基于层次分析法的凝结水泵节能方式选择

文/大唐黄岛发电有限责任公司 邱永刚
摘要：近年来,各级政府加强了能源管理，要求企业合理使用能源资源，提高能源利用率，将保护环境放在首位，持续地发展新经济，增强企业竞争力。对企业而言，了解自身能源管理水平及用能现状，全面排查本企业能源利用方面所存在的问题及其薄弱环节，寻找节能新方向，挖掘节能新潜力，降低能源消耗量和生产成本，从根本上提高企业经济效益是当前面临的重要问题。本文运用层次分析法对凝结水泵的三个节能方式进行了比对分析,并对高压变频器作为凝结 水泵节能方式的节能效果进行了论述，为最终方案的选择和实施提供了理论依据。
关键词：层次分析法 凝结水泵 节能 高压变频
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 links 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 important 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、凝结水泵节能改造项目背景
行业现状
国家发改委《关于印发千家企业节能行动实施方案的通知》下发后，各级政府加强了能源管理，要求合理使用能源资源，提高能源利用率，将保护环境放在首位，持续地发展新经济，增强企业竞争力。对发电企业而言，随着厂网分开，市场化程度不断加剧，发电煤耗、厂用电率已经成为发电厂考核的重要指标，直接关系到电厂的经济效益和企业竞争力，特别是在当前煤炭价格持续增高的时期，保证发电企业不亏损的关键就是挖潜治理现有设备，从根本上降低煤耗，减少厂用电率。众所周知，发电企业使用大量的风机、水泵，其耗电量巨大，导致厂用电率居高不下，如果能选择合适的节能方式，对现有设备进行相应的技术改造，不但可以提高设备利用率，减小设备损耗程度，还可达到节约能源的目的，为企业和社会创造巨大的经济效益。
二、设备运行现状
黄电三期两台2x660MW大型机组，每台机组各配置两台凝结水泵，电动机容量较大，耗电量巨大。电动机铭牌参数为：
额定功率：2500kW；额定电流：279A；额定电压：6000V；额定转速：1488rpm；制造商：上海电机厂。
运行中缺陷：电动机启动初期震动较大，运行中震动较高，泵机阀门调节区间在50%—100%之间，流量变化在1000-1600t/h间，设备的安全稳定性较差，易造成机组非停事件，严重影响到企业的安全生产目标的实现。
三、基本数据及模型提炼
为倡导节能理念，节省厂用电率，根据国内很多企业的应用经验，公司决定对耗电量较大的凝结水泵进行节能改造。以下将层次分析法的有关知识运用到设备改造的可行性研究中去，首先体现在选择调节方式这一环节。
3.1凝结水泵的调节方式
目前国内通行的凝结水泵的调节方式一般有三种：阀门控制、液力耦合器控制和变频调速控制，每一种调节方式都有自身的特点，比较如下：
阀门控制的特点：
（1)挡板开度一般设定在50%左右，克服阀门的阻力需消耗大量能量。
（2)介质对阀门和管道的冲击力较大，易造成设备损坏。
（3)调节精度较差，不能频繁进行调节。
（4)电动机的启动电流较大，严重影响电机的使用寿命。
（5)自动化程度很低。
（6)无保护功能。
液力耦合器调节的特点：
（1)利用液体介质来传递转速，即将主动输入端与原动机互相连接，从动输出轴端与负载轴互相连接，通过调节液体介质的压力，使输出轴的转速得以改变。
（2)液力耦合器的调速效率较低，大约在50%左右，可靠性差。
（3)采用液力耦合器调节所需能耗较大。
（4)自动化程度较低，仅能监测压力值。
（5)保护功能较低。
变频调速的特点：
（1)依靠调节电动机的转速来改变泵的输出流量。
（2)效率较阀门调节大大提高。
（3)保护功能齐全。
（4)调速精度高。
（5)自动化程度高，便于监测，且维护方便。
（6)能量消耗少，可大大节省厂用电率。
3.2建立层次结构模型
根据上述基本资料，请各专业技术人员提供了大量凝结水泵运行的相关信息，并根据这些信息建立层次结构模型：

四、模型结果分析
根据上述层次结构模型，进行以下分析：
4.1构造判断矩阵，计算最大的特征根和特征向量、一致性指标和随机一致性比率



CI=（λmax-n）/(n-1)＝0.027
Step5: 计算一致性比例：
CR=CI/RI＝0.047
通过以上计算，证实CR<0.1，矩阵一致性可以接受。
4.2电动机的频率和转速的关系
按照电机学的基本原理，电动机的转速应满足下述关系式：
n=(1-s)60f/p=n0*(1-s)
（其中P：电机极对数； f：电机运行频率； s:滑差）
从上式中可以看出，电动机的同步转速n0与电动机的运行频率成正比关系(n0=60f/p)，一般情况下滑差s比较小（约0.015-0.07），电动机的实际转速n约等于电动机的同步转速n0，所以通过调节电动机的频率f，就能改变电动机的实际转速。此外，电动机的滑差s又和负载大小有关，负载越大则滑差增加，所以电动机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
4.3结论
根据上述分析，综合考虑设备的运行特点等因素，可以得出结论：以高压变频作为凝结水泵的调节方式优于其它两种调节方式。同时，技术人员调查了国内许多使用高压变频器的发电企业，收集到大量的现场使用信息，最终认为进行凝结水泵的变频改造项目是可行的。
五、节能效果计算
5.1凝结水泵工频状态下运行数据

5.2参数及公式说明
功率因数cosφ＝0.89
ηd：电动机效率
输入电压U＝6kV
实际运行电流：50％开度下I＝210A；100％开度下I＝236A；
工频状态下功率计算公式：Pd=1.732* U* I* cosφ
变频状态下功率计算方法：水泵属于平方转矩负载，其转速N与流量Q成正比，轴功率P与转速N3成正比：P/Pdn=(Q/Q0)3，
5.3所获经济效益
变频改造后，年运行5000小时，实际节电3273000kWh，每年可节约电费：3273000*0.4元≈130万元，实际节电量为30％左右，凝结水泵变频改造带来的经济效益是可观的。
六、结语
利用层次分析法对凝结水泵的三种调节方式进行详细分析，可为选择调节方式提供科学依据，使分析后的计算结果更趋于优化。凝结水泵变频改造以后，电动机的节电率在30%—35%之间，节电效果显著，根据理论计算结果，变频改造后一次性投资成本收回时间短，可取得良好的经济效益和社会效益。目前，变频器技术在国内已越来越成熟，实践业已证明，利德华福高压变频装置用于拖动大型风机和水泵，不仅节能，而且大大改善了设备控制特性和运行特性，其可靠性已达到发电企业的要求，可进行推广应用。


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