今年2月中旬，國家能源局與財政部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展燃煤電廠綜合升級改造工作的通知》，被業(yè)內(nèi)稱為國能電力25號文件，其中明確提出，“實施在役煤電機組綜合升級改造，是能源‘十二五’規(guī)劃和電力‘十二五’規(guī)劃提出的一項重要任務(wù)，對于提高能源資源利用效率，推進電力行業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義”，我國煤電機組升級改造漸入“深水區(qū)”，同時也意味著煤電機組將進一步“瘦身”。
“電動給水泵是燃煤機組中耗電量最大的重要輔機，其耗電量占電廠發(fā)電量比重最大，直接影響供電煤耗與能源消耗”，長春時代機電新技術(shù)有限公司（簡稱長春時代）董事長、教授級高級工程師、變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵專利發(fā)明人張文海表示。
“給水泵號稱火電機組的‘心臟’，電機功率等級大，對變頻器可靠性要求高，給水泵變頻器改造項目既是電廠變頻節(jié)能應(yīng)用的技術(shù)制高點，又是節(jié)能降耗潛力很大的重要輔機，對于大型煤電機組綜合升級改造項目推進具有積極作用”。東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司（簡稱東方日立）董事長梁之龍補充道。
5月23日，國內(nèi)首創(chuàng)燃煤機組變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵改造技術(shù)方案的兩位“東家”接受了媒體專訪。
給水泵節(jié)能“良方”
2011年9月，長春時代與東方日立再度聯(lián)手，為大唐雙鴨山熱電有限公司1號20萬千瓦汽輪發(fā)電機組，1、2號電動給水泵進行了變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵工程改造，項目于9月18日開工，10月7日正式投運，工程周期較傳統(tǒng)改造方案縮短一個月，項目方案不改變系統(tǒng)原有連接方式，保留原有液力偶合器功能,以很小的“工程量”給煤電機組“心臟”動了“手術(shù)”。
張文海透露：“將液力偶合器改造成泵輪調(diào)速和容積調(diào)速切換使用的多功能液力偶合器，解決了電動給水泵變頻和工頻切換運行問題，實現(xiàn)了變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵的改造，結(jié)束了液力偶合器不能變頻調(diào)速的歷史”。
根據(jù)用戶監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，改造后相同負荷下，給水泵電動機負荷電流平均下降107安，在年平均負荷率76%的運行工況下，給水泵變頻調(diào)速運行，年可節(jié)電5304063千瓦時，節(jié)電率為21%，降低發(fā)電廠用電率0.5個百分點。相當(dāng)于增加同等千瓦時上網(wǎng)電量，每年增加產(chǎn)值202萬，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1664噸。
今年1月12日，大唐集團公司對該項目應(yīng)用成果進行了科技鑒定，給出了“該項目整體達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有較好的推廣價值，適用于安裝了液力耦合器電動給水泵組的20萬千瓦等級機組，通過繼續(xù)深入研究，可以逐步在30萬千瓦、60萬千瓦等級機組上試點”的評價。
“長春時代與東方日立應(yīng)用多項專利技術(shù)，首創(chuàng)燃煤機組變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵改造技術(shù)方案，突破了電廠‘心臟’部位應(yīng)用變頻技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗的‘瓶頸’，為煤電機組綜合升級改造提供了最佳方案和優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，取得了集成創(chuàng)新技術(shù)、高效節(jié)能設(shè)備應(yīng)用推廣的示范效應(yīng)”梁之龍表示。
煤電機組“困局”
事實上，由于全國電力消費增速放緩和火電連年虧損，電力結(jié)構(gòu)調(diào)整加速，電力裝機結(jié)構(gòu)出現(xiàn)新特點，清潔能源比重上升，火電裝機比重逐漸降低。目前，全國煤電裝機約7億千瓦，消耗煤炭占全社會消費總量的一半。隨著國家“節(jié)能減排”的逐步深入，近年來，通過“上大壓小”、技術(shù)進步和加強管理等措施，全國平均供電煤耗較“十一五”初期下降了10%。但另一方面，部分煤電機組仍存在技術(shù)粗放、管理不善、能耗偏高等問題。
然而，從我國能源布局的國情來看，在未來很長的一段時間內(nèi)，我國電力結(jié)構(gòu)依舊會以火電為主，這就對煤電機組綜合升級改造提出了更高的要求。
張文海提供了一組數(shù)據(jù)：“電動給水泵是煤電機組中耗電量最大的重要輔機，其耗電量是最大的。20萬千瓦煤電機組給水泵耗電量占發(fā)電量的2.5%，占發(fā)電廠用電率的近33%；30萬千瓦煤電機組的比例分別為3.1%、近37%；60萬千瓦煤電機組為3.27%、近42%；100萬千瓦煤電機組為3.5%、近45%。”
不難看出煤電機組電動給水泵急需升級改造。如果保守的按平均節(jié)電率20%來計算，變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵改造后帶來的經(jīng)濟效益與社會效益難以估量。
電動給水泵是通過調(diào)速型液力偶合器傳動的，雖說液力偶合器調(diào)速的給水泵與節(jié)流調(diào)節(jié)方式相比，已經(jīng)先進了很多，但與變頻調(diào)速給水泵相比，卻依舊是高耗能的。長期以來，傳統(tǒng)液力偶合器調(diào)速的電動給水泵都不能直接實現(xiàn)變頻調(diào)速，如何對調(diào)速型液力偶合器進行改造，以適應(yīng)變頻調(diào)速節(jié)能改造的需要就成了亟待突破的技術(shù)“瓶頸”。
突破技術(shù)“瓶頸”
目前國內(nèi)外調(diào)速型液力偶合器調(diào)節(jié)方式主要有進口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式、進出口調(diào)節(jié)式三種，同屬于容積調(diào)速法，即在液力偶合器泵輪轉(zhuǎn)速和負載特性都不變的條件下，改變偶合器的充液量，從而達到調(diào)節(jié)偶合器輸出功率和轉(zhuǎn)速的目的；而容積調(diào)速方式的液力偶合器是不能進行變頻調(diào)速的，必須通過泵輪（變頻）調(diào)速法將其改造成同時具有泵輪調(diào)速功能的液力偶合器。所謂泵輪調(diào)速是在偶合器工作油腔內(nèi)工作液體和負載特性不變的條件下，改變偶合器泵輪轉(zhuǎn)速，也就改變了偶合器的輸入、輸出特性，從而達到調(diào)節(jié)偶合器輸出功率和轉(zhuǎn)速的目的，這就是泵輪調(diào)速法。
“前者容積調(diào)速的最大弊端是傳遞效率等于轉(zhuǎn)速比且隨轉(zhuǎn)速比變化而變化，其最高效率點為額定工況點，偏離額定工況，效率隨轉(zhuǎn)速比降低而降低，而變頻調(diào)速型液力偶合器解決了這一問題”，張文海說，“把具有泵輪調(diào)速功能的液力偶合器和變頻調(diào)速電動機有機結(jié)合，就是變頻調(diào)速型液力偶合器。其最大特點就是人為的保持偶合器工作油腔最佳充液量，整個調(diào)速過程中保持偶合器最高效率不變。能夠有效解決偶合器容積調(diào)速低轉(zhuǎn)速比運行的高耗能問題，與之相比可以節(jié)電20%（75%負荷率以下）”。
“應(yīng)該說，變頻調(diào)速型液力偶合器改變了迄今為止國內(nèi)外調(diào)速型液力偶合器只能工頻運行容積調(diào)速的單一調(diào)速功能。增加了液力偶合器變頻運行泵輪調(diào)速功能，解決了保持液力偶合器最高效率變頻調(diào)速的科技課題，達到了應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能降耗的目的”。
更重要的是，同一臺液力偶合器中，泵輪調(diào)速和容積調(diào)速可以切換應(yīng)用，方便靈活、安全可靠。改變了以往容積調(diào)速方式的液力偶合器和變頻器相互排斥的“頑疾”。
變頻調(diào)速“新紀(jì)元”
與變頻調(diào)速型液力偶合器所蘊藏的巨大經(jīng)濟效益相比，梁之龍更看好其安全可靠的優(yōu)勢：“極大地降低了液力偶合器油系統(tǒng)運行溫度，解決了大功率電動給水泵啟動沖擊大，影響廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定的問題；每臺泵都可由變頻運行切換到工頻運行，變頻運行泵故障跳閘，工頻備用泵會連鎖啟動”。
“與以往‘更換增速齒輪箱’和‘改造成增速齒輪箱’的方式不同，變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵不用拆除原液力偶合器，極大地節(jié)約了成本；不改變系統(tǒng)原有連接方式，保留原有液力偶合器功能”，梁之龍解釋說，“變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵為煤電機組電動給水泵綜合升級改造提供了集成創(chuàng)新最佳方案，處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平，已具備應(yīng)用于現(xiàn)役以及新建30萬千瓦、60萬千瓦、100萬千瓦煤電機組電動給水泵綜合升級改造的能力”。
他列舉了一個典型案例：“2010年3月，東方日立依靠20萬千瓦、 30萬千瓦、 60萬千瓦、100萬千瓦煤電機組引風(fēng)機變頻改造項目積累的技術(shù)和工程應(yīng)用經(jīng)驗，在福建湄洲灣電廠完成國內(nèi)首例30萬千瓦火電機組大功率給水泵變頻節(jié)能改造項目，投運后一直保持平穩(wěn)運行，節(jié)電率達到30%，今年5月，湄洲灣電廠給水泵改造2期工程再次選用東方日立高壓變頻器，四臺給水泵變頻改造完成后年節(jié)煤量可達19414標(biāo)煤噸”。
正如張文海所說：“這一創(chuàng)新發(fā)明，把變頻器和液力偶合器在工程應(yīng)用中相互排斥的關(guān)系，變?yōu)榻Y(jié)合應(yīng)用的全新關(guān)系，開創(chuàng)了變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵工程應(yīng)用的新紀(jì)元”。
“變頻調(diào)速型液力偶合器電動給水泵作為煤電機組綜合升級改造領(lǐng)域的一項自主知識產(chǎn)權(quán)，希望社會各界給與關(guān)注的同時，也切實給予更多的支持和保護”，梁之龍最后呼吁說。
變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛、最先進的調(diào)速技術(shù)，調(diào)速范圍可達到0～100%，調(diào)速精度可達±0.5%，最大節(jié)電率可達到30%～70%。隨著“十二五”國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃與節(jié)能減排規(guī)劃的進一步深入，變頻器的“節(jié)能利器”作用將越來越顯著，從電力行業(yè)來看，變頻調(diào)速型液力耦合器電動給水泵技術(shù)也將在20萬千瓦、 30萬千瓦、 60萬千瓦、100萬千瓦煤電機組綜合升級改造中發(fā)揮不可替代的作用。
