基于層次分析法的凝結(jié)水泵節(jié)能方式選擇
文/大唐黃島發(fā)電有限責(zé)任公司 邱永剛
摘要：近年來,各級政府加強了能源管理，要求企業(yè)合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護環(huán)境放在首位，持續(xù)地發(fā)展新經(jīng)濟，增強企業(yè)競爭力。對企業(yè)而言，了解自身能源管理水平及用能現(xiàn)狀，全面排查本企業(yè)能源利用方面所存在的問題及其薄弱環(huán)節(jié)，尋找節(jié)能新方向，挖掘節(jié)能新潛力，降低能源消耗量和生產(chǎn)成本，從根本上提高企業(yè)經(jīng)濟效益是當前面臨的重要問題。本文運用層次分析法對凝結(jié)水泵的三個節(jié)能方式進行了比對分析,并對高壓變頻器作為凝結(jié)水泵節(jié)能方式的節(jié)能效果進行了論述，為最終方案的選擇和實施提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：層次分析法 凝結(jié)水泵 節(jié)能 高壓變頻
Abstract： Recently years, the central and local governments strengthen its efforts in energy management. Every enterprise was required to use energy resource rationally, to improve the energy-using rate efficiency, to give priority to environmental protection and sustained development of new economy for enhancing competitive ability. If the executives can be aware of they should have a good knowledge of the level of energy management and energy-using situation in their enterprises, they can investigate the existing problems and weak link s of the energy-using comprehensively from all factors, and try to look for new energy-saving direction, tapping new energy-saving potential to reduce energy consumption and production costs, improving the economic efficiency of enterprises which is the most import ant problem they are facing currently. In this paper, the author give an good example to show how to choose voltage inverter as a comprehensive energy-saving method for condensate pump, through the analysis of the three common adjusting methods of condensate pump. The author also analysis energy-saving effect in different working condition of condensate pump .These analysis provide theoretical basis for the final choosing of energy-saving method.
Key Words： AHP Condensate pump Energy-saving Frequency Conversion
一、凝結(jié)水泵節(jié)能改造項目背景
行業(yè)現(xiàn)狀
國家發(fā)改委《關(guān)于印發(fā)千家企業(yè)節(jié)能行動實施方案的通知》下發(fā)后，各級政府加強了能源管理，要求合理使用能源資源，提高能源利用率，將保護環(huán)境放在首位，持續(xù)地發(fā)展新經(jīng)濟，增強企業(yè)競爭力。對發(fā)電企業(yè)而言，隨著廠網(wǎng)分開，市場化程度不斷加劇，發(fā)電煤耗、廠用電率已經(jīng)成為發(fā)電廠考核的重要指標，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟效益和企業(yè)競爭力，特別是在當前煤炭價格持續(xù)增高的時期，保證發(fā)電企業(yè)不虧損的關(guān)鍵就是挖潛治理現(xiàn)有設(shè)備，從根本上降低煤耗，減少廠用電率。眾所周知，發(fā)電企業(yè)使用大量的風(fēng)機、水泵，其耗電量巨大，導(dǎo)致廠用電率居高不下，如果能選擇合適的節(jié)能方式，對現(xiàn)有設(shè)備進行相應(yīng)的技術(shù)改造，不但可以提高設(shè)備利用率，減小設(shè)備損耗程度，還可達到節(jié)約能源的目的，為企業(yè)和社會創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。
二、設(shè)備運行現(xiàn)狀
黃電三期兩臺2x660MW大型機組，每臺機組各配置兩臺凝結(jié)水泵，電動機容量較大，耗電量巨大。電動機銘牌參數(shù)為：
額定功率：2500kW；額定電流：279A；額定電壓：6000V；額定轉(zhuǎn)速：1488rpm；制造商：上海電機廠。
運行中缺陷：電動機啟動初期震動較大，運行中震動較高，泵機閥門調(diào)節(jié)區(qū)間在50%—100%之間，流量變化在1000-1600t/h間，設(shè)備的安全穩(wěn)定性較差，易造成機組非停事件，嚴重影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)目標的實現(xiàn)。
三、基本數(shù)據(jù)及模型提煉
為倡導(dǎo)節(jié)能理念，節(jié)省廠用電率，根據(jù)國內(nèi)很多企業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗，公司決定對耗電量較大的凝結(jié)水泵進行節(jié)能改造。以下將層次分析法的有關(guān)知識運用到設(shè)備改造的可行性研究中去，首先體現(xiàn)在選擇調(diào)節(jié)方式這一環(huán)節(jié)。
3.1凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式
目前國內(nèi)通行的凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式一般有三種：閥門控制、液力耦合器控制和變頻調(diào)速控制，每一種調(diào)節(jié)方式都有自身的特點，比較如下：
閥門控制的特點：
（1)擋板開度一般設(shè)定在50%左右，克服閥門的阻力需消耗大量能量。
（2)介質(zhì)對閥門和管道的沖擊力較大，易造成設(shè)備損壞。
（3)調(diào)節(jié)精度較差，不能頻繁進行調(diào)節(jié)。
（4)電動機的啟動電流較大，嚴重影響電機的使用壽命。
（5)自動化程度很低。
（6)無保護功能。
液力耦合器調(diào)節(jié)的特點：
（1)利用液體介質(zhì)來傳遞轉(zhuǎn)速，即將主動輸入端與原動機互相連接，從動輸出軸端與負載軸互相連接，通過調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。
（2)液力耦合器的調(diào)速效率較低，大約在50%左右，可靠性差。
（3)采用液力耦合器調(diào)節(jié)所需能耗較大。
（4)自動化程度較低，僅能監(jiān)測壓力值。
（5)保護功能較低。
變頻調(diào)速的特點：
（1)依靠調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速來改變泵的輸出流量。
（2)效率較閥門調(diào)節(jié)大大提高。
（3)保護功能齊全。
（4)調(diào)速精度高。
（5)自動化程度高，便于監(jiān)測，且維護方便。
（6)能量消耗少，可大大節(jié)省廠用電率。
3.2建立層次結(jié)構(gòu)模型
根據(jù)上述基本資料，請各專業(yè)技術(shù)人員提供了大量凝結(jié)水泵運行的相關(guān)信息，并根據(jù)這些信息建立層次結(jié)構(gòu)模型：
四、模型結(jié)果分析
根據(jù)上述層次結(jié)構(gòu)模型，進行以下分析：
4.1構(gòu)造判斷矩陣，計算最大的特征根和特征向量、一致性指標和隨機一致性比率
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
Step5: 計算一致性比例：
CR=CI/RI＝0.047
通過以上計算，證實CR<0.1，矩陣一致性可以接受。
4.2電動機的頻率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系
按照電機學(xué)的基本原理，電動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下述關(guān)系式：
n=(1-s)60f/p=n0*(1-s)
（其中P：電機極對數(shù)； f：電機運行頻率； s:滑差）
從上式中可以看出，電動機的同步轉(zhuǎn)速n0與電動機的運行頻率成正比關(guān)系(n0=60f/p)，一般情況下滑差s比較小（約0.015-0.07），電動機的實際轉(zhuǎn)速n約等于電動機的同步轉(zhuǎn)速n0，所以通過調(diào)節(jié)電動機的頻率f，就能改變電動機的實際轉(zhuǎn)速。此外，電動機的滑差s又和負載大小有關(guān)，負載越大則滑差增加，所以電動機的實際轉(zhuǎn)速還會隨負載的增加而略有下降。
4.3結(jié)論
根據(jù)上述分析，綜合考慮設(shè)備的運行特點等因素，可以得出結(jié)論：以高壓變頻作為凝結(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式優(yōu)于其它兩種調(diào)節(jié)方式。同時，技術(shù)人員調(diào)查了國內(nèi)許多使用高壓變頻器的發(fā)電企業(yè)，收集到大量的現(xiàn)場使用信息，最終認為進行凝結(jié)水泵的變頻改造項目是可行的。
五、節(jié)能效果計算
5.1凝結(jié)水泵工頻狀態(tài)下運行數(shù)據(jù)
5.2參數(shù)及公式說明
功率因數(shù)cosφ＝0.89
ηd：電動機效率
輸入電壓U＝6kV
實際運行電流：50％開度下I＝210A；100％開度下I＝236A；
工頻狀態(tài)下功率計算公式：Pd=1.732* U* I* cosφ
變頻狀態(tài)下功率計算方法：水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速N與流量Q成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速N3成正比：P/Pdn=(Q/Q0)3，
5.3所獲經(jīng)濟效益
變頻改造后，年運行5000小時，實際節(jié)電3273000kWh，每年可節(jié)約電費：3273000*0.4元≈130萬元，實際節(jié)電量為30％左右，凝結(jié)水泵變頻改造帶來的經(jīng)濟效益是可觀的。
六、結(jié)語
利用層次分析法對凝結(jié)水泵的三種調(diào)節(jié)方式進行詳細分析，可為選擇調(diào)節(jié)方式提供科學(xué)依據(jù)，使分析后的計算結(jié)果更趨于優(yōu)化。凝結(jié)水泵變頻改造以后，電動機的節(jié)電率在30%—35%之間，節(jié)電效果顯著，根據(jù)理論計算結(jié)果，變頻改造后一次性投資成本收回時間短，可取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，變頻器技術(shù)在國內(nèi)已越來越成熟，實踐業(yè)已證明，利德華福高壓變頻裝置用于拖動大型風(fēng)機和水泵，不僅節(jié)能，而且大大改善了設(shè)備控制特性和運行特性，其可靠性已達到發(fā)電企業(yè)的要求，可進行推廣應(yīng)用。