。
5.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，步骤2中，所述投资费用包括设备购置费、安装工程费和其他费用。
6.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，在计算投资收益率时，不考虑贷款，不考虑建设期、不考虑经营成本及折旧、不考虑扣除25％的所得税，且不考虑运行维护成本。
7.根据权利要求1所述的一种电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，在计算投资收益率时，按照年供电量不变为计算基准。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的电动给水泵调速及汽泵改造工艺判定方法，其特征在于，步骤1中，通过上一年每月的给水泵用电量和机组发电量，确定给水泵的电耗率与机组负荷率的关系。
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