一、概況
福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司兩臺600MW 超臨界機組，配有沈陽水泵廠生產(chǎn)的100%容量10LDTNA-6PC 型凝結(jié)水泵四臺，其設(shè)計性能參數(shù)如下：
型號：10LDTNA-6PC 設(shè)計流量：Q= 1617m3/h
設(shè)計揚程:H=393m 轉(zhuǎn)速：n＝1480r/min
設(shè)計效率η＝84％
泵共6 級，首級葉輪為雙吸形式，導流器為螺旋形雙流道導流殼，5 個次級葉輪為單吸同向排列的斜流泵結(jié)構(gòu)。配用2000kW 電機。
二、現(xiàn)場工況及存在的問題
福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司一期投產(chǎn)的兩臺超臨界600MW 機組，由于凝結(jié)水泵設(shè)計揚程余量較大，調(diào)整門節(jié)流調(diào)節(jié)時壓降大，額定負荷時調(diào)整門節(jié)流揚程占整個泵揚程的36.06％，低負荷時節(jié)流更加嚴重，為此進行了變頻改造，安裝了一臺變頻器，正常時一臺泵變頻運行，另一臺泵工頻備用。為探討定速凝泵如何進行節(jié)能改造，改變頻后凝泵是否還需進行節(jié)能優(yōu)化以進一步降低凝泵耗電率，福建大唐國際寧德發(fā)電有限責任公司與科研單位合作在國內(nèi)首次共同對10LDTNA-6PC 型凝泵進行節(jié)能優(yōu)化改進研究，以進一步挖掘節(jié)能潛力。為了科學的制定改進方案，首先對凝結(jié)水泵及其系統(tǒng)進行了全面的節(jié)能優(yōu)化診斷測試。
其測試項目如下: 3A 凝泵工頻運行工況下的性能測試；機組額定負荷時凝結(jié)泵管道阻力測試；系統(tǒng)綜合參數(shù)測試；3A 凝泵改前變頻運行工況下性能測試。診斷測試結(jié)果見附表。
通過節(jié)能優(yōu)化診斷測試的結(jié)果分析可見，凝結(jié)水泵及系統(tǒng)存在著下列問題：
（1）配套性差，在工頻運行工況下，凝結(jié)泵調(diào)整門節(jié)流壓降過大，在額定負荷工況下調(diào)整門節(jié)流揚程△H 占整個泵的揚程H 比重為36.06%，節(jié)流損失很大；
（2）泵效率較低，最高只有77.79%，且性能與設(shè)計值81%相差較大；
（3）改變頻后低轉(zhuǎn)速運行時凝結(jié)泵振動大,穩(wěn)定性差；
（4）制造工藝較差，有鑄造缺陷，蓋板內(nèi)側(cè)有蜂窩麻點，流道光潔度差,且對稱性差。
三、HARSVERT-A型高壓變頻器原理及特點
HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓撲結(jié)構(gòu)（簡稱CSML），由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠，精確的故障報警保護，具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障。6kV變頻器共使用42對1200V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅(qū)動功率較低，驅(qū)動電路非常簡單，開關(guān)頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時功率單元采用電容濾波結(jié)構(gòu)，總體技術(shù)成熟可靠。變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運行，變頻器的6kV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內(nèi)不停機，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機的需要。
四、節(jié)能優(yōu)化改造的主要技術(shù)措施
（1）提高配套性，優(yōu)選確定改后最佳設(shè)計參數(shù)：
凝結(jié)泵的容量選擇原則只考慮設(shè)備老化、性能下降以及正常的管道系統(tǒng)的泄漏，對于特殊情況只能靠備用泵來解決，這樣才能避免出現(xiàn)為解決極特殊情況下的問題，而犧牲長年的效益，才能避免設(shè)計裕量大、經(jīng)濟性差的問題，才能達到最佳節(jié)能效果。根據(jù)診斷測試和以上原則，機組額定負荷時的凝結(jié)水量為1487 t/h,再按7%的裕量計算選定最佳設(shè)計流量為1591 t/h=1600 m3/h。再根據(jù)流量Q=1600 m3/h 時通過試驗計算得出管道阻力為84.3 m,幾何揚程Ho 為145.3m,保留調(diào)整門節(jié)流40m,即總揚程為H=84.3+145.3+40=269.6m,按此推算,確定改后最佳設(shè)計參數(shù)為Q=1600 m3/h,H≥270m,η＞81%。
（2）減少調(diào)整門的節(jié)流壓降，削減揚程。采用空裝和假套替代的辦法將第四級葉輪拆除，保留的4 個次級葉輪外徑車削2.67%。
（3）對泵進行通流部分改進。除了彌補拆除和切削葉輪造成的泵效率下降外，還需進一步提高泵效率，必須對泵進行通流部分改進，即采用模型優(yōu)化試驗和專利技術(shù)對葉輪關(guān)鍵局部型線進行改進，提高泵的效率和汽蝕性能。根據(jù)實踐經(jīng)驗和高效泵的設(shè)計原則,水泵效率的高低,主要取決于葉輪出口與導葉入口的匹配和葉輪入口流動性的好壞,因此,該泵通流部分改進的核心是改變?nèi)~輪葉片與導葉葉片進出口關(guān)鍵型線,以及導葉喉口的面積。這樣不但可改善葉輪進出口流動性，明顯提高泵的效率和汽蝕性能，使高效區(qū)略向大流量推移，而且可使葉輪內(nèi)的液流均勻?qū)ΨQ，消除水力原因引起的振動,提高泵的穩(wěn)定性。
（4）提高檢修裝配工藝，消除低轉(zhuǎn)速下的振動。每個葉輪做靜平衡、高速動平衡試驗和探傷檢查；嚴格按標準工藝要求進行組裝，并保證合理的密封間隙。
五、凝結(jié)水泵改造實施過程
（1）寧德發(fā)電公司首先完成了凝泵的變頻改造，節(jié)能效果非常顯著。
（2）凝泵完成變頻改造后，由于制造及裝配質(zhì)量問題凝泵低轉(zhuǎn)速運行振動大，根據(jù)泵組振動情況將變頻器最低運行轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000r/min，在機組降負荷至350MW 后隨著凝結(jié)水量減少，仍需通過除氧器上水調(diào)整門進行節(jié)流調(diào)節(jié)，變頻效果不能得到充分發(fā)揮。
（3）為深入挖潛，實現(xiàn)節(jié)能改造效果的最大化，利用機組停備機會對3A 凝泵進行了取消一級葉輪等通流改造，凝泵經(jīng)通流改造后在工頻工況下運行時耗電率下降340～490KW。改造后的3A 凝泵變頻運行在低轉(zhuǎn)速時泵組振動情況明顯改善，降變頻器最低運行轉(zhuǎn)速設(shè)置為850r/min，在40％負荷以上全部通過改變電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，實現(xiàn)了正常負荷調(diào)整時全程變頻調(diào)節(jié)運行。
（4）經(jīng)過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)變頻和通流改造后運行時除氧器水位調(diào)節(jié)站前后仍有0.07～0.12MPa 的節(jié)流，為此對除氧器水位調(diào)節(jié)站旁路電動門進行改造，在保證特殊情況旁路電動門能快速關(guān)閉不影響機組安全的前提下，將原關(guān)閉時間為 2 分多鐘的電動頭更換為關(guān)閉時間小于 1 分鐘的電動頭，旁路門實現(xiàn)機組運行中全開運行，減少調(diào)節(jié)站節(jié)流損失。此項改進取得了平均每小時節(jié)電40～50 kwh 的效果。
通過以上綜合改造，75％負荷率時凝泵耗電率由改前0.42％下降至目前0.17％的先進水平。
