摘要：本文从节能和投资角度出发，对热网循环水泵电机驱动和汽轮机驱动两种方式进行了比较分析，得出热网循环泵的驱动方式采用液力耦合器调速的电动机驱动比背压式汽轮机驱动更经济节能。
关键词：热网循环水泵、汽轮机驱动、液力偶合器调速、电机驱动
热网循环水泵是热网首站中耗能最大的设备，常规的驱动方式均为电动机驱动。考虑到热网运行过程中分阶段、变流量质调节的需要，通常设有一定的调节手段。常规的调节手段主要有：液力偶合器调速和高压变频调速方式。
1 热网循环水泵驱动方式介绍
1.1 液力偶合器调速方式
液力耦合器是一种利用液体介质传递转速的机械设备，其主动输入轴端与原传动机相联结，从动输出轴端与负载轴端联结，通过调节液体介质的压力，使输出轴的转速得以改变。理想状态下，当压力趋于无穷大时，输出转速与输入转速相等，相当于钢性联轴器。当压力减小时，输出转速相应降低，连续改变介质压力，输出转速可以得到低于输入转速的无级调节。
液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深(转速越低)损耗越大，特别是恒转矩负载，由于原传动输入功率不变，损耗功率将转速损失成比例增大。
1.2 热网循环水泵变频调速方法
变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。变频系统首先将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电，供给交流电动机，从而改变电机的转速。这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能，规格系列齐全可以满足各种不同需求，是目前应用较为广泛的调速方法。
1.3 电动机驱动方式的特点
电动机驱动热网循环水泵的方式，是一种常规的驱动方案。长期以来一直被用户所采用。总结起来，其特点主要有以下几方面：
1）系统简单，运行可靠。
2）运行时，厂用电率较高，影响电厂的经济运行指标。
本工程如按照常规电动机拖动方案配置电动机，在考虑热网循环泵本身的效率、轴系的传动效率以及电动机效率、备用容量等因素后，选择的电动机功率约为3000KW。
1.4汽动热网循环水泵驱动方式
随着我国火电机组的单机容量逐渐增大，火力发电厂附属设备容量也在增加。为减少厂用电率，提高机组的运行经济性，同时也受到单台大容量电动机设计和制造上的技术限制，我国300MW及以上机组的给水泵大多采用汽轮机驱动方式。
2.热网循环泵配置方案比选
2.1 热网循环泵台数
某新建电厂配置两台80MW背压供热机组来进行城市供热，基本供热负荷458MW，建筑采暖综合热指标取41W/m2，最大可实现集中供热面积约1000×104m2。
热网循环水供/回水温度120℃/60℃计算，热网循环水量～7800t/h。
本工程热网拟配置3台热网循环水泵，2用1备，结合本工程循环水量，每台循环泵流量3900t/h，扬程为130m。
2.2 热网循环泵的驱动方式
热网循环泵常规采用电动机驱动，近年来也有部分电厂改造为汽轮机驱动。
2.2.1 汽轮机驱动方式说明
本工程汽轮机组为背压机，共四级抽汽，无再热系统，能够给热网循环泵提供汽源的只有去除氧器的3段抽汽，而且随着机组负荷降低，循环水量不变的情况下，供汽参数降低，热网循环泵需要的驱动汽源是增加的。
如果采用小汽机驱动热网循环泵，配置为2台汽动循环泵+一台电动循环泵（备用）。
采用蒸汽驱动热网循环水泵，在汽轮机进汽量不增加的情况下，虽然降低了厂用电，汽轮机的发电量也是减小的。汽轮机排汽量减少用于供热的热量也相应减小，与“以热定电”运行模式是相违背的。
经计算：每台轴功率约1726kw的工业汽轮机采暖抽汽供汽量约为20t/h，排汽压力为30kpa，需单独设换热器凝结。
2.2.2汽动泵与电动泵能耗比较
1、按锅炉蒸发量相同计算
采用汽动时，抽汽口至泵之间的能量转换效率为：
η汽泵=ηipηepηb
式中ηip——小汽机内效率：0.70（暂按多级背压机，单级效率更低。）
ηep——小汽机机械效率：0.985
ηb——抽汽管道效率：0.97
η汽泵=0.7×0.985×0.97=66.88 %
采用电动方案时，抽汽口至泵之间的能量转换效率为：（暂按液力偶合器调速方式计算，变频器调速方式效率要高）
η电泵=ηiηeηgηtηMηemηwηfc
式中ηi——主机汽缸效率：0.891；ηe——发电机组机械效率：0.99
ηg——发电机效率：0.986；ηt——变压器及输电效率：0.98
ηM——电动机效率：0.97；ηem——电泵组机械效率：0.985
ηw——升速齿轮效率：0.96；ηfc——液力偶合器效率：0.95
η电泵=0.891×0.99×0.986×0.98×0.97×0.985×0.96×0.9=77.36%
本工程每台机组热网循环泵的轴功率约为1726kW，采用汽动方案与采用电动方案年煤耗的对比如下表：
汽动、电动经济性比较表（单台泵）
根据以上计算，采用汽动方案将比采用电动方案两台机组年浪费标煤117.3t，按照标煤470元/t计算，两台机组年消耗燃料费用11.03万元。
2.3 综合分析
1）本工程为背压供热机组，是“以热定电”的运行模式。
2）通过汽动泵与电动泵能耗比较可以看出，热网循环泵的轴功率只有1726kw,配套的小汽机的效率只有70%，计算出来的抽汽口至循环泵间的能量传递效率为66.88%，而电泵的能量传递效率为77.36%，两者效率差10.75%，因此采用汽动循环泵比不节能。
3）通常采用小汽机驱动泵，在保证发电机功率不变的情况下，汽轮机的进汽量是要增加的，即锅炉蒸发量要增加。如果在汽轮机的进汽量不变的条件下，采用小汽机驱动循环泵发电机功率会减少，经过上述能耗比较，本工程采用汽动循环泵，在汽轮机进汽量不变的条件下，发电机功率减少了2580kw，并未实现降低厂用电、多发电的目的。而且由于排汽量减少，供热负荷相应也会减少。
综合以上因素，本工程热网循环泵的驱动方式推荐采用电动机驱动，采用液力耦合器调速。
参考文献：
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[2]刘慧慧.火电厂给水泵汽轮机系统热经济分析与优化设计[D].太原理工大学，2013.
[3]蒋伟佳,孙首珩,葛军.热网循环泵采用汽动泵热经济性探讨[J].吉林电力，2012(01).
论文作者:司泽云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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