電廠(chǎng)鍋爐給水系統(tǒng)GCP（泵控泵）流量控制及壓力補(bǔ)償節(jié)能裝置

一、前言 　　鍋爐給水泵是熱電廠(chǎng)鍋爐給水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。目前，為保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，熱電廠(chǎng)給水泵的設(shè)計(jì)都留有相當(dāng)?shù)挠嗔浚⑶?，熱電廠(chǎng)的蒸汽鍋爐正在向大容量發(fā)展，因?yàn)檎羝帕看?、溫度高、壓力高，使得鍋爐給水系統(tǒng)耗電較大。特別是當(dāng)供電、供熱及其它裝置(如汽輪機(jī))負(fù)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(xiàn)在通常應(yīng)對(duì)這種變化的方法是通過(guò)閥門(mén)節(jié)流或給水泵打回流，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。這種方法不僅額外地?fù)p失一部分能量，造成很大浪費(fèi)，而且會(huì)影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，有個(gè)別發(fā)電廠(chǎng)在給水泵驅(qū)動(dòng)大電機(jī)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(jié)果會(huì)使給水泵偏離高效區(qū)，效率降低，產(chǎn)生諧波量大而強(qiáng)，污染電網(wǎng)，而且調(diào)節(jié)范圍很窄，只能從50HZ 向下單向調(diào)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(shè)備有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在我國(guó)著名儀表自動(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(zhǎng)期考察分析鍋爐給水系統(tǒng)的實(shí)際情況，在吸收國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和科技成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(tǒng)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(tǒng)能耗，提高經(jīng)濟(jì)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(bǔ)償系統(tǒng)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(shè)，也可以對(duì)原有電廠(chǎng)給水系統(tǒng)進(jìn)行改造，該技術(shù)已獲得國(guó)家專(zhuān)利，相關(guān)技術(shù)獲省部級(jí)科技成果一等獎(jiǎng)，為國(guó)家科技部重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。 　　二、項(xiàng)目介紹 　　1、概況 　　在熱電廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中，自用電耗已達(dá)到生產(chǎn)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(chǎng)給水系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、給水泵、調(diào)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(qū)動(dòng)電機(jī)、給水泵、調(diào)節(jié)閥及回流閥等地方，這些能量消耗構(gòu)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(duì)節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。 　　2、結(jié)構(gòu)原理 　　(泵控泵)鍋爐給水自動(dòng)化流量控制及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)“GCP(Give-Control-Pump)”是機(jī)電儀一體化，涉及給水工藝、給水泵、電機(jī)拖動(dòng)、變頻調(diào)速、高低壓供電、儀表檢測(cè)調(diào)節(jié)、連鎖保護(hù)、計(jì)算機(jī)軟件等高新技術(shù)的集成系統(tǒng)。 　　該系統(tǒng)由一臺(tái)給水泵和一臺(tái)控制泵，給水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)及保證運(yùn)行的潤(rùn)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(diào)速系統(tǒng)等組成。在給水泵前加入專(zhuān)用控制泵，再對(duì)現(xiàn)有的給水泵進(jìn)行拆級(jí)或切削葉輪，降低給水泵揚(yáng)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(jí)調(diào)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(dá)到節(jié)能和流量壓力連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。 給水泵與控制泵串接，通過(guò)低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)小功率控制泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率給水泵的調(diào)節(jié)和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實(shí)質(zhì)上是信號(hào)放大的功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、流量可調(diào)。 　　小功率控制泵為給水泵提供吸入壓力，使兩泵恰當(dāng)匹配;并通過(guò)計(jì)算機(jī)、儀表系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)使給水泵總是工作在高效區(qū)，盡管其范圍很窄。 　　DCS 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，根據(jù)鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負(fù)荷情況)實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鍋爐供水系統(tǒng)效率的提高。 　　當(dāng)轉(zhuǎn)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(yáng)程為H2A;前置控制泵的工作點(diǎn)為A′，流量為QA，揚(yáng)程為H3A′。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)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(yáng)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(yáng)程下降為H2B，則鍋爐給水泵流量從QA 增加到QB，揚(yáng)程下降值△H2=H2A-H2B，而此時(shí)前置控制泵的揚(yáng)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(bǔ)償。 　　3、節(jié)能原理 　　·調(diào)節(jié)閥門(mén)完全打開(kāi)，無(wú)需節(jié)流，節(jié)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(tǒng)有用功率，節(jié)約了能源; 　　·壓力、流量實(shí)現(xiàn)了連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)需打回流，節(jié)約了能源; 　　·使給水泵與鍋爐需水達(dá)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(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(jié)約了能源; 　　·低效率的給水泵拆級(jí)后，其部分功能由高效率的控制泵承擔(dān)，電機(jī)負(fù)荷降低，節(jié)約了能源。 　　4、核心專(zhuān)利技術(shù) 　　·GCP 技術(shù)方法 　　·GCP 自動(dòng)控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)協(xié)調(diào) 　　·特殊高效控制泵的研制 　　·雙泵的匹配技術(shù) 　　·負(fù)荷調(diào)節(jié) 　　·系統(tǒng)連鎖保護(hù) 　　·高可靠性的預(yù)設(shè)計(jì) 　　·主泵高效區(qū)的選擇把握 　　·轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)分步控制，負(fù)荷的加載分配及調(diào)節(jié) 　　·系統(tǒng)防振技術(shù) 　　5、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(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大功率、大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制(即信號(hào)放大功能)，使系統(tǒng)運(yùn)行在高效節(jié)能狀態(tài)，并形成一套完整的GCP 技術(shù)。 　　·為實(shí)現(xiàn)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(jī)械密封問(wèn)題 　　6、技術(shù)方案優(yōu)先原則 　　·滿(mǎn)足給水現(xiàn)場(chǎng)工藝需求，根據(jù)鍋爐給水的需要隨時(shí)可調(diào)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(guò)低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)小功率控制泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率給水泵的調(diào)節(jié)和控制的(泵控泵)GCP 思想;它實(shí)質(zhì)上是信號(hào)放大的功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、流量可調(diào)。 　　小功率控制泵為給水泵提供吸入壓力，使兩泵恰當(dāng)匹配;并通過(guò)計(jì)算機(jī)、儀表系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)使給水泵總是工作在高效區(qū)，盡管其范圍很窄。DCS 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，根據(jù)鍋爐供水工藝要求(供電、供熱負(fù)荷情況)實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鍋爐供水系統(tǒng)效率的提高。 　　當(dāng)轉(zhuǎn)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(yáng)程為H2A;前置控制泵的工作點(diǎn)為A′，流量為QA，揚(yáng)程為H3A′。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)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(yáng)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(yáng)程下降為H2B，則鍋爐給水泵流量從QA 增加到QB，揚(yáng)程下降值△H2=H2A-H2B，而此時(shí)前置控制泵的揚(yáng)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(bǔ)償。 　　3、節(jié)能原理 　　·調(diào)節(jié)閥門(mén)完全打開(kāi)，無(wú)需節(jié)流，節(jié)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(tǒng)有用功率，節(jié)約了能源; 　　·壓力、流量實(shí)現(xiàn)了連續(xù)無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)需打回流，節(jié)約了能源; 　　·使給水泵與鍋爐需水達(dá)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(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(jié)約了能源; 　　·低效率的給水泵拆級(jí)后，其部分功能由高效率的控制泵承擔(dān)，電機(jī)負(fù)荷降低，節(jié)約了能源。 　　4、核心專(zhuān)利技術(shù) 　　·GCP 技術(shù)方法 　　·GCP 自動(dòng)控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)協(xié)調(diào) 　　·特殊高效控制泵的研制 　　·雙泵的匹配技術(shù) 　　·負(fù)荷調(diào)節(jié) 　　·系統(tǒng)連鎖保護(hù) 　　·高可靠性的預(yù)設(shè)計(jì) 　　·主泵高效區(qū)的選擇把握 　　·轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)分步控制，負(fù)荷的加載分配及調(diào)節(jié) 　　·系統(tǒng)防振技術(shù) 　　5、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(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大功率、大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制(即信號(hào)放大功能)，使系統(tǒng)運(yùn)行在高效節(jié)能狀態(tài)，并形成一套完整的GCP 技術(shù)。 　　·為實(shí)現(xiàn)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(jī)械密封問(wèn)題 　　6、技術(shù)方案優(yōu)先原則 　　·滿(mǎn)足給水現(xiàn)場(chǎng)工藝需求，根據(jù)鍋爐給水的需要隨時(shí)可調(diào)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(dòng)化水平 　　7、GCP應(yīng)用范圍 　　GCP 適宜于新建電廠(chǎng)設(shè)計(jì)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(jí)離心給水泵，泵管壓差大，出口閥開(kāi)度小的系統(tǒng); 　　·需要對(duì)壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使壓力和流量穩(wěn)定的系統(tǒng); 　　·大馬拉小車(chē)(或小馬拉大車(chē))，并要求改善的泵系統(tǒng); 　　·需要改善惡劣環(huán)境，提高自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能采集，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的泵站; 　　·兩臺(tái)以上給水泵并聯(lián)運(yùn)行需要進(jìn)行平衡優(yōu)化的系統(tǒng); 　　8、典型應(yīng)用方案及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 　　吉林熱電廠(chǎng)采用GCP技術(shù)方案，改造前泵運(yùn)行參數(shù)：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(shù)據(jù)為使用方提供數(shù)據(jù));GCP 改造后初步參數(shù)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(yīng)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(yùn)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(jì)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(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了供水壓力和流量可調(diào)，使供水泵始終工作在高效區(qū)，且與鍋爐系統(tǒng)的適應(yīng)范圍變寬，因而較易實(shí)現(xiàn)兩者之間的動(dòng)態(tài)平衡。三臺(tái)鍋爐并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，提高兩臺(tái)控制泵的供水量，可以停及運(yùn)行一臺(tái)供水泵，此時(shí)的節(jié)能效果更大。