1、引言

　　近年來300mw抽汽供熱汽輪機(jī)組正在成為城市供熱主力機(jī)組。在建和準(zhǔn)備建設(shè)的供熱機(jī)組多為300mw汽輪機(jī)組。300mw供熱汽輪機(jī)組一般配有兩臺50%額定容量的汽動給水泵，一臺30%額定容量的電動給水泵或三臺50%額定容量的電動給水泵。

　　我國運(yùn)行中和新建擴(kuò)建的熱電廠中，給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式和給水泵型式和配置各不相同。盡管不同型式和不同配置的主給水系統(tǒng)都能滿足熱電廠的運(yùn)行需要，但作為電廠的重要輔機(jī)系統(tǒng)，其投資和運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性是不同的。按照國家“大力推動以節(jié)能降耗為重點(diǎn)的設(shè)備更新和技術(shù)改造，加快淘汰高能耗、高耗水、高耗材的工藝、設(shè)備和產(chǎn)品”的要求，應(yīng)用循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速方案，實(shí)現(xiàn)300mw汽輪機(jī)組給水泵調(diào)節(jié)，取代小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和液力偶合器調(diào)節(jié)，初投資是節(jié)省的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是簡單的，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用是節(jié)省的。

　　上世紀(jì)80年代以來發(fā)達(dá)國家已應(yīng)用變頻器進(jìn)行電站給水泵的調(diào)節(jié)，并逐步取代小汽輪機(jī)和液力耦合器。我國近年來高壓變頻器已成功的應(yīng)用到火電廠的送、吸風(fēng)機(jī)，給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、灰渣泵的生產(chǎn)技術(shù)改造中，其調(diào)節(jié)特性、節(jié)電特性和經(jīng)濟(jì)效益是其它調(diào)節(jié)方式無法比擬的。

　　2、主給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式

　　主給水系統(tǒng)的主要功能是將溫度、壓力和水質(zhì)合格的水送到鍋爐大汽包，并利用給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能將汽包水位維持在允許范圍（給定范圍），它是保證鍋爐機(jī)組安全運(yùn)行和汽水品質(zhì)的重要熱工系統(tǒng)。主給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為兩類;即定速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)和調(diào)速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

　　2.1 定速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　定速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)是保持給水泵特性曲線不變的條件下，通過改變主給水自動調(diào)節(jié)門開度從而改變主給水管道阻力特性曲線，來改變給水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)方式。這一調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失大，給水泵單耗高，已是不爭的事實(shí)，屬于應(yīng)該“加快淘汰的高能耗工藝”之列。

　　2.2 變速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　變速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在給水管道阻力特性曲線不變（主給水調(diào)節(jié)門全開）的條件下，通過改變給水泵轉(zhuǎn)速來改變給水泵特性曲線，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)給水流量，控制鍋爐汽包水位的目的。

　　變速給水泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，就其原動機(jī)來分，可分為小汽輪機(jī)和電動機(jī)兩種方式。汽動給水泵由小汽輪機(jī)驅(qū)動，小汽輪機(jī)接受給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量、壓力和水位信號，并通過小汽輪機(jī)進(jìn)汽量，調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速；電動給水泵又分液力耦合器調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)兩種。液力偶合器調(diào)節(jié)是以油做工質(zhì)，由原動機(jī)驅(qū)動泵輪（主動輪）將機(jī)械功率傳遞給工質(zhì)油，帶動渦輪（從動輪）旋轉(zhuǎn)，液力耦合器接受給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量、汽壓、水位信號，通過勺管控制機(jī)構(gòu)改變液力耦合器充油量來調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速；變頻器則是通過改變異步電動機(jī)定子的供電電源頻率ｆ及電壓ｖ使同步轉(zhuǎn)速變化，從而改變異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器接受給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量、汽壓、水位信號，通過改變電源頻率和電壓調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　2.3 不同調(diào)速方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

　　小汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)都能實(shí)現(xiàn)給水泵的調(diào)節(jié)功能，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。但其初投資、維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用各不相同。

　　2.3.1 投資經(jīng)濟(jì)比較

　　（1）汽動給水泵投資構(gòu)成主要是給水泵、小汽輪機(jī)、抽汽管道、調(diào)節(jié)管道系統(tǒng)，前置泵減速機(jī)構(gòu)， 小汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)、疏水放汽系統(tǒng)、小汽輪機(jī)排汽管道等，以及由于小汽輪機(jī)占地面積和空間等因素影響到主廠房空間增加較多等，初投資也較大。

　?。?）液力耦合器調(diào)速給水泵投資構(gòu)成主要是給水泵、電動機(jī)、液力耦合器、開關(guān)柜、電纜等。

　?。?）變頻器調(diào)速給水泵投資構(gòu)成主要是給水泵、電動機(jī)、變頻器、開關(guān)柜、電纜。由于變頻軟啟動，則廠用變壓器啟動容量可不考慮給水泵啟動沖擊電流問題，變壓器容量可相應(yīng)減少，這也可以減少相應(yīng)初投資。

　　2.3.2 維修經(jīng)濟(jì)比較

　?。?）汽動給水泵年維修費(fèi)用高出液力耦合器年維修費(fèi)用3倍。主要有給水泵小汽輪機(jī)，前置泵減速機(jī)構(gòu)，潤滑油系統(tǒng)、小汽輪機(jī)疏水放汽系統(tǒng)、小汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)與主汽輪機(jī)相比，麻雀雖小五臟具全，與電動給水泵相比無疑大大增加了維修工作量，備品配件及消耗材料的數(shù)量小汽輪機(jī)除需定期小修維護(hù)外，還需定期（4年）大修揭蓋檢查通流部分等。

　?。?）液力耦合器年維修費(fèi)用是小汽輪機(jī)年維修費(fèi)用的四分之一。液力耦合器調(diào)速給水泵的維修量除給水泵外，主要是液力耦合器的油系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)與小汽輪機(jī)比較維修量較小，其維修費(fèi)用只占小汽輪機(jī)維修費(fèi)的四分之一。

　?。?）變頻器年維修費(fèi)用。變頻器是高科技電力電子產(chǎn)品，設(shè)計(jì)壽命為15年，設(shè)計(jì)安裝位置得當(dāng)（無粉塵）一般無需維修，年維修費(fèi)用可以忽略不計(jì)。

　　2.3.3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)比較

　　根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道汽動給水泵配置方式與電動給水泵液力耦合器配置方式相比在運(yùn)行上并不經(jīng)濟(jì)；同等條件下液力耦合器調(diào)速電動給水泵比變頻調(diào)速電動給水泵多耗電15%。

　　綜上所述，汽動給水泵初投資高，系統(tǒng)復(fù)雜，所占平面與空間均較大，維護(hù)費(fèi)用高;液力耦合器調(diào)速給水泵初投資較高，系統(tǒng)較復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用較高，節(jié)電率較差；變頻調(diào)速給水泵，初投資較低，系統(tǒng)簡單，維護(hù)費(fèi)用低，節(jié)電率較高。故300ｍｗ汽輪機(jī)組調(diào)速給水泵配置順序應(yīng)以：

　?。?）變頻調(diào)速給水泵；

　　（2）液力耦合器調(diào)速給水泵；

　　（3）小汽輪機(jī)調(diào)速給水泵為宜。

　　3、300mw汽輪機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　300mw汽輪機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。給水系統(tǒng)流程為，除氧氣、前置泵、鍋爐給水泵或電動給水泵、高壓加熱器、主給水調(diào)節(jié)門及其旁路門、省煤器入口聯(lián)箱、省煤器出口聯(lián)箱、鍋爐汽包。 4、300mw汽輪機(jī)組給水泵變頻調(diào)速方案液力耦合器調(diào)速需要每臺泵裝一臺液力耦合器，變頻調(diào)速則不然，無論是配備兩臺100%額定容量給水泵，還是配備三臺50%額定容量給水泵，只要配備一臺變頻器就可以方便地實(shí)現(xiàn)軟啟動和變頻調(diào)速，這是液力耦合器無法做到的。

　　4.1 一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速方案

　　300ｍｗ汽輪機(jī)組往往配備三臺50%額定容量的給水泵，兩臺運(yùn)行一臺備用。所謂一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速方式就是利用一臺變頻器通過切換分別實(shí)現(xiàn)三臺給水泵的軟啟動和變頻調(diào)速，如圖2所示。這一方案的特點(diǎn)是一臺變頻器通過切換可以分別實(shí)現(xiàn)三臺泵中任意一臺泵的軟啟動和變頻調(diào)速運(yùn)行，提高了變頻器的利用率。既實(shí)現(xiàn)了給水泵的軟啟動，又實(shí)現(xiàn)了給水泵的變頻調(diào)速。這一方案的運(yùn)行方式是鍋爐機(jī)組滑啟和50%額定負(fù)荷以下時(shí)，一臺給水泵變頻調(diào)速運(yùn)行；50%額定負(fù)荷到100%額定負(fù)荷時(shí)，為兩臺給水泵一工一變運(yùn)行（即一臺工頻運(yùn)行，一臺變頻運(yùn)行），工頻泵帶固定流量其揚(yáng)程由鍋爐機(jī)組運(yùn)行參數(shù)（汽包壓力加汽包水位到給水泵水柱高加管道阻力之和）決定。變頻泵調(diào)節(jié)給水流量，保持鍋爐水位。

　　4.2 工、變頻同步切換是循環(huán)軟啟動的關(guān)鍵

　　利用一臺變頻器實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速的關(guān)鍵是工頻與變頻同步切換技術(shù)。這是因?yàn)殄仩t機(jī)組運(yùn)行中一刻都不能間斷供水。有鑒于此，變頻調(diào)速運(yùn)行中的給水泵切換到工頻運(yùn)行，不能瞬間斷電，即不能先斷開變頻開關(guān)，再合上工頻開關(guān)，只能是在變頻調(diào)速運(yùn)行中的（#1）給水泵與#1給水泵工頻電源開關(guān)進(jìn)行同步并列，合#1給水泵工頻電源開關(guān)后，再斷開#1泵變頻開關(guān)。實(shí)現(xiàn)給水泵從變頻運(yùn)行到工頻運(yùn)行的同步平穩(wěn)過渡和切換。

　　實(shí)現(xiàn)同步切換的關(guān)鍵是同步切換軟件系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)。同步切換軟件系統(tǒng)的主要功能是通過運(yùn)行中的變頻調(diào)速系統(tǒng)與工頻電網(wǎng)進(jìn)行自動準(zhǔn)同期調(diào)整，做到相序一致（這是接線時(shí)已經(jīng)確定了的），電壓相等（同步切換軟件系統(tǒng)完成），頻率差小于0.5hz，直至相位誤差小于設(shè)定值（同步切換軟件系統(tǒng)完成），plc發(fā)出指令，工頻電源開關(guān)同步合閘。經(jīng)檢定同步合閘正常后，斷開變頻開關(guān)。

　　4.3 一定一變并列運(yùn)行原理

　　兩臺定速泵并列運(yùn)行和兩臺變速泵并列運(yùn)行人們是熟悉的。一定一變并列運(yùn)行只要保持揚(yáng)程相同也是可行的。300ｍｗ機(jī)組主給水泵的調(diào)節(jié)功能（手動和自動）是在汽包壓力一定、主給水調(diào)節(jié)門全開的條件下，通過改變給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)給水流量，保持鍋爐汽包水位。鍋爐啟動過程中和50%額定負(fù)荷以下一臺泵（1號）變頻運(yùn)行；鍋爐負(fù)荷超過50%額定負(fù)荷時(shí)，一臺泵（1號）的流量滿足不了需要，需要啟動另一臺泵（2號）并列運(yùn)行，此時(shí)將運(yùn)行中的變頻泵（1號）切換到工頻定速運(yùn)行。帶固定流量其揚(yáng)程由汽包壓力加汽包水位到給水泵水柱高加管道阻力之和決定，用變頻器軟啟動另一臺（2號）泵變頻調(diào)速運(yùn)行，根據(jù)需要調(diào)節(jié)流量，保持鍋爐水位。工頻定速泵（1號）對應(yīng)工作點(diǎn)帶固定流量，變頻調(diào)速泵（2號）對應(yīng)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)流量。工頻定速泵特性曲線與運(yùn)行揚(yáng)程的交點(diǎn)即是工頻定速泵的工作點(diǎn)，其對應(yīng)流量即為工頻定速泵的流量。對應(yīng)變頻調(diào)速泵特性曲線與運(yùn)行揚(yáng)程的交點(diǎn)為變頻泵的工作點(diǎn)，其對應(yīng)的流量即為變速泵的流量。工頻定速泵與變頻調(diào)速泵流量之和即為總流量。

　　4.4 一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速給水泵特點(diǎn)

　　應(yīng)用變頻器實(shí)現(xiàn)電動給水泵循環(huán)軟啟動和調(diào)速運(yùn)行是主給水系統(tǒng)電動給水泵啟動和調(diào)節(jié)方式的一場變革。這一方式從根本上解決了液力耦合器調(diào)速的所有弊端。其主要特征是：

　?。?）實(shí)現(xiàn)了給水泵的軟啟動，減少定壓下啟動的沖擊電流，縮短了啟動時(shí)間，減少了啟動過程中的鐵損、銅損和對主絕緣的損傷。

　?。?）實(shí)現(xiàn)了給水泵的無級調(diào)速，調(diào)速高（0.01hz）解決了液力耦合器丟轉(zhuǎn)問題。

　?。?）高效率（變頻器效率可達(dá)到98%）、高功率因數(shù)（變頻器工率因數(shù)可達(dá)到0.98）、高節(jié)電率（節(jié)電率在相同條件下高于液力耦合器15%以上）。

　　（4）具有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及通訊接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)dcs的啟動、停止、聯(lián)鎖、閉鎖、開環(huán)、閉環(huán)、手動、自動控制。

　?。?）保護(hù)功能齊全，具有過流、輸出電壓異常、過載、電機(jī)過熱、冷卻風(fēng)機(jī)異常等、停電檢測、接地檢測等功能。

　?。?）維護(hù)量小、故障率低、使用壽命長，一般可以達(dá)到80000h無故障。

　?。?）年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液力耦合器。

　　5、二拖三軟啟動變頻調(diào)速給水泵方案也是可行的

　　一拖三軟啟動變頻調(diào)速給水泵理論上是可行的，但尚無運(yùn)行實(shí)踐，人們不免擔(dān)心，萬一變頻器故障怎么辦，其實(shí)這很簡單，增加一臺變頻器問題就解決了。

　　這一方案在鍋爐機(jī)組啟動時(shí)可以用#2（#3）給水泵變頻啟動帶負(fù)荷至50%額定容量時(shí)，啟動#1給水泵，運(yùn)行正常后可將#2（#3）給水泵切換到工頻運(yùn)行，以#1給水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，保持鍋爐水位。#3（或#2）變頻給水泵做備用。

　　這一方案盡管增加了一臺變頻器，其初投資也不高于汽動給水泵，其綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較是可取的。

　　6、結(jié)束語

　　變頻調(diào)速是當(dāng)代、可靠、效的調(diào)速技術(shù)。低壓變頻器在火電廠已得到了廣泛應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)自動控制和節(jié)能降耗上收到了良好效果，已被社會所公認(rèn)。高壓變頻器在火電廠的送、引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、灰渣泵、循環(huán)水泵、汽機(jī)凝結(jié)水泵、母管制給水泵等技術(shù)改造、新建、擴(kuò)建機(jī)組中，已經(jīng)和正在廣泛得到應(yīng)用。高壓變頻器在電廠的應(yīng)用，已經(jīng)和正在得到人們的普遍重視。

　　節(jié)能降耗是基本國策，也是長遠(yuǎn)方針，對待節(jié)能降耗要像對待環(huán)保那樣應(yīng)從根本上加以重視。主給水泵是必須進(jìn)行調(diào)節(jié)的主要輔機(jī)，也是火電廠單機(jī)耗電量的輔機(jī)，應(yīng)用變頻器進(jìn)行一拖三循環(huán)軟啟動變頻調(diào)速或二拖三變頻調(diào)速運(yùn)行 是主給水泵調(diào)速的選擇。