火力发电厂循环水泵双速节能改造分析
随着电力体制改革的逐步深化，厂网分开和竞价上网成为必然趋势，发电厂改制为发电有限公司，成为独立核算自负盈亏的经济实体。面对这一新形势，如何进一步深化发电厂的节能工作，是摆在每个节能工作者面前的课题。在市场经济条件下，发电厂为了提高企业的经济效益，积极参与发电市场竞争，综合发电成本是企业的竞争能力的主要指标。发电厂节能工作的主要目的就是降低企业的综合发电成本，为企业获取最大利润。
循环水泵是电厂仅次于给水泵的耗电设备。循环水采用单元制供水的机组进行循环水泵的双速改造，根据季节的变化采用灵活运行方式，即在夏季，双泵高速运行；冬季，双泵低速运行；春秋季，一泵高速、一泵低速的运行方式。这样，既可以满足不同季节循环水流量的要求，又可以在环境温度较低的情况下起到节约厂用电、降低综合发电成本的作用，冬夏温差大，这项改造节能潜力很大。
某电厂四台循环水泵电机改造后投入运行
一、循环水量应随冷却水温和热负荷的变化进行调整
循环水的作用是冷却，简称冷却水，旨在将排人凝汽器的热量．带走凝汽器热负荷与循环水的关系式：
Qτ=Cwt×Cpt(t2TtlT) (1)式(1)中，Qτ为凝汽器热负荷，kW；CvT为循环水流量，kg／s；CPT为循环水的平均温度下的比热容，kJ／(kg·℃)；t2T为凝汽器出口冷却水温度℃．t1T为凝汽器人口冷却水温度℃。
分析式(1)可知，假定凝汽器热负荷和凝汽器出口冷却水温度是不变量，凝汽器人口冷却水温度越低，需要的冷却水量越少；反之越多。假定凝汽器人口冷却水温度不变，凝汽器热负荷越多，所需冷却水量就越多；反之越少。对于纯凝机组，冬季的循环水温在10℃左右，夏季循环水温在30℃左右，机组即使在相同负荷及工况下运行，所需的循环水量也是不同的。对于带抽汽的凝汽式机组，是否带抽汽运行及所带抽汽量大小，凝汽器的热负荷是不同的，相应所需的循环水量随之改变。
二、传统循环水流量调整方法的经济性差
多数电厂在实际运行中，循环水泵出口门全开，用调整水泵运行台数的方式来满足不同水温和热负荷的需求，这使得循环水泵不能长期运行在高效区，远离设汁工况运行效率偏低。采用改变水泵叶片角度的调整方法，但此法不能实现在运行中调节，长期使用后，调整叫片角度的装置容易失灵。
三、循环水泵的双速节能改造
3.1 重改变循环水泵转速的原理
根据泵的相似定律，如果泵的相应尺寸相等(或对同一台泵)，可以得出：
Q1／Q2=(n1／n2）2
H1/H2=(n1／n2)2
(2)N1/N2=(n1／n2)3
式(2)中，Q为泵流量；H为泵扬程；N为泵功率；n为泵转速。
式(2)表明泵转速改变时，性能参数之间的关系。假定转速变化时，相似工况点的效率相等，可以根据泵转速变化画出水泵通用特性曲线，如图1所示。
通过图1可以看出，改变转速，可以在泵效率不变的情况下，得到所要求的冷却水参数，相应地降低厂用电的消耗，达到节能的目的。例如，在夏季，循环水泵在图1中A点以600r／min运行，水泵效率为0．78，流量为105L／s；（378T/h）在冬季，由于循环水温低，在相同热负荷下，循环水泵在图1中B点以500r／min运行，水泵效率不变，流量为80Us，由于流量减少，水泵的耗电降低，机组的厂用电量随之减少。
3.2 改变泵转速方法的比较分析
3.2.1增装变速箱、液力偶合器和变频调整装置
此方法技术比较成熟，安全性较高，但这些设备自身有能量消耗；另外，占地面积大，使泵组结构复杂，检修工作量大。
3.2.2更换水泵电机
更换水泵电机为双速电机是好方法，技术成熟，安全性高，没有多余的自身能量消耗；但这种方法的投资大。
3.2.3改变原有水泵电机的转速
根据异步电动机的转速关系式：
n=n1(1-s)=(60f1/p1)×(1S) (3)
式(3)中，s为电动机的转差率f1为电机电源的频率，Hz:p1为电机定子绕组的极对数。
由式(3)看出，改变异步电动机的转速有3种办法：
A.改变原有电动机的转差率S。
B.改变原有电动机频率f：以改变n1，即变频调速。该方法在高压电机上应用风险较大，维护成本高 。
C.改变电动机定子绕组的极对数P1，以改变定子旋转磁场的转速n1，即变极调速。要使定子绕组具有二种极对数，容易实现的办法是用2套极对数不同的定子绕组，即极对数不同的双绕组变极调速。显然，这是一种投资较大的变极调速方法。另一种方法是只装1套定子绕组，通过改变绕组端部联线的连接方式来获得两种极对数，即单绕组变极调速方法。这是一种投资小见效快的方法，但是否对任何循环水泵电机都可行有待研究，并且这种方法难以进行动态转速切换。
3.3 双速循环水泵改造的技术经济性
3.3.1节约用电可以最大限度地降低综合发电成本
发电厂是能量转换工厂，从热力学分析看，经过锅炉、汽轮机和发电机把燃料的化学能依次转变为热能、机械能和电能，能量在转换过程中不可避免地存在各种损失，可用能逐步降低；但能量的价值却逐步增加，热能的能价大于煤的能价，而电能的能价大于热能的能价。如发热量为20MJ／kg的原煤价格为260元／t，其能价为0.0913元／MI；而价格为0.33元／(kW·h)的电能，其能价为0.0917Tr.／MJ。电煤能价比为7,即节约1MJ电能给企业带来的效益相当于节约7MJ煤的能量。
因此，发电厂节能工作要抓住“同能不同价”的特点，因地制宜，最大限度地降低综合发电成本。
3.3.2双速循环水泵改造的经济性
北方，一年四季分明。每年10月至次年5月，气候寒冷，最低气温可达30℃；而每年510月，气候温暖，最高气温为+30℃。一年之中气温变化比较大、这是推广双速循环水泵节能项目自然环境的优势所在。现以某发电厂双速循环水泵改造为例进行经济性分析。循环水泵的耗能计算式为
P=√3UICOSφ (4)
式(4)中，P为运行循环水泵所消耗的电能，kW；
U为循环水泵电机的电压kV；I为循环水泵电机的电流A；cos为电机的功率因数。该循环水泵电机型号为Y1250-12／1730-1，采用单绕组变极的方法，通过改变绕组端部联线的连接方式来获得两种极数；高速495r／min时，12极；低速422r／min时，14极。改造后进行了负载试验，试验数据见表1。
如果对某电厂循环水泵进行双速改造，以200MW机组为例，在冬季循环水泵处于低速运行工况，1台循环水泵冬季运行的时间为3000h，上网电价按0．2元／(kW·h)计，可节约电费：
3000×332.55×0.38=37.92万元
如果1台循环水泵双速改造按改造费用为20万元，投资回收期不足二个月。如在春秋两季，采用一泵高速、一泵低速的灵活运行方式，投资回报率更高。
四、结束语
节能是人类合理适度开发利用自然资源的永恒课题，世界各国非常重视，电力部门尤为突出。将循环水泵改造为双速运行，满足了机组在不同季节和不同负荷工况下对循环水量的要求，降低了综合发电成本，具有广阔的应用前景。
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| 新的定子线圈经真空压力浸漆后 | 改造的新定子线圈吊入真空浸漆缸中进行真空压力浸漆 |
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| 技工正在对改极后的定子线圈极相组接头焊接 | 技工正在对出线桩头进行测试 |
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| 改双极双速后的循泵电机正在做空载试验 | YKSL3500-16循泵电机改极 |
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