（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广州 510663）
摘要：凝结水泵采用调速控制以实现节能已成为燃气-蒸汽联合循环机组常规配置。本文结合9F级燃气-蒸汽联合循环热电联产工程特点分析凝结水泵调速节能效果，并对永磁调速和变频调速两种方式进行技术经济比较，推荐凝结水泵采用一拖二变频调速。
关键词：凝结水泵；变频；永磁
1概述
本工程为9F级燃气-蒸汽联合循环热电联产项目，建设2台460MW级燃气－蒸汽联合循环热电联产机组。机组年供热年利用小时数5000小时。
本工程作为集中供热热源，机组负荷必然随着热用户的生产情况变化而作调整。对于采用工频定速运行的凝结水泵，机组的部分负荷运行功能意味着存在节流损失，而且机组负荷越低，凝结水泵电机的能耗损失越大[1][2]。凝结水泵作为主要的大功率辅机，其流量随机组负荷调整有着明显变化[3][4]，因此对于凝结水泵应选择合理的调速控制方式，实现节能、增效的目标。
2调速节能的必要性和可行性
2.1 节能效果
本工程采用2×100%凝结水泵，根据热平衡计算初步选型如下：
●型式：立式，筒形；
●流量G=480t/h；
●扬程H=260mH2O。
按照电机效率ηe =95%、定速泵传递效率ηc=99%、调速泵连接效率ηc=97%，分别计算机组负荷率在100%、75%和50%时，每小时凝结水泵的电耗进行对比。在部分负荷状态下，非工频工作的变频器还需考虑厂房散热所需能耗，总效率再计入94%的系数。
按此运行模式，每年可节省电量：
N=2.1×3000+128.4×2000+186.5×1000=449，600kWh
通过上述分析可以看出，使用调速装置可以达到显著的节能效果。
2.2 经济性分析
采用最小年费用方法进行比较，计算公式如下：
A=P*I（1+I）n/（（1+I）n-1）+R+S=0.1019P+R+S
A年费用
P初投资
R年运行费用
N经济生产年（20年）
I年利率，取6.55%
S系统费用，此处取零
初投资主要是设备费用，调速泵暂按1台进口变频器带2台凝结水泵的配置方式进行考虑。由于变频器使用寿命为10年左右，初投资中的变频器费用按2.5台计入。
年运行费用主要包括泵组运行的厂用电和检修维护费用。维护费用按设备价格3%估算；由于电厂发电量受电网调度，方案对比节省下来的厂用电量按照降低发电成本考虑。计算基于M701F4重型燃机联合循环机组ISO发电效率58%，天然气低位热值@20℃ 34154kJ/Nm3，天然气价格3.598元/Nm3。根据表2.1-1和2.1-2：
1）定速泵的每年燃料成本为
（457.2*3000+418.0*2000+378.3*1000）*3600/34154/58%*3.598*10-4 = 169（万元）
2）调速泵的每年燃料成本为
（455.2*3000+289.6*2000+191.8*1000）*3600/34154/58%*3.598*10-4 = 140（万元）
采用调速节能装置，每套机组可节省年费用16万元，即调速装置的初投资可在运营期内收回，经济上可行。如采用国产调频器等价格更低的设备，收益更高。
3调速节能方案
本文主要针对永磁调速和变频调速两种调节方式进行技术经济对比，从而选取适合于本工程凝结水泵最佳的节能方式。
3.1 永磁调速技术
永磁调速驱动器主要由铜转子、永磁转子和控制机构3部分组成。铜转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴（泵或者风机转轴）上，控制机构控制铜导体和永磁体之间的气隙。固定在电动机轴上的铜转子和固定在负载轴上的永磁转子之间存在相对运动，根据电磁感应原理可知：导体在磁力线中移动产生感应涡电流，导体上产生感应磁场，从而产生扭矩，越靠近磁力线越密集，效应越强、扭矩越大；相对运动越快，两者感应同极磁场越强，产生扭矩越大。通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可改变负载轴上输出的转矩，从而实现负载转速变化。
3.2 变频调速技术
异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p 三个参数有如下线性关系：
n = 60f（1 - s）/ p
改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变。变频器是通过改变电源频率f 的方式来改变电动机转速的。
根据流体力学的基本定律，水泵类设备属于平方转矩负荷，其转速n与流量Q、扬程H及轴功率P具有如下关系：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
式中，Q1，H1，P1－水泵在n1转速时的流量、扬程、轴功率；
Q2，H2，P2－水泵在n2转速时的流量、扬程、轴功率；
可以看出功率与转速的三次方成正比，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节能效果是与转速降落成立方的关系，节能效果非常明显。凝结水泵采用变频后，机组调峰负荷越低，电机的节能效果越明显。
3.3 两种调速技术的对比
在对永磁和变频两种调速方式技术介绍的基础上，将两种调速方式在安装、运行和检修维护三方面的对比列表如下：
同样采用进口调速设备的情况下，永磁调速和变频调速年费用接近，永磁方案要每年略低10万元。但国产变频器价格约为进口变频器价格的40%左右，若采用国产变频器，则变频方案的经济性占优。
结论
1）通过对凝结水泵定速与变速的运行工况分析，确认采用调速泵具有明显的节能效益；
2）根据永磁调速和变频调速的技术经济比较，9F级燃气-蒸汽联合循环热电联产工程凝结水泵推荐采用一拖二变频调速配置。
参考文献：
[1] 宁继宏，凝结水泵采用变频调速装置节能分析[J]，沿海企业与科技，2009（01）：34-36；
[2] 黎明，某工程超临界供热机组凝结水泵节能选型研究[J]，科技资讯，2008（32）：42；
[3] 任卫东，2，3号机组一次风机、凝结水泵电建变频节能技术应用[J]，甘肃电力技术，2008（6）：35-37；
[4] 张铭，高压变频调速节能技术在凝结水泵中的应用研究[D]，华北电力大学硕士学位论文；
[5] 范葵香，毛建民 等，火电厂凝泵变频控制改造的能效[J]，上海电力，2007（2）：204-206；
[6] 方民辉，陈兰君 等，高压变频器在300MW机组凝结水泵上的应用[J]，云南电力技术，2006（02）：47-49；
论文作者:张怀强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/8/1
标签：永磁论文; 水泵论文; 机组论文; 节能论文; 变频器论文; 转速论文; 转子论文; 《电力设备》2019年第6期论文;