节能降碳 | 汽轮机及辅机改造：宁海电厂 2×1000MW 机组循泵电机智能变频系统改造

宁海电厂 2×1000MW 机组循泵电机智能变频系统改造

一、工程概况

宁海电厂二期 1000MW 机组 5、6 号锅炉为 SG3091/27.46-M531 型，是由上海锅炉有限公司引进 Alstom-Power 公司 Boiler Gmbhd 的技术生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉。锅炉采用一次再热、单炉膛单切圆燃烧、平衡通风、露天布置、故态排渣、全钢构架塔式布置。该机组采用海水循环冷却系统，二台机组配一座循环水泵站，每台机组配一座有效淋水面积约为 13000m2 自然通风逆流式海水冷却塔，循环水管采用DN3800 焊接钢管，冷却倍率 55/33.75（一机二泵）。

该电厂于 2021 年对 5、6 号机组进行循泵电机智能变频系统改造，5 号机循环水泵变频器改造于 2021 年 4 月 20 日完成并投入运行，6 号机循环水泵变频器改造于 2021 年 3 月 23 日完成并投入运行，为进一步提高循泵变频节能运行效果，实现循泵与机组负荷和气象参数相匹配，该电厂与中国水利科学研究院共同研究开发了冷却塔动态节能控制系统，该系统（含在线监测系统）于 2022 年 4 月调试完成投入运行。单台机组两台循泵配置一台“一拖一”变频智能调速装置，并建立冷却塔动态节能运行数学物理模型及关键参数监测（A ～ G）系统，根据机组负荷和气象参数的变化， 实现循环水泵的智能动态节能运行实现循环水流量实时调节，维持汽轮机凝汽器最佳真空，以更好的适应循环水温和机组负荷变化的节能需求。

二、改前情况

1、设计参数和技术指标

电机型式：ICR-CVRANW 三相交流鼠笼式异步电动机数量：2 台

额定功率：5800kW 额定电流：700A 转 速 ：330r/min 额定电压：6kV

冷却方式：IC81 空-水冷

2、存在的问题

宁海电厂二期百万机组循环水泵采用工频定速方案，改造前循环水泵运行方式：冬季一机一泵运行；夏季一机二泵运行；春、秋季二机三泵运行。原有循泵无法根据机组负荷和气温变化调节循环水量，存在较大的能耗损失。

三、改造方案

1、技术路线

本项目采用单台机组两台循泵配置一台“一拖一”变频装置调速方案， 并建立冷却塔动态节能运行数学物理模型及关键参数监测（A～G）系统，根据机组负荷和气象参数的变化，实时预测出最优的运行水量，通过循泵智能变频调节运行水量，实现循环水泵的智能动态节能运行。采用一台循泵增加变频调速的方案具有调节范围大、改造相对简单、投资回收年限短、投资收益率高，节能效果好等优势。

2、实施方案

（1）改造内容及关键设备

采用一拖一手动切换运行方式，接线见下图（其中点划线框内设备为本次改造设备）。

图 1 循环水泵变频器接线图

每台机组的两台循环水泵配一套变频器，采用“一拖一”方式。变频器容量不低于电机功率的 1.25 倍进行配置，整体变频要求输出电流不小于875A、变频器容量不小于 8000KVA。

循环水泵 A 由变频器驱动，循环水泵 B 运行或备用在工频状态。变频装置设置切换隔离刀闸，当变频器或运行电机A 出现故障时，可将备用电机B 投入运行，变频器或故障电机A 隔离检修。

（2）项目投资与施工周期

本项目单台机组投资 689 万元，其中循泵变频改造 445 万元，冷却塔动态节能控制系统（含在线监测系统）244 万元。

5号机循环水泵变频器改造项目于 2020 年 9 月 19 日开始土建施工，2021 年 4 月 20 日完成调停检修后正式投入运行。6 号机循环水泵变频器改造项目于 2020 年 9 月 19 日开始土建施工，3 月 23 日完成设备和系统移交，正式投入运行。另外，冷却塔动态节能控制系统，于 2022 年 4 月调试完成投入运行。

3、创新点

（1）国内外首次基于气象和负荷变化等综合因素，建立主动式预报系统，能够及时准确的预报出最优的循环水量，并实现百万机组循环水流量的实时准确调节。

（2）国内外首次实现了循环水系统关键参数全面实时在线监测。

（3）国内外首次研究进行实施冷端系统设备实时在线性能监测，能够实时给出冷端系统主要设备包括冷却塔、凝汽器、循环水泵等设备的性能变化。

四、实施效果

1、改造前后技术指标对比、运行情况对比

本项目采用单台机组两台循泵配置一台“一拖一”变频装置调速改造方案，为便于比较，依据宁海电厂近三年运行情况，机组年利用小时数 4935h（近三年平均），机组年运行小时数 6806h（近三年平均），折算成不同负荷段运行小时估算，改造前后调流量范围、对应效率及节能效果如下：

表 1 改造前全定速泵方案节能效果比较表（单台机组）

表 2 改造后变频泵方案节能效果比较表（单台机组）

注：1.上表所列数据仅为经济比较用数据，各负荷段运行小时数为根据实际运行情况估算值。

2、项目经济性分析

表 3 循环水泵变频改造前后年费用比较表（单台机组）

由上表可知，本项目采用一台循泵配置变频装置调速的方案，在设定的部分负荷运行工况下，与原全定速泵方案相比，根据机组近三年运行负荷情况，测算节约厂用电约 598 万度/年，循泵年运行费可降低约 222 万元/年，其投资静态回收年限约为 3.1 年，投资收益（综合年费用差）为 98.3 万元/年，因此本方案具有较好的经济性。