基于變頻泵和倒u型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，包括循環(huán)水泵前池、循環(huán)水泵、凝汽器、真空泵、排水井和倒U型虹吸管；其中，循環(huán)水泵將循環(huán)水泵前池內(nèi)的水送入凝汽器，真空泵連接在凝汽器的出水端，凝汽器的出水端與排水井連接，排水井連接倒U型虹吸管的一端，倒U型虹吸管的另一端連接排水管，排水管中的液體排進大?；蚪?；所述循環(huán)水泵為變頻調(diào)節(jié)的變速泵。本實用新型采用變頻調(diào)節(jié)的變速泵、倒U型虹吸管以代替虹吸井的方案，通過規(guī)定的節(jié)能控制方法實現(xiàn)在低循環(huán)水水溫(凝汽器進口)、低機組負(fù)荷或低潮位(或河水低水位)的時候，也能夠使總耗電量居于全廠第二位的循環(huán)水泵，節(jié)省數(shù)量可觀的廠用電量和廠用電費。
【專利說明】基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]中國人口眾多、資源相對不足，要實現(xiàn)能源資源有效利用和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，必須走節(jié)約能源的道路，提高能源使用和利用效率。近年來，國家相繼修訂出臺了《節(jié)約能源法》、《可再生能源法》、《循環(huán)經(jīng)濟促進法》、《石油天然氣管道保護法》以及《民用建筑節(jié)能條例》、《公共機構(gòu)節(jié)能條例》等法律法規(guī)?！赌茉窗l(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出:“十二五”時期，要加快能源生產(chǎn)和利用方式變革，強化節(jié)能優(yōu)先戰(zhàn)略，全面提高能源開發(fā)轉(zhuǎn)化和利用效率，合理控制能源消費總量?！?br> [0003]節(jié)約能源是指加強用能管理，釆取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和制止浪費，有效合理地利用能源，這是國家發(fā)展經(jīng)濟的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，是全面貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，提高能源利用效率，又好又快建設(shè)社會主義和諧社會的基本國策。
[0004]為貫徹國家節(jié)能方針，現(xiàn)在設(shè)計的電廠許多大容量輔機都采取了節(jié)能措施，其中電廠所謂“三大機三大泵”中，送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機均采用動葉可調(diào)風(fēng)機，在低負(fù)荷時調(diào)節(jié)動葉角度可節(jié)省廠用電，凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)節(jié)，給水泵采用液力偶合器或汽動給水泵，在低負(fù)荷時可降低轉(zhuǎn)速節(jié)省廠用電，唯有總耗電量居于全廠第二位的循環(huán)水泵未采用變頻調(diào)節(jié)節(jié)能措施，少數(shù)電廠采用雙速電機，節(jié)能效果有限。實際上，優(yōu)化傳統(tǒng)的直流循環(huán)水系統(tǒng)，節(jié)省循環(huán)水泵廠用電尚有很大的開挖潛力。
[0005]傳統(tǒng)的直流循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵采用定速泵。循環(huán)水泵供水的幾何高度(或稱泵對水的提升高度)為循環(huán)水泵前池的水位至虹吸井溢流堰上液面的高度。上述液面的高度需滿足兩個條件:一是要保證I %高潮位、機組滿負(fù)荷運行時，能克服虹吸井后的管道阻力，水自流入海并保持機組滿負(fù)荷時的循環(huán)水量；二是該液面至凝汽器水室循環(huán)水出水管不大于7m的高差，否則由于水室真空泵運行造成的真空受限，不能形成虹吸作用。由于上述兩個條件的限制，循環(huán)水泵供水的幾何高度受到1%高潮位的限制，不能太小。
[0006]正常運行時，海面的運行水位均低于I %高潮位，水在虹吸井后產(chǎn)生了水頭跌落損失，一部分發(fā)生在虹吸井溢流堰后，一部分發(fā)生在入海的排水口處，由于循環(huán)水量較大，造成了較大的能量損失。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)的變速泵、倒U型虹吸管以代替虹吸井的方案，實現(xiàn)在運行水位低于I %高潮位的時候，也能進行循環(huán)供水，節(jié)省數(shù)量可觀的廠用電量和廠用電費。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，包括循環(huán)水泵前池、循環(huán)水泵、凝汽器、真空泵、排水井和倒U型虹吸管；其中，循環(huán)水泵將循環(huán)水泵前池內(nèi)的水送入凝汽器，真空泵連接在凝汽器的出水端，凝汽器的出水端與排水井連接，排水井連接倒U型虹吸管的一端，倒U型虹吸管的另一端連接排水管，排水管中的液體排進大海；所述循環(huán)水泵為變頻調(diào)節(jié)的變速泵。
[0010]所述排水管為無泄漏的鋼管。
[0011]所述倒U型虹吸管的管頂高度高于當(dāng)?shù)豂 %高潮位，所述排水管入海口的高度低于97%低潮位。
[0012]所述循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)凝汽器循環(huán)水的進口水溫、機組負(fù)荷、潮位(或河水水位)而改變，自動調(diào)節(jié)從而維持汽輪機背壓至設(shè)定值。
[0013]所述倒U型虹吸管的頂高滿足保證I %高潮位機組啟動后，倒U型虹吸管工作后管內(nèi)的水能自流入海。
[0014]倒U型虹吸管的頂高>凝汽器水室出水管最高點的標(biāo)高一7m。其中，7m為最大允許虹吸利用高度。
[0015]所述排水井在初次使用時，需要充滿水，且其容量需確保循環(huán)水泵和真空泵啟動后，凝汽器水室和出水管只進水不漏進空氣。
[0016]根據(jù)汽輪機背壓設(shè)定值與凝汽器進口循環(huán)水水溫的關(guān)系曲線，確定在該水溫下合適的汽輪機背壓設(shè)定值，以汽輪機運行背壓為信號，調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速來改變循環(huán)水冷卻水量，在各種不同工況下維持汽輪機背壓為設(shè)定值。
[0017]本實用新型的特征及有益效果為:
[0018](I)電廠循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)的循環(huán)水泵，在低循環(huán)水水溫(凝汽器進口)、低機組負(fù)荷或低潮位(低河水水位)時，均可有效節(jié)省廠用電；
[0019](2)提出汽輪機背壓設(shè)定值與冷卻水溫度關(guān)系曲線，按汽輪機運行背壓維持設(shè)定值來控制循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速，節(jié)省廠用電；
[0020](3)電廠直流循環(huán)供水系統(tǒng)，取消虹吸井，采用倒U形虹吸管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為傳統(tǒng)直流循環(huán)供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實用新型的直流循環(huán)供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本實用新型的汽輪機背壓設(shè)定值Pk = f(to)曲線圖；
[0024]圖4為本實用新型的循環(huán)水泵降速運行參數(shù)變化圖；
[0025]圖5為本實用新型的相同負(fù)荷下循環(huán)水泵供水幾何高度降低時參數(shù)變化圖。
[0026]其中=Li為循環(huán)水系統(tǒng)始端水位，m ；
[0027]Lf為循環(huán)水系統(tǒng)終端水位，m ；
[0028]L2為凝結(jié)器水室出水管最聞點標(biāo)聞，m ；
[0029]L1為倒U型虹吸管最聞點標(biāo)聞，m ;
[0030]Δ h為倒U型虹吸管后排水管總阻力，m ；
[0031]Lfh 為 I % 高潮位，m。

【具體實施方式】
:
[0032]下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0033]如圖1所示，傳統(tǒng)的直流循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵采用定速泵。
[0034]循環(huán)水泵供水的幾何高度(或稱泵對水的提升高度)為循環(huán)水泵前池的水位至虹吸井溢流堰上液面的高度。上述液面的高度需滿足兩個條件:一是要保證1%高潮位、機組滿負(fù)荷運行時，能克服虹吸井后的管道阻力，水自流入海并保持機組滿負(fù)荷時的循環(huán)水量；二是該液面至凝汽器水室循環(huán)水出水管不大于7m的高差，否則由于水室真空泵運行造成的真空受限(如30kPa絕對壓力)，不能形成虹吸作用(虹吸作用的利用高度一般取不大于7m。由于上述兩個條件的限制，循環(huán)水泵供水的幾何高度受到1%高潮位的限制，不能太小。
[0035]正常運行時，海面的運行水位均低于I %高潮位，水在虹吸井后產(chǎn)生了水頭跌落損失，一部分發(fā)生在虹吸井溢流堰后，一部分發(fā)生在入海的排水口處，由于循環(huán)水量較大，造成了較大的能量損失。
[0036]如圖2所示，一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，包括循環(huán)水泵前池、循環(huán)水泵、凝汽器、真空泵、排水井和倒U型虹吸管；其中，循環(huán)水泵將循環(huán)水泵前池內(nèi)的水送入凝汽器，真空泵連接在凝汽器的出水端，凝汽器的出水端與排水井連接，排水井連接倒U型虹吸管的一端，倒U型虹吸管的另一端連接排水管，排水管中的液體排進大海；所述循環(huán)水泵為變頻調(diào)節(jié)的變速泵。
[0037]排水管為無泄漏的鋼管。
[0038]倒U型虹吸管的管頂高度高于當(dāng)?shù)豂 %高潮位，所述排水管入海口的高度低于97%低潮位。
[0039]循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)凝汽器循環(huán)水的進口水溫、機組負(fù)荷、潮位(河水水位)而改變，自動調(diào)節(jié)從而維持汽輪機背壓至設(shè)定值。
[0040]倒U型虹吸管的頂高滿足保證I %高潮位機組啟動后，倒U型虹吸管工作后管內(nèi)的水能自流入海。
[0041]倒U型虹吸管的頂高>凝汽器水室出水管最高點的標(biāo)高一7m。其中，7m為最大允許虹吸利用高度。
[0042]排水井在初次使用時，需要充滿水，且其容量需確保循環(huán)水泵和真空泵啟動后，凝汽器水室和出水管只進水不漏進空氣。
[0043]與傳統(tǒng)的直流循環(huán)水系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)有如下特點:
[0044]1、循環(huán)水泵由定速泵改為變頻調(diào)節(jié)的變速泵；
[0045]2、取消虹吸井，采用倒U型虹吸管，虹吸管后排水管采用無泄漏的綱管；
[0046]3、倒U型虹吸管頂高高于當(dāng)?shù)豂 %高潮位，排水管入海口低于97%低潮位；
[0047]4、循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)信號取自汽輪機運行背壓，其調(diào)節(jié)的最終結(jié)果是維持汽輪機背壓為凝汽器進口循環(huán)水溫相對應(yīng)的汽輪機背壓設(shè)定值，節(jié)省廠用電。
[0048]在設(shè)計方面，倒U型虹吸管頂高AL1要同時滿足以下兩個條件，取兩者較大值:
[0049]一是要為保證1%高潮位機組啟動后，倒U型虹吸管后排水管內(nèi)的水能自流入海，設(shè)計要求L1彡Lfh+ Δ h ；
[0050]二是要為保證循環(huán)水泵啟動時產(chǎn)生虹吸作用，減小泵的揚程，設(shè)計要求L1 > L2 —7m，《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》DL/T5339-2006中6.1.11條規(guī)定:“虹吸利用高度應(yīng)通過計算確定，但不宜大于7.0m。虹吸管宜采用鋼管?！?br> [0051]循環(huán)水系統(tǒng)首次啟動時，需進行啟動注水，將排水井充滿水，且排水井設(shè)計有足夠的容量，確保循環(huán)水泵和真空泵啟動后，凝汽器水室和出水管只進水不漏進空氣。
[0052]在選用循環(huán)水泵時，仍應(yīng)按1%高潮位時啟動工況和可利用虹吸高度L2-L1考慮。該方案不能降低啟動工況的廠用電，但能降低運行工況的廠用電。
[0053]該方案的啟動程序如下:
[0054](I)首次啟動時，對排水井和倒U型虹吸管進行啟動注水(以后啟動時，該程序可免)；
[0055](2)啟動循環(huán)水泵，凝汽器進水；
[0056](3)啟動真空泵，凝汽器水室及其出水管充滿水，虹吸作用形成；
[0057](4)循環(huán)水系統(tǒng)正常運行。
[0058]在泵的控制方面，首先將所配電機電流控制在最大限值以下，一旦泵的運行電流到達最大限值時，泵的轉(zhuǎn)速不再增加。
[0059]泵電機運行在最大限值電流以下時，泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)汽輪機背壓的變化進行自動調(diào)節(jié)。當(dāng)水溫升高時，凝汽器背壓超過該水溫下汽輪機背壓設(shè)定值，泵的轉(zhuǎn)速增加，循環(huán)水冷卻水量增加，汽輪機背壓回降到原設(shè)定值。反之也然。整個控制過程是由凝汽器進口循環(huán)水溫一計算機自動確定汽輪機背壓設(shè)定值一由汽輪機運行背壓自動控制泵的轉(zhuǎn)速一循環(huán)水冷卻水量相應(yīng)變化一汽輪機背壓維持至設(shè)定值等自動控制完成的。
[0060]如圖3所示，汽輪機背壓設(shè)定值Pk定為凝汽器進口循環(huán)水溫to的函數(shù)，即Pk =f(to)。該函數(shù)初期可根據(jù)汽輪機廠相關(guān)數(shù)據(jù)確定，運行中根據(jù)實踐逐步改進。在汽輪機THA工況下:循環(huán)水溫21°C，汽輪機背壓4.9Kpa ;在汽輪機TRL工況下:循環(huán)水溫33°C，汽輪機背壓lOKpa。
[0061]當(dāng)凝汽器循環(huán)水進口水溫大于33°C時，汽輪機背壓值仍維持在汽輪機TRL工況下背壓lOKpa，泵的轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，直至泵電機電流增加到最大限值。水溫再增高，當(dāng)汽輪機背壓和泵電機電流均達到最大值時，由汽輪機DCS系統(tǒng)自動控制汽輪機降負(fù)荷運行，直至汽輪機背壓能維持在lOKpa，循環(huán)冷卻水量減少，泵電機電流回降至最大限值以下。當(dāng)凝汽器循環(huán)水進口水溫小于21 °C時，泵的轉(zhuǎn)速降低，仍維持在汽輪機THA工況下背壓4.9Kpa下運行，以節(jié)省廠用電。
[0062]實施例一:以某電廠2X100(MW工程為例，循環(huán)水泵流量Q = 9.48m3/s，功率2500KW，2臺機設(shè)6臺循環(huán)水泵，夏季運行6臺泵，冬季循環(huán)水溫低，運行4臺泵。下面按三種情況進行節(jié)能分析:
[0063]1、2臺泵停止運行4個月節(jié)省廠用電分析:
[0064]冬季4個月，循環(huán)水溫低，凝汽器循環(huán)水量可減少，由于采用變速循環(huán)水泵，可適用各種水溫、各種負(fù)荷需要。
[0065]設(shè)機組年利用小時5500h，2臺泵停止運行4個月節(jié)省廠用電量:
[0066]2500x2x5500x4/12 ^ 9.17x106Kffh
[0067]上網(wǎng)電價(含稅)383.82元/MWh ；
[0068]年節(jié)省廠用電費383.82X9.167X103 ^ 352萬元。
[0069]2、循環(huán)水泵降速運行節(jié)能分析:
[0070]如圖4所示，在夏季，6臺泵全速運行，機組負(fù)荷下降時，可降速運行；在春秋季節(jié)，冷卻水溫低或機組負(fù)荷下降時，也可降速運行，因為機組負(fù)荷下降或冷卻水溫低時，維持汽輪機背壓設(shè)定值，循環(huán)冷卻水量是可以減小的，水量減小的同時，會引起循環(huán)水系統(tǒng)阻力的減小，循環(huán)水泵降速運行，可同時起到減小水量和揚程的作用。在電廠內(nèi)，循環(huán)水泵總耗電量僅小于引風(fēng)機，由此推論，循環(huán)水泵采用變速泵降速運行后，年節(jié)省廠用電量將是相當(dāng)可觀的。
[0071]從盤山電廠600麗機組凝結(jié)水泵改為變速泵后運行情況看，在機組部分負(fù)荷時，如83.3%、75%、66.7%、50%時，凝結(jié)水泵分別節(jié)省廠用電43.7 % ,47.7 % ,52.4 %,76.1%。某2X1000MW電廠6臺循環(huán)水泵改為變速泵后，春夏秋共8個月電機電流按平均降低30%考慮，則年節(jié)省廠用電量為:
[0072]6X2500X5500X8/12X30 % ^ 16.5xl06Kffh,年節(jié)省廠用電費383.82x16.5xl03 ^ 633.3 萬元。
[0073]3、循環(huán)水泵供水幾何高度減少節(jié)省廠用電分析:
[0074]如圖5所示，仍以某電廠2X1000MW工程為例:
[0075]其中，I %高潮位為:4.93m ；
[0076]平均高潮位為:2.92m ；
[0077]平均低潮位為:-2.19m
[0078]平均潮位為=Lf= [2.92+ (-2.19) ]/2 = 0.37m ；
[0079]I %高潮位與平均潮位之差為4.56m。
[0080]即采用倒U型虹吸管替代傳統(tǒng)的虹吸井，可降低循環(huán)水泵常年運行供水的幾何高度4.56m,全廠6臺泵運行,共節(jié)省廠用電:
[0081]ΔΝ= ΔΗ xQxlOOO/(102χ η)x(4x4/12+6x8/12) = 4.56x9.48x1000/(102x0.85)χ5.333 ^ 2659kff,
[0082]式中(4x4/12+6x8/12)為折算到全年運行后，循環(huán)水泵運行臺數(shù)的當(dāng)量值。
[0083]年節(jié)省廠用電量2659x5500 ^ 14.63x16Kffh ；
[0084]上網(wǎng)電價(含稅)383.82元/MWh ；
[0085]年節(jié)省廠用電費383.82x14.63xl03 ^ 561.6 萬元。
[0086]上述3項，全年共節(jié)省廠用電量40.3xl06KWh，節(jié)省廠用電費約1547萬元。
[0087]國產(chǎn)高壓變頻裝置的單價約300元/kW，6臺循環(huán)水泵變頻裝置的總價約450萬元，顯然其投資通過每年節(jié)省廠用電費是能夠回收的。
[0088]上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形(如變頻調(diào)節(jié)的循環(huán)水泵和汽輪機背壓設(shè)定值曲線，應(yīng)用于電廠二次循環(huán)供水系統(tǒng))仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，其特征是:包括循環(huán)水泵前池、循環(huán)水泵、凝汽器、真空泵、排水井和倒U型虹吸管；其中，循環(huán)水泵將循環(huán)水泵前池內(nèi)的水送入凝汽器，真空泵連接在凝汽器的出水端，凝汽器的出水端與排水井連接，排水井連接倒U型虹吸管的一端，倒U型虹吸管的另一端連接排水管，排水管中的液體排進大海；所述循環(huán)水泵為變頻調(diào)節(jié)的變速泵。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，其特征是:所述排水管為無泄漏的鋼管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，其特征是:所述倒U型虹吸管的管頂高度高于當(dāng)?shù)豂 %高潮位，所述排水管入?？诘母叨鹊陀?7%低潮位。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，其特征是:所述倒U型虹吸管的頂高大于等于凝汽器水室出水管最高點的標(biāo)高與最大允許虹吸利用高度的差值。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于變頻泵和倒U型虹吸管的直流循環(huán)供水系統(tǒng)，其特征是:所述最大允許虹吸利用聞度為7m。
【文檔編號】F01D25/32GK204140145SQ201420529987
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】張磊, 李臨臨, 于連海, 趙佰波 申請人:山東電力工程咨詢院有限公司