3号机组凝结水泵电机加装变频器项目10年.docx
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3号机组凝结水泵电机加装变频器项目10年.docx
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3号机组凝结水泵电机加装变频器项目10年
技术改造项目可行性研究报告
项目名称:
3号机组凝结水泵电机加装变频器项目
建设单位:
河北国华沧东发电有限责任公司
批准:
审核:
编制:
2010年6月
技术更新改造项目可行性研究报告
项目名称
3号机组凝结水泵电机加装变频器项目
主要构成
可研编制人
尹彦民
负责部门
生产技术部
项目负责人
尹彦民
一、项目提出的背景及改造的必要性(需要改造设备的运行简历,设备铭牌、投运时间、运行状况、技术状况及其他有关技术参数,现状、存在的主要问题,从对安全、经济运行、环境的影响等方面论证该项目的必要性)
沧东公司3号机组安装2台引风机电机,型号:
YKK900-10,额定功率:
3700kW,转速:
585r/min,额定电流:
441A,投产日期:
2006年6月投产,生产厂家:
上海电机厂。
1)引风机参数
项目
单位
参数或说明
风机类型
引风机
风机型号
TDM-VB5
型式
立式筒袋多级泵
数量
(台/炉)
2
进水压力(最小/额定)
KPa
3.3/4.9
流量
m
330
风机轴功率(BMCR)
(kW)
2247
电动机功率
(kW)
3700
额定电压
(kV)
6
额定电流
(A)
419
运行电流
(A)
278/282
风机转速
(r/min)
585
电机转速
(r/min)
585
满负荷风量
(m3/s)
290/286
进口静压
(Pa)
-2854/-3095
满负荷风门开度
(%)
50%
炉膛压力
(Pa)
-141.2
2)发电厂概况(引自2008年12月22日生产日报)
发电厂名称
国华沧东电厂
总装机容量(MW)
2×600
单机容量(MW)
600
平均发电负荷(MW)
446.5
台数
2
上网电价(元/度)
0.386
厂用电率(%)
4.87
项目单位数据
型号TDM-VB5
型式立式筒袋多级泵
进水温度℃<50
进水压力KPa(最小/额定):
3.3/4.9
轴功率m3/h1840
流量m330
扬程%83
效率m3.5
必须汽蚀余量r/min988
转速5
泵级数m3/h460
最小流量KW1992.3(在额定流量、扬程点)
外壳设计压力MPa0.5
泵体设计压力MPa4.5
泵关断扬程m400
泵设计临界转速r/min4400
轴承振动保证值mm/s1.8
轴振报警值mm/s3.6
首级叶轮形式闭式双吸
首级叶轮直径mm495
叶轮尺寸(最大/最小)mm510/470
轴承形式/数量光面形/4
推力轴承额定负荷KN137
泵体尺寸(长,宽,高)mm7300X2700X2420
泵轴长mm3700+3000
首级叶轮至泵入口尺寸mm3,700
密封形式机械密封
密封水流量m3/h1
密封水压力MPa0.2-0.3
水泵重量t14.8
接口法兰MPa1.00.6
公称压力MPa4.0
詹华德(詹华德)11:
31:
42
4.0
接口管子规格DN750DN700
DN400DN400
旋转方向(从电机向水泵看)顺时针
解峰(解峰)11:
32:
08
电站引风机是火力发电机组的重要辅机,风机的可用性和性能直接影响火电机组的安全经济运行,尤其是实施“厂网分开,竞价上网”对发电厂运行的可靠性及经济性提出了更高的要求。
从经济性角度分析,风机是机组中的电耗大户,电站风机的功率消耗可占机组的1.5%~2.3%,降低厂用电率将提高电厂的经济效益和企业竞争力。
这也是节能工作的主要对象。
从可靠性的角度分析,锅炉辅机故障造成机组降负荷、锅炉灭火甚至被迫停机的事故时有发生,严重影响了机组发电的可靠性。
从这两方面考虑深入研究锅炉辅机的可靠性和经济性,发现并解决问题,对于发电企业和电网都具有重要的意义。
由于种种原因,风机、水泵类辅机及其高压拖动电机,其容量也远远大于实际需求,造成大马拉小车的结果,这在客观上要求辅机能够变速调节工况。
据统计,拖动大容量风机、水泵类辅机的高压厂用电动机的耗电量占厂用电的80%左右。
将风机、水泵类辅机高压厂用电动机改为变频运行后,可显著降低厂用电率。
因此,提高风机的运行效率对降低厂用电率具有重要的意义。
2006年7月到2008年10月沧东公司的统计结果显示,引风机的平均单耗为2.352kWh/t,电耗为0.687%。
因此,引风机的经济运行对降低电厂的厂用电、提高电厂的综合效益十分重要。
沧东公司引风机的实际运行效率并不高,平均单耗和电耗也高于国内的先进水平,分析原因如下:
1)由于引风机的容量设计存在很大裕量以及机组经常处于低负荷运行状态,这就导致风机运行点远离风机的最高效率点。
国外电厂的引风机的流量裕量高达10%~20%,国内大致为10%~30%。
而沧东公司的引风机在满负荷时的流量裕量较T.B工况的额定流量则高达47.2%。
大马拉小车情况非常严重。
而流量调节主要依靠风门挡板开度进行,据调查,两台引风机在满负荷时的风门挡板开度只有50%,存在大量节流损失。
下表为引风机实际运行参数:
名称
单位
工况1
工况2
工况3
工况4
机组负荷
MW
600
500
400
300
风机烟气量
m3/s
289.3
247.4
230.9
192.6
定速风机叶轮效率
%
48
45
43
41
风量裕量(与T.B相比)
%
47.2
54.8
57.8
64.7
风压裕量(与T.B相比)
%
56.7
64.9
67.5
71.3
实际电流
A
75
78
80
76
实际电机输入功率
kW
2641.6
2254.5
2140.7
1899.4
由上面的分析可以看出,电厂的引风机虽然是先进高效的设备,但是存在设计选型不合理的地方,在生产过程中,机组负荷在300MW到600MW运行时,锅炉引风机所需风量由192.6m3/s变化到289.3m3/s。
远远低于风机的最佳效率点时的风量462.1m3/s,虽然风机有静叶调节装置,但是理论失速线比较长,使得风机必须调低静叶角度,而这样降低了风机效率,由性能曲线可以查得:
静叶角度为-42°,风量为300m3/s时风机效率只有48%,远低于风机的最高效率87.6%。
同时风机在低风量区存在“马鞍”型曲线,风机并联容易出现“抢风”等问题,给锅炉的安全运行带来隐患。
通过变频调速技术,使得性能曲线向左下方移动,能够增大风机运行效率,增大风门挡板开度,降低节流损失,同时也能给锅炉的安全运行提供保证。
2)引风机的调速性能差。
由于烟气量随负荷不断变化,风门调节反应速度慢,机组无法响应负荷的动态变化。
机组负荷在300MW到600MW运行时,锅炉引风机所需风量也由192.6m3/s变化到289.3m3/s。
结果是导致大量的电能被浪费,厂用电率居高不下。
3)异步电机在启动时启动电流一般达到电动机额定电流的6~8倍,对电网冲击较大,并影响电动机的使用寿命。
以及转速较高,风机磨损严重。
变频调速是通过改变电动机供电频率的方法而达到调节电动机转速的调节方式。
频率变化后,电动机基本保持额定转差率,转差损失不增加。
变频调速的损失只是在变频装置中产生的交流损失,以及由于高次谐波的影响,使电机的损耗有所增加,所以变频调节是一种高效调速方式。
同时调速范围宽,一般可达10:
1(50~5Hz)。
并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率,所以适用于经常处于低转速状态下运行的负载。
交流变频调节装置应用于引风机,不仅节能,而且大大改善了控制品质和运行工况,取得了显著的社会效益和经济效益,使设备的运行方式更趋合理,设备自动化程度、控制水平进一步提高。
虽然高压交流变频装置的一次性投资较大,但它所带来的回报是巨大的、长期的,大量实践也已经证明,变频调速是风机、水泵类设备的最佳调节方式,随着高压变频调速技术的成熟,在发电厂得到越来越广泛的应用。
根据引风机及所属设备实际运行情况,经过反复研究,认为对引风机电机进行变频改造,可以取得很好的节能效果,并且改善机组的控制性能,减轻设备磨损,延长设备使用寿命。
因此,计划对11、12引风机电机实施加装变频器改造工作。
二、国内外调研报告:
(咨询专家意见、国内外解决方案、用户使用情况等)
1、国华神木公司引风机电机容量2200kW,加装变频器费用约为400万元(2台),从改造后运行的情况看,节能效果平均在30%以上,每年节电约805万kW.h,电价0.3元/kW.h,每年可节约805×0.3=241.5万元。
2、国电庄河电厂引风机电机容量3500kW,从改造后运行的情况看,节能效果平均应在30%以上。
该厂11引风机与21引风机在同等负荷下比较,6kV电机电流有大幅度降低,11引风机电机在360MW、450MW、540MW、600MW负荷下的电流分别为80A、105A、145A、173A,21引风机电机在同等负荷下的电流分别为208A、230A、250A、267A,节能效果显著。
具体情况如下:
序号
负荷(MW)
节电效率(%)
1
360
62
2
450
54
3
540
42
4
600
35
按照节电35%,电价0.3元/kW.h,年运行6000h(06年省发改委指导的利用小时)计算,每年可节约3500×35%×0.3×6000=220.5万元。
3、昆明二电厂引电机容量1800kW,从改造后运行的情况看,节能效果平均应在30%以上,运行反映现变频泵调节效果非常好。
在同等负荷下比较,6kV电机电流有大幅度降低,节能效果显著。
具体情况如下:
序号
负荷(MW)
节电效率(%)
1
180
48
2
230
40
3
280
35
4
330
32
按照节电30%,电价0.3元/kW.h,年运行6000h计算,每年可节约1800×30%×0.3×6000=97.2万元。
对引风机电动机加装变频器改造后,不但可以降低厂用电率,节省能源,可以实现如下功能:
1、利用变频器软启动功能,避免电机直接启动引起的电网冲击和机械冲击,防止设备损坏,保证风机的安全运行。
2、采用变频调速后,可以实现低转速的平滑启动,这就消除了定速电动机启动时产生的起动冲击电流对电动机产生的剧烈冲击,提高电动机的绝缘及轴承、等设备的寿命。
3、改善风机的控制性能,机组可快速响应负荷变化,节省燃煤。
4、提高了系统的自动化控制水平。
5、减轻风机叶轮和轴承的磨损,延长设备使用寿命,减少维护成本。
6、降低噪音。
技术更新改造项目可行性研究报告
三、可行性方案:
(从可能设计的方案中,选出2-3个可供选择方案,从技术经济及社会效益上全面论证其先进合理性、实施可行性,对应存在问题提出解决方法。
对可选方案进行综合比较,推荐最佳方案。
灰场、构筑物其土建工程,应注意水文,地质、地形等资料收集)
针对引风机的运行情况制定出如下方案:
1、手动旁路方式
由于引风机都是两台并联运行,可以采用变频器一拖一方案,每台变频器驱动一台引风机。
如下图所示:
上图中,每一台变频器配一个工频旁路刀闸柜,当变频器出现重大故障时可以通过旁路柜将风机切换到工频运行。
在切换工频运行的过程中,机组要降负荷,并联跳对应侧送风机,对应侧风门同时快速关闭。
此方案中的弊端为,当其中任意一台高压变频器故障时,机组需要降一半负荷。
2、自动旁路方式(真空接触器型)
上图中,每台高压变频器配有自动旁路柜,当变频器出现故障时,自动转入工频运行,同时风门配合动作,保证风量基本维持不变。
当变频器故障后,变频可退出系统完成检修,变频器检修完毕后,利用变频飞车启动功能,自动同步无扰动将电机由工频牵入变频器运行。
可靠保证机组的安全稳定运行。
此方案中的弊端为,旁路系统中采用真空接触和隔离刀闸方式,运行操作复杂,设备故障率高,造价高。
3、自动旁路方式(真空断路器型)
上图中,每台高压变频配有自动旁路柜,当变频出现故障时,自动转入工频运行,同时风门配合动作,保证风量基本维持不变。
当变频故障后,变频可退出系统完成检修,变频检修完毕后,利用变频飞车启动功能,自动同步无扰动将电机由工频牵入变频运行。
可靠保证机组的安全稳定运行。
此方案的弊端是设备占用场地大,运行操作复杂,设备故障率高,造价高。
经过技术分析和比较后,决定采用第一种方案,并计划在1号机组C级检修时进行11、12引风机电机加装变频器的改造工作。
技术更新改造项目可行性研究报告
四、工程规模和主要内容:
(项目的构成和范围(子项目或分项目),站(厂)址选择,地理位置,线路路径及接线方案,改进后系统的布置,设备性能及有关参数,必要的图纸、生产准备及培训情况等)
1、根据国华公司设备招、投标管理规定,对设备进行招标采购,选定厂家。
2、与供货厂家现场共同制定设备安装、调试方案,电源进线连接到变频器的工频旁路柜进线开关,电机连接到工频旁路柜的出现开关。
工频旁路柜与变频器之间的接线由变频器厂家负责。
变频器的运行指令由DCS远程控制,变频器状态送到DCS系统。
3、变频器小间建设,并在变频器室内安装制冷空调。
4、变频器安装、电缆敷设及设备调试。
5、变频器试运行。
6、设备移交及对相关专业人员培训。
7、竣工验收及结算。
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五、工程实施进度计划:
1、工程外部条件(包括工程项目有关征地、拆迁、赔偿等)
此工程项目利用空余场地,不需要征地。
2、项目招标方式和时间安排:
(1)项目采用招标的方式。
(2)招标时间安排在2009年11月
3、项目实施计划安排
(1)工程勘探、设计时间:
2010年2月
(2)设备制造(订货)时间:
2010年4月
(3)安装、调试时间:
2010年1号机组停运检修期间
(4)竣工验收及结算时间:
2010年12月
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六、投资估算及概(预)算明细表:
(1)投资估算表(税率17%)单位:
万元
工程前期费
0
施工费
8
设备费
612
其它费
35
材料费
15
工程总投资
670
(2)项目概(预)算明细表(如有多页,可另附在报告后面)
七、预期效果:
(对改造前后安全,经济运行状况,社会环境影响进行对比分析,明确改造后对于提高系统和本单位安全性,可靠性,节能降耗、环境保护等应达到的指标,从提高效益,降低成本,增加利润及对投资回收等方面进行分析)
1、变频调速后可靠性分析
调速装置和调速系统的可靠性是首要的前提,也是发电厂对设备运行最关心的问题。
可靠性问题不仅体现在调速装置本身,同时体现在调速系统的设计,备用手段和切换方式等方面。
总之,不能因为采用变频调速节能改造后,使原有设备可靠性下降,这是得不偿失的,相反应有所提高。
根据国内外经验表明,采用第一种方案的带工频旁路的一拖一变频调速方案,自动调节性能稳定、平滑、品质优良,启动和运行的可靠性增加,运行时的噪音减少,运行工况稳定,调节效率提高,风机变化平稳,机组运行的安全性得到提高,DCS控制则更为理想。
2、变频调速后经济性分析
由于设计选型不合理,造成引风机容量远大于实际需要容量,引风机长期工作在低效率运行区,通过变频调速改造,风机运行效率得到提高,经过初步计算,节能潜力在60%以上,不同负荷下的节能潜力如下表:
名称
单位
工况1
工况2
工况3
工况4
机组负荷
MW
600
500
400
300
风机烟气量
m3/s
289.3
247.4
230.9
192.6
定速风机叶轮效率
%
48
45
43
41
变频后叶轮效率
%
75
78
80
76
实际电机输入功率
kW
2641.6
2254.5
2140.7
1899.4
变速电机输入功率
kW
1027
787
683
485
节电效率
%
63.5
65
68
69
(1)高压电动机功率在3000kW及以上的,加装变频器后约投资900元/kW左右,沧东公司引风机电机电机功率为3700kW,投资约为612万元(2台),加上安装变频器室及其它费用(约58万),总费用约为670万元。
按机组年运行5000h,实际电动机平均
输入功率为2100kW,平均节电60%,电价0.35元/kW·h,计算:
每年可节约2100×60%×0.35×5000=220.5万元
投资回报年限按以下公式计算A=P×i×(1+i)n/[(1+i)n-1],得到n=3.6年
设备改造后有望在4年内收回成本。
(2)对引风机电机加装变频器后,能降低厂用电率约0.22%。
(3)附加经济效益
a)利用变频器软启动功能,避免电机直接启动引起的电网冲击和机械冲击,防止设备损坏,保证风机的安全运行。
b)减小机械振动,噪声和磨损,提高了运行的可靠性、延长了机械寿命,变频调节时引风机入口挡板全开,升降转速平稳,惯性力矩减小,各部分力矩为最小,风机转动部分磨损最小,环境噪声降到最低。
c)利用变频器对锅炉引风机进行压力、风量调节,调节过程中平滑灵活可靠,同时解决风门挡板线性差、调节延迟问题,特别是在点炉初期和低负荷情况下,变频调节非常方便、控制精度高、炉膛负压容易控制,也非常稳定。
与挡板节流调节相比,变频调节明显地改善了调节性能。
3、变频调速后社会环境影响分析
电厂风机是电厂噪声污染的主要来源之一,风机的大型化和高速化使这个问题更为突出,而变频调速改造可以有效减轻噪声污染,国内经验表明,当转速降低50%时,噪声可以减少十几个绝对分贝,有利于改善电厂职工的工作环境。
由上面分析可以看出,将交流变频调节装置应用于引风机,不仅节能效果显著,而且大大改善了控制品质和运行工况,取得了显著的社会效益和经济效益,使设备的运行方式更趋合理,设备自动化程度、控制水平进一步提高。
虽然高压交流变频装置的一次性投资较大,但它所带来的回报是巨大的、长期的。
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八、部门审查意见:
年月日
九、主管领导意见:
年月日
附表1:
11、12引风机电机加装变频器改造费用统计
含税(税率17%)
序号
设备名称
电压等级
单位
数量
单价
总价
备注
1
引风机变频器
6kV
台
2
¥306,000,0
¥6,120,000
设备费用
2
施工费
台
2
¥40000
¥80000
含设备安装调试
3
引风机变频器室
间
2
¥151,000
¥302,000
其它费用
4
变频器室空调
380V
组
4
¥12,000
¥48,000
5
电缆
380V
米
1000
¥40
¥40,000
材料费
6
电缆
6kV
米
200
¥550
¥110,000
7
项目费用总计
¥6,700,000
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项目名称
#1机组凝结水泵电机加装变频器
主要构成
安装变频器需用的房间,开关、刀闸、裂相变压器、整流逆变、控制柜、电缆
可研编制人
负责部门
生产技术部
项目负责人
一、项目提出的背景及改造的必要性(需要改造设备的运行简历,设备铭牌、投运时间、运行状况、技术状况及其他有关技术参数,现状、存在的主要问题,从对安全、经济运行、环境的影响等方面论证该项目的必要性)
我厂每台机组安装有2台凝结水泵,一台运行,一台备用。
凝泵电机为湘潭电机厂生产的立式电机,型号:
YKKL2500-4/1180-1,额定功率2500KW。
转速:
1492r/min,功率因数:
0.88,投产日期:
2004年4月26日。
凝结水泵为沈阳水泵厂生产,型号:
10LDTNB-5J。
热工控制方式:
随着能源形势的日益紧张,国家出台了一系列节能政策,几大发电公司与国家发改委签定了节能责任状,采用节能新技术、降低厂用电率和发电煤耗进而降低发电成本成为火电厂当务之急和发展方向。
高压变频技术的成熟发展和推广成为火电厂泵类、风机的主要节电手段。
该技术尤其适用于调节阀门和挡板深度节流的泵类和风机。
我厂综合厂用电率设计值为5.66%,主要耗电设备依此为磨煤机、循环泵、一次风机、引风机、凝泵、送风机、供水设备、除灰设备、输煤设备。
其中凝泵的耗电率为0.38%,由于凝结水母管上的主调阀在600MW额定负荷下也只有45%的开度,凝泵的节能潜力最大,而其它动力在额定负荷下调节阀门和挡板基本开展,靠实施变频改造的节能潜力不大,凝泵改变频对机组的风险也相对较小,因此我们经过技术分析后决定首先对凝泵实施变频改造。
技术更新改造项目可行性研究报告
二、国内外调研报告:
(咨询专家意见、国内外解决方案、用户使用情况等)
邯峰电厂凝结水泵电机容量2600KW,同我厂凝泵电机2500KW相近,通过对邯峰电厂的调研:
邯峰电厂从改造后运行的情况看,节能效果平均应在60%以上,运行反映现变频泵调节效果非常好,凝汽器水位波动很小。
#11凝泵与#21机凝泵在同等负荷下比较,6kV电流有大幅度降低,#11凝泵在360MW、450MW、610MW、660MW负荷下的电流分别为46A、61A、105A、128A,#21机凝泵在同等负荷下的电流分别为175A、188A、210A、218A。
节能效果显著。
具体情况如下:
负荷(MW)
节电效率(%)
360
73
400
72
450
67
500
62
610
50
660
41
按照节电60%,电价0.3元/KW.h,年运行6000h(06年省发改委指导的利用小时)计算,每年会节约2600×60%×0.3×6000=280.8万元,不到一年可收回250万元的投资。
凝结水泵由节流调节改为变频调速后,不但可以节约大量的电能,在提高凝结水系统运行可靠性与延长设备的使用寿命等方面也有很多优点。
减少汽水损失:
缓解凝结水再循环门冲刷严重的情况。
凝结水泵的运行可靠性提高、寿命延长:
凝结水泵采用变速调节后,它经常运行在低于额定转速数值上,因泵的必需汽蚀余量,近似与泵的转速平方成正比。
所以泵内发生汽蚀的可能性大大降低。
由于泵转速低,使水泵的轴承和轴封的寿命延长。
凝结水泵配套电机的寿命延长:
采用变频调速后,可以实现低转速的平滑启动,这就消除了定速电动机启动时产生的起动冲击电流对电动机产生的剧烈冲击,而这个冲击力会减少电动机的绝缘寿命,也会缩短电动机轴承、轴、绕组的寿命。
技术更新改造项目可行性研究报告
二、可行性方案:
(从可能设计的方案中,选出2-3个可供选择方案,从技术经济及社会效益上全面论证其先进合理性、实施可行性,对应存在问题提出解决方法。
对可选方案进行综合比较,推荐最佳方案。
灰场、构筑物其土建工程,应注意水文,地质、地形等资料收集)
根据现场实际
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- 机组 凝结 水泵 电机 变频器 项目 10