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摘要 针对300MW级机组工程，对凝结水泵的选型在技术、节电各方面进行分析对比，为凝结水泵的选择提供依据。
关键词 凝结水泵 控制方式 内馈调速 变频调速
中图分类号：TM621
引言
现在常规300MW级火电厂中，凝结水系统的主流程是从排汽联合装置下部凝结水箱引出经凝结水泵、凝结水精处理装置、汽机轴封加热器、三台低压加热器送至除氧器。凝结水系统中的重要设备—凝结水泵的选择对整个机组运行情况有非常重要的作用。特别是对于北方有采暖期和非采暖期区别的电厂来说，采用合适的凝结水泵配置，可以降低电厂厂用电，节约能耗。
对300MW级空冷供热机组配置的凝结水泵，在采暖期和非采暖期，其凝结水量差别很大，按照DL 5000-2011《火力发电厂设计技术规程》，每台凝汽式机组宜装设2台容量为最大凝结水量的110%；采暖抽汽式机组，可装设3台容量为最大凝结水量的55%。但是在实际的运行中，仍然存在凝结水泵实际运行时偏离经济运行工况的现象，机组带部分负荷时偏离更远，电动机浪费电能多。因为机组在低负荷运行时，凝结水泵的扬程高，凝结水系统阻力小，凝结水调节阀承受的压降大，电能损耗更多。要解决此问题，可以采用调速凝结水泵。
正文
在电厂中，凝结水泵实际运行偏离经济运行工况的主要原因有：
1）按规定选取的凝结水泵容量比机组的最大凝结水量大10%。此流量裕量主要考虑除氧器水位调节需要、凝结水泵老化裕量虽无具体数据，估计与给水泵4%～5%的老化裕量相当，老化裕量仅为凝结水泵而设，在凝结水系统中并不出现凝结水泵老化裕量对应的流量；
2）按规定所选凝结水泵的扬程有裕量。例如：从排汽联合装置下部凝结水箱到除氧器入口（包括喷雾头）的介质流动阻力按最大凝结水量计算后再加10%～20%的裕量偏大，由于在凝结水系统不出现凝结水泵老化裕量对应的流量，确定凝结水泵扬程时取10%的介质流动阻力裕量足矣；除氧器的计算压力在最大工作压力的基础上加15%的裕量偏大，因为给水箱有一定的贮水量，当除氧器短期出现某种不可预见的高压时，可通过调节凝结水流量使凝结水系统阻力与凝结水泵扬程达到平衡；
3）制造厂提供的低压加热器和汽机轴封加热器的阻力一般为不大于某值，这些数值大于实际运行值；
4）为了使除氧器真正成为一级回热加热器，大容量机组均采用滑压式除氧器，除氧器的工作压力高达最大工作压力的时间非常少；
5）化学精处理装置，一般运行阻力在0.25MPa以下，但在树脂破碎等情况下可达到0.4～0.45MPa，所以凝结水泵选取时，一般取0.45MPa。
6）为了使调节阀有一定的可调比，调节阀的压降分配比（占凝结水系统总压降的比例）一般在0.15 ～0.25之间。这样，按最大凝结水量计算的凝结水系统总压降（此压降不包括凝结水调节阀的压降、除氧器与排汽联合装置下部凝结水箱的压力差及水位差的折合压差）的？0.43～1.4倍是凝结水调节阀选型时必须考虑的压降。实际上如机组经常带部分负荷运行，此时凝结水流量减少，凝结水泵扬程升高，凝结水系统阻力变小，便凝结水调节阀承受的压降将更大。
总之，凝结水泵不运行在经济工况点，实际泵的运行效率比较低，电能损耗多。只有采用调速凝结水泵，才能解决此问题。
目前经常采用的调速方式有：液力偶合器、变频调速、内馈调速。300MW级机组中均采用立式凝结水泵，无法像卧式布置的电动调速给水泵那样，用液力偶合器调节转速，因而本文不再论述液力偶合器。
调速节能，就是通过改变电动机的转速，其输出流量或压力时，管路特性不发生变化，不会像节流法那样，调节时将增大阻力，因此调速法较比节流法具有显著的节能特性。
内馈调速和变频调速同属于电磁功率控制原理，两者的调速效率、机械特性等主要性能是一致的。所区别的是控制对象不同，内馈调速控制的是异步机的转子，而变频调速控制的是异步机的定子。在高压应用时，由于内馈调速没有附加的变压器，因此比变频调速具有更高的调速效率，同时可靠性高，价格低廉，是高压大功率水泵重点选择的新技术，但目前应用于火电厂设备上的业绩较少。但在城市供热系统中应用较多，是可靠的。
高压变频调速技术在火电厂设备的应用则非常多，但价格较贵。
以下为内馈调速与变频调速对比：
内馈调速与变频调速技术性能对比
内馈调速与变频调速的经济性能对比
综合上述分析， 凝结水泵采用内馈调速方式更经济。
就节电方面来说，下表为已运行的300MW机组，凝结水泵为定速和加设变频各工况实际测试运行数据。
300MW机组凝结水泵调速计算部分数据表
从上表分析知：
1）机组带同负荷时，即凝结水流量相同时，调速凝结水泵效率比定速凝结水泵高。机组降负荷运行时，定速凝结水泵效率下降幅度较大，调速凝结水泵的泵效率下降幅度较小，调速凝结水泵基本上在高效率区运行；
2）机组带同负荷时，调速凝结水泵的扬程（或压升）比定速凝结水泵低。机组降负荷运行时，定速凝结水泵的扬程（或压升）不降反升，调速凝结水泵的扬程（或升压）下降幅度较大；
3）机组带同负荷时，调速凝结水泵的电功率比定速凝结水泵低。机组所带负荷越低，调速凝结水泵比定速凝结水泵越节电；
4）300MW机组在TMCR工况下，凝结水泵调速后，凝结水精处理装置不投运时凝结水泵的电功率比投运且运行压降达0.35MPa时的电功率约低100Kw/h；
5）凝结水泵的转速低，动静磨损小，首级叶轮不易发生汽蚀，可靠性高，寿命延长；
6）机组低负荷运行时，电功率小，电流也小，可以预料凝结水泵启动时间电动机的启动电流将更小，对电动机和厂用电系统冲击小，可实现凝结水泵电动机的软启动。
对凝结水泵的容量，根据《大火规》规定，每台凝汽式机组宜装设2台容量为最大凝结水量的110%；采暖抽汽式机组，可装设3台容量为最大凝结水量的55%；
330MW空冷机组，给水泵为汽泵的各工况凝结水量如下表
单位
THA
T-MCR
TRL
VWO
额定供热
最大供热
各工况凝结水量
t/h
833.5
889
914.8
913.1
321
273
根据以上凝结水量，考虑水泵流量系数，选取凝结水泵出力为：
按2×110%： 则为1010t/h
按3×55%： 则为510t/h
根据以上计算，按2×110%选取，在冬季供热时，凝结水量300t/h左右，而凝结水泵出力1010t/h，偏离泵的设计流量较多，所以，本工程应按55%选取凝结水泵，供热时一台运行，不供热和低负荷时两台运行。
虽然 按55%选取凝结水泵，但在冬季供热时（和机组低负荷时），凝结水量300t/h左右，而选取的凝结水泵出力510t/h，偏离泵的设计流量仍较多，故仍应考虑变频调速，以达到节能目的。
对凝结水泵的备用泵选择，一般为设置一台备用泵。
结论
从以上分析，在300MW机组凝结水系统中，凝结水泵由定速改为调速后可节电，并且机组负荷越低节电越多。对于300MW调峰或部分调峰的机组，调速凝结水泵节电所节省的一次能源更多，是经济合理的调速方式。
内馈调速比变频调速具有更高的调速效率，同时可靠性高，价格低。所以，300MW，不供热机组，推荐采用2×110%容量的内馈调速凝结水泵；而采暖供气式供热机组由于昼夜供热差异大，季节性差异较大，推荐可采用3x55%容量的内馈调速凝结水泵，不同的工程考虑不同的凝结水泵选型方式。
参考文献
[1] 中国电力建设工程咨询公司 火力发电厂设计技术规程 DL 5000-2011 中国电力出版社 2000
关键词 凝结水泵 控制方式 内馈调速 变频调速
中图分类号：TM621
引言
现在常规300MW级火电厂中，凝结水系统的主流程是从排汽联合装置下部凝结水箱引出经凝结水泵、凝结水精处理装置、汽机轴封加热器、三台低压加热器送至除氧器。凝结水系统中的重要设备—凝结水泵的选择对整个机组运行情况有非常重要的作用。特别是对于北方有采暖期和非采暖期区别的电厂来说，采用合适的凝结水泵配置，可以降低电厂厂用电，节约能耗。
对300MW级空冷供热机组配置的凝结水泵，在采暖期和非采暖期，其凝结水量差别很大，按照DL 5000-2011《火力发电厂设计技术规程》，每台凝汽式机组宜装设2台容量为最大凝结水量的110%；采暖抽汽式机组，可装设3台容量为最大凝结水量的55%。但是在实际的运行中，仍然存在凝结水泵实际运行时偏离经济运行工况的现象，机组带部分负荷时偏离更远，电动机浪费电能多。因为机组在低负荷运行时，凝结水泵的扬程高，凝结水系统阻力小，凝结水调节阀承受的压降大，电能损耗更多。要解决此问题，可以采用调速凝结水泵。
正文
在电厂中，凝结水泵实际运行偏离经济运行工况的主要原因有：
1）按规定选取的凝结水泵容量比机组的最大凝结水量大10%。此流量裕量主要考虑除氧器水位调节需要、凝结水泵老化裕量虽无具体数据，估计与给水泵4%～5%的老化裕量相当，老化裕量仅为凝结水泵而设，在凝结水系统中并不出现凝结水泵老化裕量对应的流量；
2）按规定所选凝结水泵的扬程有裕量。例如：从排汽联合装置下部凝结水箱到除氧器入口（包括喷雾头）的介质流动阻力按最大凝结水量计算后再加10%～20%的裕量偏大，由于在凝结水系统不出现凝结水泵老化裕量对应的流量，确定凝结水泵扬程时取10%的介质流动阻力裕量足矣；除氧器的计算压力在最大工作压力的基础上加15%的裕量偏大，因为给水箱有一定的贮水量，当除氧器短期出现某种不可预见的高压时，可通过调节凝结水流量使凝结水系统阻力与凝结水泵扬程达到平衡；
3）制造厂提供的低压加热器和汽机轴封加热器的阻力一般为不大于某值，这些数值大于实际运行值；
4）为了使除氧器真正成为一级回热加热器，大容量机组均采用滑压式除氧器，除氧器的工作压力高达最大工作压力的时间非常少；
5）化学精处理装置，一般运行阻力在0.25MPa以下，但在树脂破碎等情况下可达到0.4～0.45MPa，所以凝结水泵选取时，一般取0.45MPa。
6）为了使调节阀有一定的可调比，调节阀的压降分配比（占凝结水系统总压降的比例）一般在0.15 ～0.25之间。这样，按最大凝结水量计算的凝结水系统总压降（此压降不包括凝结水调节阀的压降、除氧器与排汽联合装置下部凝结水箱的压力差及水位差的折合压差）的？0.43～1.4倍是凝结水调节阀选型时必须考虑的压降。实际上如机组经常带部分负荷运行，此时凝结水流量减少，凝结水泵扬程升高，凝结水系统阻力变小，便凝结水调节阀承受的压降将更大。
总之，凝结水泵不运行在经济工况点，实际泵的运行效率比较低，电能损耗多。只有采用调速凝结水泵，才能解决此问题。
目前经常采用的调速方式有：液力偶合器、变频调速、内馈调速。300MW级机组中均采用立式凝结水泵，无法像卧式布置的电动调速给水泵那样，用液力偶合器调节转速，因而本文不再论述液力偶合器。
调速节能，就是通过改变电动机的转速，其输出流量或压力时，管路特性不发生变化，不会像节流法那样，调节时将增大阻力，因此调速法较比节流法具有显著的节能特性。
内馈调速和变频调速同属于电磁功率控制原理，两者的调速效率、机械特性等主要性能是一致的。所区别的是控制对象不同，内馈调速控制的是异步机的转子，而变频调速控制的是异步机的定子。在高压应用时，由于内馈调速没有附加的变压器，因此比变频调速具有更高的调速效率，同时可靠性高，价格低廉，是高压大功率水泵重点选择的新技术，但目前应用于火电厂设备上的业绩较少。但在城市供热系统中应用较多，是可靠的。
高压变频调速技术在火电厂设备的应用则非常多，但价格较贵。
以下为内馈调速与变频调速对比：
内馈调速与变频调速技术性能对比
内馈调速与变频调速的经济性能对比
综合上述分析， 凝结水泵采用内馈调速方式更经济。
就节电方面来说，下表为已运行的300MW机组，凝结水泵为定速和加设变频各工况实际测试运行数据。
300MW机组凝结水泵调速计算部分数据表
从上表分析知：
1）机组带同负荷时，即凝结水流量相同时，调速凝结水泵效率比定速凝结水泵高。机组降负荷运行时，定速凝结水泵效率下降幅度较大，调速凝结水泵的泵效率下降幅度较小，调速凝结水泵基本上在高效率区运行；
2）机组带同负荷时，调速凝结水泵的扬程（或压升）比定速凝结水泵低。机组降负荷运行时，定速凝结水泵的扬程（或压升）不降反升，调速凝结水泵的扬程（或升压）下降幅度较大；
3）机组带同负荷时，调速凝结水泵的电功率比定速凝结水泵低。机组所带负荷越低，调速凝结水泵比定速凝结水泵越节电；
4）300MW机组在TMCR工况下，凝结水泵调速后，凝结水精处理装置不投运时凝结水泵的电功率比投运且运行压降达0.35MPa时的电功率约低100Kw/h；
5）凝结水泵的转速低，动静磨损小，首级叶轮不易发生汽蚀，可靠性高，寿命延长；
6）机组低负荷运行时，电功率小，电流也小，可以预料凝结水泵启动时间电动机的启动电流将更小，对电动机和厂用电系统冲击小，可实现凝结水泵电动机的软启动。
对凝结水泵的容量，根据《大火规》规定，每台凝汽式机组宜装设2台容量为最大凝结水量的110%；采暖抽汽式机组，可装设3台容量为最大凝结水量的55%；
330MW空冷机组，给水泵为汽泵的各工况凝结水量如下表
单位
THA
T-MCR
TRL
VWO
额定供热
最大供热
各工况凝结水量
t/h
833.5
889
914.8
913.1
321
273
根据以上凝结水量，考虑水泵流量系数，选取凝结水泵出力为：
按2×110%： 则为1010t/h
按3×55%： 则为510t/h
根据以上计算，按2×110%选取，在冬季供热时，凝结水量300t/h左右，而凝结水泵出力1010t/h，偏离泵的设计流量较多，所以，本工程应按55%选取凝结水泵，供热时一台运行，不供热和低负荷时两台运行。
虽然 按55%选取凝结水泵，但在冬季供热时（和机组低负荷时），凝结水量300t/h左右，而选取的凝结水泵出力510t/h，偏离泵的设计流量仍较多，故仍应考虑变频调速，以达到节能目的。
对凝结水泵的备用泵选择，一般为设置一台备用泵。
结论
从以上分析，在300MW机组凝结水系统中，凝结水泵由定速改为调速后可节电，并且机组负荷越低节电越多。对于300MW调峰或部分调峰的机组，调速凝结水泵节电所节省的一次能源更多，是经济合理的调速方式。
内馈调速比变频调速具有更高的调速效率，同时可靠性高，价格低。所以，300MW，不供热机组，推荐采用2×110%容量的内馈调速凝结水泵；而采暖供气式供热机组由于昼夜供热差异大，季节性差异较大，推荐可采用3x55%容量的内馈调速凝结水泵，不同的工程考虑不同的凝结水泵选型方式。
参考文献
[1] 中国电力建设工程咨询公司 火力发电厂设计技术规程 DL 5000-2011 中国电力出版社 2000