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電廠鍋爐給水系統(tǒng)流量控制及壓力補償節(jié)能裝置

2013/6/7 8:36:08??????點擊:

電廠鍋爐給水系統(tǒng)流量控制及壓力補償節(jié)能裝置

 

一、前言

  鍋爐給水泵是熱電廠鍋爐給水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關鍵設備。目前,為保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行,熱電廠給水泵的設計都留有相當的余量,并且,熱電廠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(tǒng)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,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閥門節(jié)流或給水泵打回流,來實現調節(jié)。這種方法不僅額外地損失一部分能量,造成很大浪費,而且會影響鍋爐穩(wěn)定運轉。另外,有個別發(fā)電廠在給水泵驅動大電機上(1600KW 以上)采用高壓大變頻(6000V),以求壓力流量變頻控制。這種做法的結果會使給水泵偏離高效區(qū),效率降低,產生諧波量大而強,污染電網,而且調節(jié)范圍很窄,只能從50HZ 向下單向調節(jié),不能保證給水壓力穩(wěn)定,且投資巨大。

 

  陜西天程石化設備有限公司技術開發(fā)團隊在我國著名儀表自動化專家(原西安石油大學教授)—吳九輔先生的帶領下通過長期考察分析鍋爐給水系統(tǒng)的實際情況,在吸收國內外經驗教訓和科技成果的基礎上,經過長期努力研究,攻克了重點研究課題,成功研發(fā)了一套適合熱電廠鍋爐給水系統(tǒng)生產實際,可以大幅度提高熱電廠生產自動化水平,降低熱電廠給水系統(tǒng)能耗,提高經濟效益,且投資回收快的“(泵控泵)鍋爐給水自動化流量控制及壓力補償系統(tǒng)裝置,簡稱GCP(Give-Control-Pump)”技術。它既可以用于新電廠建設,也可以對原有電廠給水系統(tǒng)進行改造,該技術已獲得國家專利,相關技術獲省部級科技成果一等獎,為國家科技部重點推廣項目。

 

二、項目介紹

1、電廠鍋爐給水系統(tǒng)概況

  在熱電廠的生產過程中,自用電耗已達到生產發(fā)電量的20%左右,其中給水系統(tǒng)是消耗電能的主要部分。熱電廠給水系統(tǒng)主要由驅動電機、給水泵、調節(jié)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(tǒng)能量主要消耗在驅動電機、給水泵、調節(jié)閥及回流閥等地方,這些能量消耗構成了給水系統(tǒng)的總能耗,所以給水系統(tǒng)的改造和優(yōu)化,對節(jié)約生產成本,提高生產效率具有重大的經濟效益和現實意義。

 

2、電廠鍋爐給水系統(tǒng)結構原理 

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

 

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

給水泵與控制泵串接,通過低壓變頻調速系統(tǒng)調節(jié)小功率控制泵,實現對大功率給水泵的調節(jié)和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實質上是信號放大的功能,實現系統(tǒng)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;并通過計算機、儀表系統(tǒng)、變頻調速系統(tǒng)調節(jié)使給水泵總是工作在高效區(qū),盡管其范圍很窄。

 

  DCS 計算機系統(tǒng)實現自動監(jiān)控,根據鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負荷情況)實現大閉環(huán)優(yōu)化運行,實現鍋爐供水系統(tǒng)效率的提高。

 

  當轉速為n3 時,鍋爐給水泵工作點為A,這時的流量為QA,揚程為H2A;前置控制泵的工作點為A′,流量為QA,揚程為H3A′。通過變頻調節(jié),當轉速由n3變成n2 時,前置控制泵工作點為B′,流量增加到QB,揚程上升為H3B′;鍋爐給水泵工作點為B,這時的流量增加到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、電廠鍋爐給水系統(tǒng)節(jié)能原理

  ·調節(jié)閥門完全打開,無需節(jié)流,節(jié)約了能源;

 

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

 

  ·壓力、流量實現了連續(xù)無級自動調節(jié),無需打回流,節(jié)約了能源;

 

  ·使給水泵與鍋爐需水達到合理匹配,提高了系統(tǒng)效率,節(jié)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(qū),節(jié)約了能源;

 

  ·采用GCP 技術后,(如果生產需要)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(jié)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(jié)約了能源。

 

4、電廠鍋爐給水系統(tǒng)核心專利技術

 

  ·GCP 技術方法

 

  ·GCP 自動控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)協(xié)調

 

  ·特殊高效控制泵的研制

 

  ·雙泵的匹配技術

 

  ·負荷調節(jié)

 

  ·系統(tǒng)連鎖保護

 

  ·高可靠性的預設計

 

  ·主泵高效區(qū)的選擇把握

 

  ·轉速控制系統(tǒng)分步控制,負荷的加載分配及調節(jié)

 

  ·系統(tǒng)防振技術

 

5、電廠鍋爐給水系統(tǒng)技術創(chuàng)新點

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

 

  ·為實現GCP,成功研發(fā)寬頻、變程特性專用控制泵

 

  ·擁有大電壓、大滑環(huán)在線修整技術

 

  ·多變量三維空間安裝精度求解及振動問題,機械密封問題

 

6、電廠鍋爐給水系統(tǒng)技術方案優(yōu)先原則

  ·滿足給水現場工藝需求,根據鍋爐給水的需要隨時可調節(jié)流量、保障壓力

 

  ·降低給水系統(tǒng)能耗,提高給水效率

 

  ·給水泵與控制泵串接,通過低壓變頻調速系統(tǒng)調節(jié)小功率控制泵,實現對大功率給水泵的調節(jié)和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實質上是信號放大的功能,實現系統(tǒng)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;并通過計算機、儀表系統(tǒng)、變頻調速系統(tǒng)調節(jié)使給水泵總是工作在高效區(qū),盡管其范圍很窄。DCS 計算機系統(tǒng)實現自動監(jiān)控,根據鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負荷情況)實現大閉環(huán)優(yōu)化運行,實現鍋爐供水系統(tǒng)效率的提高。

 

  當轉速為n3 時,鍋爐給水泵工作點為A,這時的流量為QA,揚程為H2A;前置控制泵的工作點為A′,流量為QA,揚程為H3A′。通過變頻調節(jié),當轉速由n3變成n2 時,前置控制泵工作點為B′,流量增加到QB,揚程上升為H3B′;鍋爐給水泵工作點為B,這時的流量增加到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、電廠鍋爐給水系統(tǒng)節(jié)能原理

  ·調節(jié)閥門完全打開,無需節(jié)流,節(jié)約了能源;

 

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

 

  ·壓力、流量實現了連續(xù)無級自動調節(jié),無需打回流,節(jié)約了能源;

 

  ·使給水泵與鍋爐需水達到合理匹配,提高了系統(tǒng)效率,節(jié)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(qū),節(jié)約了能源;

 

  ·采用GCP 技術后,(如果生產需要)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(jié)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(jié)約了能源。

 

4、電廠鍋爐給水系統(tǒng)核心專利技術

  ·GCP 技術方法

 

  ·GCP 自動控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)協(xié)調

 

  ·特殊高效控制泵的研制

 

  ·雙泵的匹配技術

 

  ·負荷調節(jié)

 

  ·系統(tǒng)連鎖保護

 

  ·高可靠性的預設計

 

  ·主泵高效區(qū)的選擇把握

 

  ·轉速控制系統(tǒng)分步控制,負荷的加載分配及調節(jié)

 

  ·系統(tǒng)防振技術

 

5、電廠鍋爐給水系統(tǒng)技術創(chuàng)新點

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

 

  ·為實現GCP,成功研發(fā)寬頻、變程特性專用控制泵

 

  ·擁有大電壓、大滑環(huán)在線修整技術

 

  ·多變量三維空間安裝精度求解及振動問題,機械密封問題

 

6、電廠鍋爐給水系統(tǒng)技術方案優(yōu)先原則

  ·滿足給水現場工藝需求,根據鍋爐給水的需要隨時可調節(jié)流量、保障壓力

 

  ·降低給水系統(tǒng)能耗,提高給水效率

 

  ·提高鍋爐給水系統(tǒng)的自動化水平

 

7、電廠鍋爐給水系統(tǒng)應用范圍

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

 

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

 

  ·需要對壓力和流量進行調節(jié),并使壓力和流量穩(wěn)定的系統(tǒng);

 

  ·大馬拉小車(或小馬拉大車),并要求改善的泵系統(tǒng);

 

  ·需要改善惡劣環(huán)境,提高自動化水平,實現數據智能采集,進行系統(tǒng)優(yōu)化的泵站;

 

  ·兩臺以上給水泵并聯運行需要進行平衡優(yōu)化的系統(tǒng);

 

8、電廠鍋爐給水系統(tǒng)典型應用方案及經濟、社會效益

  吉林熱電廠采用GCP技術方案,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(jié)電: 256.68 kw×24h = 6160.32kwh,每年節(jié)電(每度電按市電0.6 元計算):6160.32kwh×365×0.6 元/kwh= 134.9 萬元×2 套=269.8 萬元。

 

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

 

 

 

 

 

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