我国煤电机组综合升级改造步入“深水区”

——变频调速型液力偶合器电动给水泵“动刀”电厂“心脏”

今年2月中旬，国家能源局与财政部联合下发《关于开展燃煤电厂综合升级改造工作的通知》，被业内称为国能电力25号文件，其中明确提出，“实施在役煤电机组综合升级改造，是能源‘十二五’规划和电力‘十二五’规划提出的一项重要任务，对于提高能源资源利用效率，推进电力行业加快转变发展方式，建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义”，我国煤电机组升级改造渐入“深水区”，同时也意味着煤电机组将进一步“瘦身”。

“电动给水泵是燃煤机组中耗电量最大的重要辅机，其耗电量占电厂发电量比重最大，直接影响供电煤耗与能源消耗”，长春时代机电新技术有限公司（简称长春时代）董事长、教授级高级工程师、变频调速型液力偶合器电动给水泵专利发明人张文海表示。 
   “给水泵号称火电机组的‘心脏’，电机功率等级大，对变频器可靠性要求高，给水泵变频器改造项目既是电厂变频节能应用的技术制高点，又是节能降耗潜力很大的重要辅机，对于大型煤电机组综合升级改造项目推进具有积极作用”。东方日立（成都）电控设备有限公司（简称东方日立）董事长梁之龙补充道。
5月23日，国内首创燃煤机组变频调速型液力偶合器电动给水泵改造技术方案的两位“东家”接受了《电气周刊》专访。

给水泵节能“良方”

2011年9月，长春时代与东方日立再度联手，为大唐双鸭山热电有限公司1号20万千瓦汽轮发电机组，1、2号电动给水泵进行了变频调速型液力偶合器电动给水泵工程改造，项目于9月18日开工，10月7日正式投运，工程周期较传统改造方案缩短一个月，项目方案不改变系统原有连接方式，保留原有液力偶合器功能,以很小的“工程量”给煤电机组“心脏”动了“手术”。

张文海透露：“将液力偶合器改造成泵轮调速和容积调速切换使用的多功能液力偶合器，解决了电动给水泵变频和工频切换运行问题，实现了变频调速型液力偶合器电动给水泵的改造，结束了液力偶合器不能变频调速的历史”。

根据用户监测统计数据分析，改造后相同负荷下，给水泵电动机负荷电流平均下降107安，在年平均负荷率76%的运行工况下，给水泵变频调速运行，年可节电5304063千瓦时，节电率为21%，降低发电厂用电率0.5个百分点。相当于增加同等千瓦时上网电量，每年增加产值202万，折合标准煤1664吨。
今年1月12日，大唐集团公司对该项目应用成果进行了科技鉴定，给出了“该项目整体达到国内领先水平，具有较好的推广价值，适用于安装了液力耦合器电动给水泵组的20万千瓦等级机组，通过继续深入研究，可以逐步在30万千瓦、60万千瓦等级机组上试点”的评价。

“长春时代与东方日立应用多项专利技术，首创燃煤机组变频调速型液力偶合器电动给水泵改造技术方案，突破了电厂‘心脏’部位应用变频技术实现节能降耗的‘瓶颈’，为煤电机组综合升级改造提供了最佳方案和优化节能技术，取得了集成创新技术、高效节能设备应用推广的示范效应”梁之龙表示。

煤电机组“困局”

事实上，由于全国电力消费增速放缓和火电连年亏损，电力结构调整加速，电力装机结构出现新特点，清洁能源比重上升，火电装机比重逐渐降低。目前，全国煤电装机约7亿千瓦，消耗煤炭占全社会消费总量的一半。随着国家“节能减排”的逐步深入，近年来，通过“上大压小”、技术进步和加强管理等措施，全国平均供电煤耗较“十一五”初期下降了10%。但另一方面，部分煤电机组仍存在技术粗放、管理不善、能耗偏高等问题。

然而，从我国能源布局的国情来看，在未来很长的一段时间内，我国电力结构依旧会以火电为主，这就对煤电机组综合升级改造提出了更高的要求。
张文海提供了一组数据：“电动给水泵是煤电机组中耗电量最大的重要辅机，其耗电量是最大的。20万千瓦煤电机组给水泵耗电量占发电量的2.5%，占发电厂用电率的近33%；30万千瓦煤电机组的比例分别为3.1%、近37%；60万千瓦煤电机组为3.27%、近42%；100万千瓦煤电机组为3.5%、近45%。”
不难看出煤电机组电动给水泵急需升级改造。如果保守的按平均节电率20%来计算，变频调速型液力偶合器电动给水泵改造后带来的经济效益与社会效益难以估量。

电动给水泵是通过调速型液力偶合器传动的，虽说液力偶合器调速的给水泵与节流调节方式相比，已经先进了很多，但与变频调速给水泵相比，却依旧是高耗能的。长期以来，传统液力偶合器调速的电动给水泵都不能直接实现变频调速，如何对调速型液力偶合器进行改造，以适应变频调速节能改造的需要就成了亟待突破的技术“瓶颈”。

突破技术“瓶颈”

目前国内外调速型液力偶合器调节方式主要有进口调节式、出口调节式、进出口调节式三种，同属于容积调速法，即在液力偶合器泵轮转速和负载特性都不变的条件下，改变偶合器的充液量，从而达到调节偶合器输出功率和转速的目的；而容积调速方式的液力偶合器是不能进行变频调速的，必须通过泵轮（变频）调速法将其改造成同时具有泵轮调速功能的液力偶合器。所谓泵轮调速是在偶合器工作油腔内工作液体和负载特性不变的条件下，改变偶合器泵轮转速，也就改变了偶合器的输入、输出特性，从而达到调节偶合器输出功率和转速的目的，这就是泵轮调速法。

“前者容积调速的最大弊端是传递效率等于转速比且随转速比变化而变化，其最高效率点为额定工况点，偏离额定工况，效率随转速比降低而降低，而变频调速型液力偶合器解决了这一问题”，张文海说，“把具有泵轮调速功能的液力偶合器和变频调速电动机有机结合，就是变频调速型液力偶合器。其最大特点就是人为的保持偶合器工作油腔最佳充液量，整个调速过程中保持偶合器最高效率不变。能够有效解决偶合器容积调速低转速比运行的高耗能问题，与之相比可以节电20%（75%负荷率以下）”。

“应该说，变频调速型液力偶合器改变了迄今为止国内外调速型液力偶合器只能工频运行容积调速的单一调速功能。增加了液力偶合器变频运行泵轮调速功能，解决了保持液力偶合器最高效率变频调速的科技课题，达到了应用变频调速技术节能降耗的目的”。
更重要的是，同一台液力偶合器中，泵轮调速和容积调速可以切换应用，方便灵活、安全可靠。改变了以往容积调速方式的液力偶合器和变频器相互排斥的“顽疾”。

变频调速“新纪元”

与变频调速型液力偶合器所蕴藏的巨大经济效益相比，梁之龙更看好其安全可靠的优势：“极大地降低了液力偶合器油系统运行温度，解决了大功率电动给水泵启动冲击大，影响厂用电系统稳定的问题；每台泵都可由变频运行切换到工频运行，变频运行泵故障跳闸，工频备用泵会连锁启动”。
“与以往‘更换增速齿轮箱’和‘改造成增速齿轮箱’的方式不同，变频调速型液力偶合器电动给水泵不用拆除原液力偶合器，极大地节约了成本；不改变系统原有连接方式，保留原有液力偶合器功能”，梁之龙解释说，“变频调速型液力偶合器电动给水泵为煤电机组电动给水泵综合升级改造提供了集成创新最佳方案，处于国内外领先水平，已具备应用于现役以及新建30万千瓦、60万千瓦、100万千瓦煤电机组电动给水泵综合升级改造的能力”。

他列举了一个典型案例：“2010年3月，东方日立依靠20万千瓦、 30万千瓦、 60万千瓦、100万千瓦煤电机组引风机变频改造项目积累的技术和工程应用经验，在福建湄洲湾电厂完成国内首例30万千瓦火电机组大功率给水泵变频节能改造项目，投运后一直保持平稳运行，节电率达到30%，今年5月，湄洲湾电厂给水泵改造2期工程再次选用东方日立高压变频器，四台给水泵变频改造完成后年节煤量可达19414标煤吨”。

正如张文海所说：“这一创新发明，把变频器和液力偶合器在工程应用中相互排斥的关系，变为结合应用的全新关系，开创了变频调速型液力偶合器电动给水泵工程应用的新纪元”。

“变频调速型液力偶合器电动给水泵作为煤电机组综合升级改造领域的一项自主知识产权，希望社会各界给与关注的同时，也切实给予更多的支持和保护”，梁之龙最后呼吁说。

变频调速技术是当今应用最广泛、最先进的调速技术，调速范围可达到0～100%，调速精度可达±0.5%，最大节电率可达到30%～70%。随着“十二五”国民经济发展规划与节能减排规划的进一步深入，变频器的“节能利器”作用将越来越显著，从电力行业来看，变频调速型液力耦合器电动给水泵技术也将在20万千瓦、 30万千瓦、 60万千瓦、100万千瓦煤电机组综合升级改造中发挥不可替代的作用。