一种基于性能实测的凝结水泵节能改造评估方法与流程

本发明涉及火电厂凝结水泵节能改造领域，尤其是涉及一种凝结水泵节能改造评估方法。
背景技术：
：凝结水泵是火力发电厂的重要辅机之一，其作用是将汽轮机凝汽器热水井内的凝结水升压后送至回热系统。同时，凝结水泵也是火力发电厂的主要耗能设备，其耗电量约占厂用电量的6％左右。大多数发电厂投产时凝结水泵设计为定速运行，并且裕量较大，造成了很大的电能浪费。所以很多电厂有意向对凝结水泵进行节能改造。公开号为cn106651640a的中国发明专利申请公开了一种基于火电厂给水泵运行特性的节能评价方法，首先，拟合出给水泵电机在工频运行状态下给水泵流量q和电机功率n的特性曲线；然后，选取给水泵电机在全年运行时的若干个负荷点，计算在所述负荷点下单位节电量和全年运行时间，基于所述单位节电量和全年运行时间计算得到年节电率；该方法能有效地避免在试验过程给水流量难以保证一致的难题，但是没有考虑节能改造后泵效率特性的改变，也没有考虑电机负载率对电动机效率和变频器效率的影响，计算结果不准确；且仅考虑了变频改造这一种改造方案，没有综合对比不同改造方案，对节能效果的评价不客观。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种凝结水泵节能改造方法，在凝结水泵运行特性试验基础上，综合考虑了节能改造后泵效率特性的改变、考虑电机负载率对电动机效率和变频器效率的影响，计算结果准确，综合考虑两种常用节能改造方案的节电量，对节能效果的评价真实客观。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于性能实测的凝结水泵节能改造评估方法，包括以下步骤：一、实测改造前凝结水泵的运行特性和凝结水管路的管路特性，得出扬程曲线、效率曲线和调门全开时的管路特性曲线，确定对凝结水泵的节能改造方案：方案一：对凝结水泵进行变频改造并在凝结水至减温水管道上增加升压泵；方案二：减少凝水泵的n级叶轮后进行方案一的改造；二、在凝结水泵的正常运行区间内，选取若干凝结水流量值q1、q2、q3......qn，分别计算方案一和方案二改造后，凝结水泵在不同凝结水流量下的节电量δp1和δp2，计算步骤为：1)计算工频状态下凝结水流量为q1时的凝结水泵电机功率pga：2)分别计算两种方案改造后，凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgb1和pgb2方案一：方案二：其中hb为流量为q1时泵的扬程hb＝r0(q1),ηb1为方案一改造后凝结水泵的泵效率，ηb2为方案二改造后凝结水泵的泵效率，ηg为电机效率，ηb为变频器效率，ηg＝fg(β)，ηb＝fb(β)，β为电机负载率，ηtm为传动效率。3)分别计算两个改造方案下凝结水流量为q1时的节电量，计算公式为：方案一：δp1＝pga-pgb1-po方案二：δp2＝pga-pgb2-p0按照上述1)、2)、3)的计算步骤，计算凝结水流量分别为q2、q3.......qn时两个改造方案下的节电量δp1和δp2。其中p0为变频改造后增加的辅助设备的耗电量。三、对两种改造方案的δp1和δp2进行对比，得出节电量最大的最优改造方案；四、对最优改造方案进行节能效果评价。进一步的，所述步骤二包括，在凝结水泵50％～100％额定负荷区间内，选取8～12个凝结水流量值，所述凝结水流量值为整数。进一步的，根据机组运行情况，将所述凝结水流量值分为多个区间，在单个区间内将不同改造方案的进行对比，得出单个区间内节电量最大的最优改造方案。凝结水泵的节能改造主要方案有以下几种：抽级改造、变频改造、抽级改造的同时进行变频改造等，每种方案都有不同的特点和适用性。选取哪种方案需要根据电厂实际情况进行评估核算，以获得收益最大化，因此如何评估凝结水泵的节能改造效益，对于科学选取改造方案有重要的意义。常见的评估方法，是利用凝结水泵的设计性能曲线，简单的套用相似定律来计算，没有考虑节能改造对泵效率、电机负载率对电机效率和变频器效率的影响，采用这种方法计算出的结果存在有一定的偏差，不能反应真实情况。本发明的有益效果是：1、应用本发明中介绍的凝结水泵节能改造评估方法，可有效评估凝结水泵不同改造方案的节能改造效果，与通常使用的估算方法相比，该方法综合考虑了节能改造后泵效率特性的改变以及电机负载率对电动机效率与变频器效率的影响，可以更准确地反映真实情况，从而可为凝结水泵节能改造提供科学决策和有力的技术支持；计算时采用设定的凝结水流量进行凝结水泵改造前后泵功率的计算，准确地计算出同一流量下改造前后的节电量，计算结果精确可靠。2、综合对比了两种节点方案的节电效果，选择节电量最大的改造方案进行节能效果评价，评价结果客观，具有指导意义。3、在进行节电量计算分析时，针对不同的流量运行区间进行计算评估分析，计算结果符合实际，实用性强。附图说明图1为工频状态下泵的性能曲线和管路特性曲线；图2为电机效率曲线；图3为变频器效率曲线；图4为改造后的工况图；图5为δn与凝结水流量关系曲线。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。一种凝结水泵节能改造评估方法，包括以下步骤：一、实测改造前凝结水泵的运行特性和凝结水管路的管路特性，确定对凝结水泵的两种改造方案以某电厂330mw供热机组凝结水系统配备的三台55％容量的凝结水泵为例，凝结水泵为沈阳透平机械股份有限公司生产的7.5ldtnb-8pj型8级离心泵，额定负荷下2台运行1台备用，首先选取2台运行的凝结水泵分别为a凝泵和b凝泵，在工频状态下，从50％～100％额定负荷区间选取7个典型凝结水流量，在不同凝结水流量下，分别进行两台凝结水泵的运行特性试验，实测凝结水泵流量、功率等数据，分别求出不同体积流量下的扬程和效率，试验数据见表1。表1凝结水泵工频运行数据计算表参数名称单位q1q2q3q4q5q6q7凝结水总体积流量m3/h507.2653.1744.5811.8893.8938.81104.9单泵体积流量m3/h253.6326.6372.3405.9446.9469.4552.5扬程m377364352343330322283a凝泵效率％61.469.273.175.377.678.277.4b凝泵效率％60.569.273.776.378.078.778.4根据表1中数据拟合出工频状态下单泵的扬程曲线h0＝fh0(q)和两台泵的效率曲线ηa＝fηa(q)和ηb＝fηb(q)。采用变速调节时，除氧器上水调门处于全开状态，通过改变泵转速来调节流量，管路特性曲线保持不变，所以需绘制出调门全开时的管路特性曲线：r0＝hst+kq2。实测两组工作点参数：管路静扬程和调门全开时的凝结水泵扬程，其中，z1为凝汽器内液面标高，z2为除氧器内液面标高，p1凝汽器工作压力，p2除氧器最低工作压力；在调门全开时，实测凝结水泵流量、进出口压力等参数，进而求出凝结水泵扬程。将两组工作点参数数据代入管路特性曲线的计算公式中，绘制出调门全开时的管路特性曲线r0＝fr0(q)。对于进行抽级改造的泵扬程曲线，若凝结水泵原级数为m，抽取一级时泵的扬程减少约1/m，则当抽取的级数为n时，抽级后泵的扬程曲线为抽级后在同一流量下泵的转速和效率基本不变。综上，工频状态下泵的性能曲线和管路特性曲线，即泵的扬程曲线h0＝fh0(q)、单泵的效率曲线η0＝fη0(q)、抽级改造后单泵的扬程曲线和调门全开时的管路特性曲线r0＝fr0(q)如图1所示。经实测可得知，330mw时，凝泵出口母管压力达到2.807mpa，除氧器上水调门后压力为1.385mpa，除氧器压力为1.022mpa，说明额定负荷下，除氧器上水调门后压力达到1.4mpa左右时即可满足除氧器上水要求。而目前除氧器上水调门前后压差超过1mpa，低负荷时压差更大，说明凝结水泵扬程具有较大的富裕量。根据核算，减少一级叶轮后，凝结水泵在同一流量下扬程和出口压力将降低约1/8。仍可满足除氧器上水要求，此时泵转速和效率基本不变。此外，由于机组供热减温水取自凝结水泵出口，需要连续投入，并且要求压力不低于2.1mpa。所以在进行变频改造的同时，需要在凝结水至减温水管道上增加升压泵，供热减温水压力由升压泵来满足，这样凝结水泵扬程在满足除氧器上水要求的前提下可以随负荷进一步降低。因此，根据电厂的实际情况对凝结水泵进行两种方案的改造：方案一：对凝水泵进行变频改造并在凝结水至减温水管道上增加升压泵；方案二：减少凝水泵的一级叶轮后进行方案一的改造。二、分别计算方案一和方案二改造后，凝结水泵在不同凝结水流量下的节电量δp1和δp2。根据机组运行情况，在凝结水泵50％～100％额定负荷区间选定凝结水流量q1＝400t/h、q2＝450t/h、q3＝500t/h、q4＝550t/h、q5＝600t/h、q6＝700t/h、q7＝800t/h、q8＝900t/h、q9＝1000t/h、q10＝1100t/h时进行对比。凝结水流量在600t/h以下工频运行时，一台凝结水泵运行即可满足要求，而变频运行时，既可运行一台凝结水泵，也可运行两台凝结水泵，而凝结水流量在600t/h以上工频运行和变频运行时，都需要运行两台凝结水泵，因此评估时需要分两个流量区间进行，即600t/h以下和600t/h以上。为了提高计算准确性，在600t/h以下时每隔50t/h选定一档流量，在600t/h以上时每隔100t/h选定一档流量。凝结水流量在600t/h以下时的节电量计算凝结水流量在600t/h以下工频运行时，一台凝结水泵运行即可满足要求，计算时假定a泵单独运行，选定凝水流量在q1＝400t/h、q2＝450t/h、q3＝500t/h、q4＝550t/h、q5＝600t/h的凝结水流量，进行以下步骤的计算：1)计算工频状态运行下，凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgaa.根据图1中扬程曲线h0＝fh0(q)和效率曲线η0＝fη0(q)，求出对应的泵扬程ha和泵效率ηa；b.计算工频轴功率pa：c.计算电机功率pga为:ηtm为传动效率；ηg为电机效率，电机效率曲线由电机厂家提供，如图2所示，ηg＝fg(β),β为电机负载率，β＝pga/ng，ng为额定电机功率；利用pga和ηg联立可求得工频运行时q1流量下凝结水泵的电机功率pga，记录和计算数据见表2.表2400t/h工频运行数据计算表参数名称单位400t/h凝结水密度kg/m3992.6凝结水总体积流量m3/h403.0a泵扬程m344a泵效率％75.3a泵工频轴功率kw498a电机负载率％85.9a电机效率％92.9传动效率％99.0a泵工频电机功率kw541凝结水流量在600t/h以下变频运行时，既可运行一台凝结水泵，也可运行两台凝结水泵。2)分别计算两种方案改造后，凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgb1和pgb2，计算步骤为：2).1计算方案一改造后时，凝结水流量为q1时的凝结水泵的电机功率pgb1a.计算凝结水流量为q1时的凝结水泵轴功率pb1凝结水泵的运行工况点在管路特性曲线r0上，对于采用变速改造的凝结水泵，可根据调门全开时的管路特性曲线r0查取流量为q1时的凝结水泵扬程，再根据实测出的凝结水泵工频运行下的扬程曲线h0和效率曲线η0应用泵的比例定律，求出改造后凝结水泵在流量为q1时的效率，从而可以计算出改造后凝结水泵的轴功率pb1。单泵运行时只需计算选定的a泵功率，双泵运行时假定两台泵的流量相同，然后用相同的方法分别计算两台泵的功率。具体计算步骤为：图4为方案一改造后的工况图，从图4中可以看出，凝结水泵工作在流量q1下时，变频运行时的工况点为b，工况点b的轴功率pb1计算公式为根据泵的相似定律，公式中工作点b的泵效率ηb1与相似抛物线与h0的交点c点的泵效率ηc＝η0(qc)相等，即ηb1＝ηc。要求ηc需要求出qc，可利用相似抛物线方程与扬程曲线方程h0联立求出hx与h0的交点c的扬程hc。再利用泵的比例定律求出qc，即可求出ηc，ηb1＝ηc＝fη0(qc)。b.计算凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgb1其中，ηg为电机效率，ηtm为传动效率，ηb为变频器效率，ηb的曲线由变频器厂家提供，如图3所示，ηg＝fg(β)，ηb＝fb(β)，其中β＝pgb1/ng，β为电机负载率，其中pgb1为电机功率，ng为额定电机功率。利用pgb1、ηg和ηb联立可求出凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgb1。计算结果及中间数据见表3.表3方案一改造后400t/h变频运行数据计算表2).2计算方案二改造后时，凝结水流量为q1时凝结水泵的电机功率pgb2方案二进行了减少一级叶轮的改造，原凝结水泵级数为8级，减少一级叶轮后，剩7级叶轮。因此，工频状态下泵的扬程曲线发生了变化。方案二的计算步骤与方案一相同，区别为方案一中计算过程中用到扬程曲线h0的地方采用抽级后的扬程曲线代替。凝结水泵在600t/h以下运行时，分为单泵运行和双泵运行两种情况，分别计算对应凝结水泵流量时的电机功率pgb2，计算结果及中间数据见表4。表4方案二改造后400t/h计算数据表3)分别计算两个改造方案下凝结水流量为q1时的节电量，计算公式为凝结水泵为q1时，方案一的节电量为：δp11＝pga-pgb1-po；方案二的节电量为：δp21＝pga-pgb2-po；其中，p0为由于变频改造，需要增加的增压泵和空调等辅助设备的耗电量。方案一节电量的计算数据见表5，方案二节电量的计算数据见表6。表5方案一改造后400t/h的节电量计算表表6方案二改造后400t/h节电量计算数据表按照上述1)、2)、3)的计算步骤，计算凝结水流量分别为q2、q3.......qn时两个改造方案下的节电量δp1和δp2。按照步骤1)计算改造前各凝结水流量下凝结水泵的电机功率pga，计算结果及中间数据见表7。表7600t/h以下工频运行数据计算表按照步骤2).1计算方案一改造后各凝结水流量下的电机功率pgb1，计算结果及中间数据见表8。表8方案一改造后600t/h以下变频运行数据计算表按照步骤2).2计算方案二改造后各凝结水流量下的电机功率pgb2，计算结果及中间数据见表9。表9方案二改造后600t/h以下计算数据表按照步骤3)分别计算两个改造方案下不同凝结水流量下的节电量，方案一改造后节电量δp1的计算结果及中间数据见表10，方案二改造后δp2的计算结果及中间数据见表11.表10方案一改造后600t/h以下的节电量计算表表11方案二改造后600t/h以下节电量计算数据表凝结水流量在600t/h以上时的节电量计算凝结水流量在600t/h以上工频运行时，需要运行两台凝结水泵，选定凝水流量在q6＝700t/h、q7＝800t/h、q8＝900t/h、q9＝1000t/h、q10＝1100t/h的凝结水流量，计算方式与凝结水流量在600t/h以下运行时的计算方式相同。按照步骤1)计算改造前各凝结水流量下凝结水泵的电机功率pga，计算结果及中间数据见表12.表12600t/h以上工频运行数据计算表按照步骤2).1计算方案一改造后各凝结水流量下的电机功率pgb1，计算结果及中间数据见表13表13方案一改造后600t/h以上变频运行数据计算表参数名称单位700t/h800t/h900t/h1000t/h1100t/h变频运行扬程m164188211232252单泵流量m3/h352.5402.8453.1503.4553.7凝结水泵转速r/min10721167125613421424a凝结水泵效率％78.178.278.077.677.0b凝结水泵效率％78.979.178.978.477.7a电机负载率％37.648.059.772.887.2a电机效率％89.791.292.292.792.9b电机负载率％37.247.659.172.086.3b电机效率％89.791.192.192.792.9变频器效率％95.596.296.696.897.0a凝泵轴功率kw201263332407490b凝泵轴功率kw199260328403485a凝泵电机功率kw237303376459549b凝泵电机功率kw234300372454544按照步骤2).2计算方案二改造后各凝结水流量下的电机功率pgb2，计算结果及中间数据见表14。表14方案二改造后600t/h以上变频运行数据计算表按照步骤3)分别计算两个改造方案下不同凝结水流量下的节电量，方案一改造后节电量δp1的计算结果及中间数据见表15，方案二改造后δp2的计算结果及中间数据见表16表15方案一改造后600t/h以上的节电量计算表参数名称单位700t/h800t/h900t/h1000t/h1100t/h每小时节电量kw56147737124187升压泵电机功率kw2222222222变频室空调功率kw24.724.724.724.724.7每小时最终节电量kw51543032519440表16方案二改造后600t/h以上的节电量计算表参数名称单位700t/h800t/h900t/h1000t/h1100t/h每小时节电量kw55947637324696升压泵电机功率kw2222222222变频室空调功率kw24.724.724.724.724.7每小时最终节电量kw51242932620049三、对两种改造方案的δp1和δp2进行对比分析，得出不同凝结水流量下节电量最大的改造方案。凝结水流量在600t/h以下时的节电量分析由表10可以看出，方案一在凝结水流量500t/h以下时，单泵运行比双泵运行节能效果好，凝结水流量500t/h～600t/h时，双泵运行比单泵运行节能效果好。结合表8可看出，原因是在凝结水流量500t/h～600t/h区间内变速运行时，单泵运行时的泵效率下降较快，偏离了泵的高效运行区间。由表11可以看出，方案二在凝结水流量约540t/h以下时，单泵运行比双泵运行节能效果好，凝结水流量540t/h～600t/h时，双泵运行比单泵运行节能效果好。结合表9可以看出，由于抽级改造后泵在额定转速下的扬程曲线有所改变，在凝结水流量540t/h～600t/h区间内变速运行时，单泵运行时的泵效率下降较快，偏离了泵的高效运行区间。由表8、表9、表10和表11中的计算数据，通过对比计算可得出凝结水流量在520t/h以下时，采用方案二节能效果较好，凝结水流量在520t/h～600t/h时，采用方案一节能效果较好。凝结水流量在600t/h以上时的节电量分析由表15和表16中的计算数据，通过对比计算可得出凝结水流量在836t/h以下时，采用方案一节能效果较好，凝结水流量在836t/h以上时，采用方案二节能效果较好，根据表13和表14中的数据可看出，两种方案中在各流量下，电机效率和变频器效率基本一致，影响电机功率的主要因素是泵效率的变化。由表8、表9、表10、表11、表13、表14、表15、表16中的数据，经整理，可得到表17，表17为两种改造方案在不同凝结水流量下的节电量对比表，其中δn为方案一节电量与方案二节电量的差值，当δn>0时，说明方案一节电效果好；当δn<0时，说明方案二节电效果好。表17两种方案节电量对比表由表17中的数据，做出δn与凝结水流量的关系曲线如图5所示。可以看出在凝结水流量大于520t/h和小于836t/h时，δn>0，说明方案一节电效果好；在凝结水流量小于520t/h和大于836t/h时，δn<0时，说明方案二节电效果好。而凝结水流量在520t/h～836t/h区间运行时，对应机组的负荷区间约为170mw～300mw，这个区间正是机组经常运行的负荷区间。因此对于采用该凝结水泵的机组，可以考虑直接采用方案一的方式进行变频改造，不必进行抽级改造。四、对最优改造方案进行节能效果评价。由于方案一在机组经常运行的流量区间内节能效果较好，所以按方案进行节能效果评价，评价结果如下表。改造后凝结水泵变频运行总体节电率达42.8％，按年利用小时5000h，平均负荷约230mw计算，一年可节约费用约104.01万元，节能效果显著。说明：年运行时间按7200小时计算，参照电厂实际运行情况，各负荷分配时间为：330mw负荷运行时间500h，290mw负荷运行时间900h，250mw负荷运行时间2200h，210mw负荷运行时间1800h，170mw负荷运行时间1800h。上网电价为按0.41元/kwh进行计算，计算结果见表18。表18变频改造节能评价计算表最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12