電廠(chǎng)鍋爐給水系統流量控制及壓力補償節能裝置

 

一、前言

　　鍋爐給水泵是熱電廠(chǎng)鍋爐給水系統安全穩定運行的關(guān)鍵設備。目前，為保障系統長(cháng)期穩定運行，熱電廠(chǎng)給水泵的設計都留有相當的余量，并且，熱電廠(chǎng)的蒸汽鍋爐正在向大容量發(fā)展，因為蒸汽排量大、溫度高、壓力高，使得鍋爐給水系統耗電較大。特別是當供電、供熱及其它裝置(如汽輪機)負荷變化或環(huán)境變化(如冬夏、晝夜)時(shí)，蒸汽流量和壓力也都隨之變化?，F在通常應對這種變化的方法是通過(guò)閥門(mén)節流或給水泵打回流，來(lái)實(shí)現調節。這種方法不僅額外地損失一部分能量，造成很大浪費，而且會(huì )影響鍋爐穩定運轉。另外，有個(gè)別發(fā)電廠(chǎng)在給水泵驅動(dòng)大電機上(1600KW 以上)采用高壓大變頻(6000V)，以求壓力流量變頻控制。這種做法的結果會(huì )使給水泵偏離高效區，效率降低，產(chǎn)生諧波量大而強，污染電網(wǎng)，而且調節范圍很窄，只能從50HZ 向下單向調節，不能保證給水壓力穩定，且投資巨大。

 

　　陜西天程石化設備有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)團隊在我國著(zhù)名儀表自動(dòng)化專(zhuān)家(原西安石油大學(xué)教授)—吳九輔先生的帶領(lǐng)下通過(guò)長(cháng)期考察分析鍋爐給水系統的實(shí)際情況，在吸收國內外經(jīng)驗教訓和科技成果的基礎上，經(jīng)過(guò)長(cháng)期努力研究，攻克了重點(diǎn)研究課題，成功研發(fā)了一套適合熱電廠(chǎng)鍋爐給水系統生產(chǎn)實(shí)際，可以大幅度提高熱電廠(chǎng)生產(chǎn)自動(dòng)化水平，降低熱電廠(chǎng)給水系統能耗，提高經(jīng)濟效益，且投資回收快的“(泵控泵)鍋爐給水自動(dòng)化流量控制及壓力補償系統裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)GCP(Give-Control-Pump)”技術(shù)。它既可以用于新電廠(chǎng)建設，也可以對原有電廠(chǎng)給水系統進(jìn)行改造，該技術(shù)已獲得國家專(zhuān)利，相關(guān)技術(shù)獲省部級科技成果一等獎，為國家科技部重點(diǎn)推廣項目。

 

二、項目介紹

1、電廠(chǎng)鍋爐給水系統概況

　　在熱電廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中，自用電耗已達到生產(chǎn)發(fā)電量的20%左右，其中給水系統是消耗電能的主要部分。熱電廠(chǎng)給水系統主要由驅動(dòng)電機、給水泵、調節閥、回流閥、汽包等組成。除了供入汽包的有效能量外，給水系統能量主要消耗在驅動(dòng)電機、給水泵、調節閥及回流閥等地方，這些能量消耗構成了給水系統的總能耗，所以給水系統的改造和優(yōu)化，對節約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有重大的經(jīng)濟效益和現實(shí)意義。

 

2、電廠(chǎng)鍋爐給水系統結構原理 

　　(泵控泵)鍋爐給水自動(dòng)化流量控制及壓力補償系統裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)“GCP(Give-Control-Pump)”是機電儀一體化，涉及給水工藝、給水泵、電機拖動(dòng)、變頻調速、高低壓供電、儀表檢測調節、連鎖保護、計算機軟件等高新技術(shù)的集成系統。

 

　　電廠(chǎng)鍋爐給水系統由一臺給水泵和一臺控制泵，給水泵驅動(dòng)電機，控制泵驅動(dòng)電機及保證運行的潤滑系統，冷卻系統，供電系統，嵌入式儀表工控系統，變頻調速系統等組成。在給水泵前加入專(zhuān)用控制泵，再對現有的給水泵進(jìn)行拆級或切削葉輪，降低給水泵揚程，使給水泵和控制泵流量壓力合理匹配，控制給水泵排量無(wú)級調節，并使給水壓力穩定。使用本系統可以明顯降低給水泵的消耗功率，提高系統效率，達到節能和流量壓力連續調節的目的。

給水泵與控制泵串接，通過(guò)低壓變頻調速系統調節小功率控制泵，實(shí)現對大功率給水泵的調節和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實(shí)質(zhì)上是信號放大的功能，實(shí)現系統壓力、流量可調。

 

　　小功率控制泵為給水泵提供吸入壓力，使兩泵恰當匹配;并通過(guò)計算機、儀表系統、變頻調速系統調節使給水泵總是工作在高效區，盡管其范圍很窄。

 

　　DCS 計算機系統實(shí)現自動(dòng)監控，根據鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負荷情況)實(shí)現大閉環(huán)優(yōu)化運行，實(shí)現鍋爐供水系統效率的提高。

 

　　當轉速為n3 時(shí)，鍋爐給水泵工作點(diǎn)為A，這時(shí)的流量為QA，揚程為H2A;前置控制泵的工作點(diǎn)為A′，流量為QA，揚程為H3A′。通過(guò)變頻調節，當轉速由n3變成n2 時(shí)，前置控制泵工作點(diǎn)為B′，流量增加到QB，揚程上升為H3B′;鍋爐給水泵工作點(diǎn)為B，這時(shí)的流量增加到QB，揚程下降為H2B，則鍋爐給水泵流量從QA 增加到QB，揚程下降值△H2=H2A-H2B，而此時(shí)前置控制泵的揚程由H3A′上升到H3B′，上升值(-△H3)=H3A′-H3B′，由于前置控制泵與鍋爐給水泵恰好匹配，剛好△H2+(-△H3)=0，因此流量得到控制，壓力得到補償。

 

3、電廠(chǎng)鍋爐給水系統節能原理

　　·調節閥門(mén)完全打開(kāi)，無(wú)需節流，節約了能源;

 

　　·給水泵出口與給水母管的壓差沒(méi)有了，提高了系統有用功率，節約了能源;

 

　　·壓力、流量實(shí)現了連續無(wú)級自動(dòng)調節，無(wú)需打回流，節約了能源;

 

　　·使給水泵與鍋爐需水達到合理匹配，提高了系統效率，節約了能源;

 

　　·控制泵的加入，提高了給水泵入口壓力，給水泵工作在高效區，節約了能源;

 

　　·采用GCP 技術(shù)后，(如果生產(chǎn)需要)排量可以增加，可以減少，控制泵工作在變頻狀態(tài)下，減少了單耗，節約了能源;

 

　　·低效率的給水泵拆級后，其部分功能由高效率的控制泵承擔，電機負荷降低，節約了能源。

 

4、電廠(chǎng)鍋爐給水系統核心專(zhuān)利技術(shù)

 

　　·GCP 技術(shù)方法

 

　　·GCP 自動(dòng)控制系統、操作系統協(xié)調

 

　　·特殊高效控制泵的研制

 

　　·雙泵的匹配技術(shù)

 

　　·負荷調節

 

　　·系統連鎖保護

 

　　·高可靠性的預設計

 

　　·主泵高效區的選擇把握

 

　　·轉速控制系統分步控制，負荷的加載分配及調節

 

　　·系統防振技術(shù)

 

5、電廠(chǎng)鍋爐給水系統技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)

　　·原理創(chuàng )新：提出泵控泵的技術(shù)思想原理，通過(guò)小變頻調速系統，實(shí)現大功率、大系統的調節和控制(即信號放大功能)，使系統運行在高效節能狀態(tài)，并形成一套完整的GCP 技術(shù)。

 

　　·為實(shí)現GCP，成功研發(fā)寬頻、變程特性專(zhuān)用控制泵

 

　　·擁有大電壓、大滑環(huán)在線(xiàn)修整技術(shù)

 

　　·多變量三維空間安裝精度求解及振動(dòng)問(wèn)題，機械密封問(wèn)題

 

6、電廠(chǎng)鍋爐給水系統技術(shù)方案優(yōu)先原則

　　·滿(mǎn)足給水現場(chǎng)工藝需求，根據鍋爐給水的需要隨時(shí)可調節流量、保障壓力

 

　　·降低給水系統能耗，提高給水效率

 

　　·給水泵與控制泵串接，通過(guò)低壓變頻調速系統調節小功率控制泵，實(shí)現對大功率給水泵的調節和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實(shí)質(zhì)上是信號放大的功能，實(shí)現系統壓力、流量可調。

 

　　小功率控制泵為給水泵提供吸入壓力，使兩泵恰當匹配;并通過(guò)計算機、儀表系統、變頻調速系統調節使給水泵總是工作在高效區，盡管其范圍很窄。DCS 計算機系統實(shí)現自動(dòng)監控，根據鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負荷情況)實(shí)現大閉環(huán)優(yōu)化運行，實(shí)現鍋爐供水系統效率的提高。

 

　　當轉速為n3 時(shí)，鍋爐給水泵工作點(diǎn)為A，這時(shí)的流量為QA，揚程為H2A;前置控制泵的工作點(diǎn)為A′，流量為QA，揚程為H3A′。通過(guò)變頻調節，當轉速由n3變成n2 時(shí)，前置控制泵工作點(diǎn)為B′，流量增加到QB，揚程上升為H3B′;鍋爐給水泵工作點(diǎn)為B，這時(shí)的流量增加到QB，揚程下降為H2B，則鍋爐給水泵流量從QA 增加到QB，揚程下降值△H2=H2A-H2B，而此時(shí)前置控制泵的揚程由H3A′上升到H3B′，上升值(-△H3)=H3A′-H3B′，由于前置控制泵與鍋爐給水泵恰好匹配，剛好△H2+(-△H3)=0，因此流量得到控制，壓力得到補償。

 

3、電廠(chǎng)鍋爐給水系統節能原理

　　·調節閥門(mén)完全打開(kāi)，無(wú)需節流，節約了能源;

 

　　·給水泵出口與給水母管的壓差沒(méi)有了，提高了系統有用功率，節約了能源;

 

　　·壓力、流量實(shí)現了連續無(wú)級自動(dòng)調節，無(wú)需打回流，節約了能源;

 

　　·使給水泵與鍋爐需水達到合理匹配，提高了系統效率，節約了能源;

 

　　·控制泵的加入，提高了給水泵入口壓力，給水泵工作在高效區，節約了能源;

 

　　·采用GCP 技術(shù)后，(如果生產(chǎn)需要)排量可以增加，可以減少，控制泵工作在變頻狀態(tài)下，減少了單耗，節約了能源;

 

　　·低效率的給水泵拆級后，其部分功能由高效率的控制泵承擔，電機負荷降低，節約了能源。

 

4、電廠(chǎng)鍋爐給水系統核心專(zhuān)利技術(shù)

　　·GCP 技術(shù)方法

 

　　·GCP 自動(dòng)控制系統、操作系統協(xié)調

 

　　·特殊高效控制泵的研制

 

　　·雙泵的匹配技術(shù)

 

　　·負荷調節

 

　　·系統連鎖保護

 

　　·高可靠性的預設計

 

　　·主泵高效區的選擇把握

 

　　·轉速控制系統分步控制，負荷的加載分配及調節

 

　　·系統防振技術(shù)

 

5、電廠(chǎng)鍋爐給水系統技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)

　　·原理創(chuàng )新：提出泵控泵的技術(shù)思想原理，通過(guò)小變頻調速系統，實(shí)現大功率、大系統的調節和控制(即信號放大功能)，使系統運行在高效節能狀態(tài)，并形成一套完整的GCP 技術(shù)。

 

　　·為實(shí)現GCP，成功研發(fā)寬頻、變程特性專(zhuān)用控制泵

 

　　·擁有大電壓、大滑環(huán)在線(xiàn)修整技術(shù)

 

　　·多變量三維空間安裝精度求解及振動(dòng)問(wèn)題，機械密封問(wèn)題

 

6、電廠(chǎng)鍋爐給水系統技術(shù)方案優(yōu)先原則

　　·滿(mǎn)足給水現場(chǎng)工藝需求，根據鍋爐給水的需要隨時(shí)可調節流量、保障壓力

 

　　·降低給水系統能耗，提高給水效率

 

　　·提高鍋爐給水系統的自動(dòng)化水平

 

7、電廠(chǎng)鍋爐給水系統應用范圍

　　電廠(chǎng)鍋爐給水系統適宜于新建電廠(chǎng)設計采用和老電廠(chǎng)的技術(shù)改造。適合以下任一情況的技術(shù)改造：

 

　　·特別是大功率多級離心給水泵，泵管壓差大，出口閥開(kāi)度小的系統;

 

　　·需要對壓力和流量進(jìn)行調節，并使壓力和流量穩定的系統;

 

　　·大馬拉小車(chē)(或小馬拉大車(chē))，并要求改善的泵系統;

 

　　·需要改善惡劣環(huán)境，提高自動(dòng)化水平，實(shí)現數據智能采集，進(jìn)行系統優(yōu)化的泵站;

 

　　·兩臺以上給水泵并聯(lián)運行需要進(jìn)行平衡優(yōu)化的系統;

 

8、電廠(chǎng)鍋爐給水系統典型應用方案及經(jīng)濟、社會(huì )效益

　　吉林熱電廠(chǎng)采用GCP技術(shù)方案，改造前泵運行參數：壓力14.2MPa(入口壓力0.7MPa)，流量255m3/h，供水母管壓力13.4MPa，供水單耗6.8kw.h/m3(該數據為使用方提供數據);GCP 改造后初步參數分配：給水泵12.85MPa，控制泵0.5 MPa，供水母管壓力13.35 MPa，流量255 m3/h，主泵泵效62.52%，增壓泵泵效71%; 應用GCP 給水泵排量為255m3/h，則給水泵功率：255m3/h×12.85MPa×0.273/(0.95×0.6252) = 1424.04kw;增壓泵功率：255m3/h×0.5MPa×0.273/(0.92×0.71) = 53.29kw。則運行總功率為：Pw1 = 1424.04kw + 53.29kw = 1477.32kw。原供水功率：(供水單耗6.41kw·h/m3)Pw0 = 255m3/h ×6.8kw.h/m3 = 1734kw 。與未改造前功率相比：△Pw= Pw0-Pw1 = 1734 – 1477.32 = 256.68kw ,在供水量不變的情況下給水功率下降。則：每天節電： 256.68 kw×24h = 6160.32kwh，每年節電(每度電按市電0.6 元計算)：6160.32kwh×365×0.6 元/kwh= 134.9 萬(wàn)元×2 套=269.8 萬(wàn)元。

 

　　通過(guò)以上分析比較GCP 技術(shù)在大幅度降低供水單耗的基礎上，實(shí)現了供水壓力和流量可調，使供水泵始終工作在高效區，且與鍋爐系統的適應范圍變寬，因而較易實(shí)現兩者之間的動(dòng)態(tài)平衡。三臺鍋爐并聯(lián)運行時(shí)，提高兩臺控制泵的供水量，可以停及運行一臺供水泵，此時(shí)的節能效果更大。