Studiu de caz

Alimentarea motorului electric al unei pompe EPA de 3,8MW prin convertizor de frecventa la CET Iasi

Introducere

Asezare: Iasi Romania. CET II Iasi Holboca este amplasata in partea de est a municipiului Iasi, si este situata in Localitatea Holboca

Date climatice: Temperatura aerului ambiant (exterior): Maximum vara: + 45C Minimum iarna: - 40C Umiditatea relativa: Maximum vara: 90 % Minimum iarna: 25 % Presiune atmosferica : 1000 mbar

Altitudine : 200 m fata de nivelul marii

Dotare: CET II Iasi Holboca dispune de 2 cazane de abur tip CR 1244 de 420 t/h;140 ata; 540 C, cazane cu circulatie naturala (cu tambur) Electropompa de ap alimentare EPA este o pomp centrifugal (radial) cu 10 trepte de presiune, cu ax orizontal, de tip EPA 500-180, furnizor IMGB Bucuresti. Pompa este antrenat direct de un motor electric de 3.8MW/6kV.

Caracteristici tehnice pompa EPA 500-180: Debit nominal: 500 m3/h Debit minim: 130 m3/h nl imea de refulare (la debitul nominal): 180 kgf/ cm2 Suprapresiunea n conducta de aspira ie fa de presiunea de satura ie:> 15 mH2O Temperatura apei la aspira ie: 180 C Tura ia: 2985 rot/min Presiunea n conducta de aspira ie: 6,7 kgf/cm2 Puterea (mecanic) absorbit de pomp: 3180 kW Randamentul pompei: 73 75 % Randamentul agregatului: 70 % Caracteristici tehnice considerate pentru motorul de antrenare: Motor asincron cu rotorul in scurtcircuit cu statorul nedemontabil de tip nchis. Putere: 3800 kW Tura ie: 2985 rot/min Tensiune Un : 6000 V Curent nominal In: 450 A Cos : 0,85 Randament: 0.96 Curentul de pornire 2300 A Cuplul de pornire 0.8 MNm Cuplul maxim 2.4 MNm Clasa de izola ie a statorului B Grad de protec ie IP44

GeneralitatiAsigurarea alimentarii controlate cu apa a cazanului, este necesara pentru a evita ramanerea fara apa a tevilor vaporizatoare, ceea ce ar duce la arderea acestora si pentru a impiedica patrunderea apei in supraincalzitor, ceea ce ar duce la cresterea umiditatii aerului si chiar la introducerea de apa in turbina. Astfel, este necesar sa se regleze debitul de apa de alimentare a cazanului. Regimul de functionare al cazanelor cu abur presupune realizarea egalitatii intre debitul de abur cerut de turbina si cel produs de cazan, in conditiile mentinerii constante a presiunii si temperaturii aburului viu. Reglarea debitului de abur produs de cazan functie de cel cerut de turbina se numeste reglarea sarcinii cazanului Asigurarea unei temperaturi constante a aburului, fapt important din punct de vedere economic si al sigurantei in functionare, se regleaza printr-un sistem de reglare separat care utilizeaza ca marime de executie debitul de apa. Mentinerea unui nivel de apa constant in tamburul cazanului este de asemnea foarte importanta, acest lucru se obtine de asemenea comandand corespunzator debitul de apa de alimentare tinand cont de perturbatia de sarcina a cazanului. Astfel in functie de sarcina cazanului, intre minimul tehnologic si 100%, tolerantele instalatiilor de automatizare pot fi: pentru temperatura aburului la admisia in turbina intre 2 - 12 C pentru nivelul in tambur 2 10 cm

2

Necesitatea si oportunitatea investitieiSistemul de reglare automata a alimetarii cu apa a cazanului de abur este destinat mentinerii intre limitele prescrise a nivelului apei in tamburul cazanului. Nivelul apei in tamburul cazanului, ca parametru reglat, poate fi influentat de debitul de apa de alimentare si de debitul de abur cerut de turbina. Pe langa aceste perturbatii principale, mai pot sa aparea, in anumite situatii ca marimi perturbatoare, dar cu influenta mai mica: debitul de apa purjata, temperatura apei de alimentare, etc. Comportarea dinamica a tamburului, datorita amestecului neomogen apa-abur pe care il contine, este influentata de asa numitul fenomen de umflare a nivelului. De exemplu, o variatie treapta a debitului de abur, determina in tamburul cazanului o scadere a presiunii si, deci, o scadere a temperaturii de vaporizare. Acest fapt determina, in primul moment, o crestere a cantitatii de bule de aer, in emulsia abur-apa din tambur si, deci, o crestere a nivelului. Daca cererea de abur ramane constanta, dupa un timp se ajunge la o evolutie a nivelului in tambur similara cu o caracteristica statica ideala. Timpul de revenire la caracteristica statica ideala se numeste timp de umflare. Ca marime de executie a sistemului de reglare automata se foloseste debitul de apa de alimentare ce poate fi modificat fie prin modificarea pozitiei ventilului de reglare a cazanului, fie prin modificarea turatiei pompei de alimentare.

O problema aparte a reglarii alimetarii cu apa o reprezinta modul de modificare marimii de executie. Astfel putem avea mai multe variante: a) daca pompa este cu turatie constanta se modifica debitul de apa prin schimbarea sectiunii ventilului de reglare (asigura uzual intre +/- 10 % 15 % din debitul nominal); b) se variaza turatia pompei de alimentare actionandu-se asupra unei cuple hidraulice; c) se actioneaza ventilul, iar mentinerea caderii de presiune constanta pe acesta se face pentru o bucla de reglare suplimentara ce actioneaza asupra cuplei hidraulice. d) se variaza turatia pompei de alimentare prin alimentarea motorului pompei cu tensiune si frecventa variabila prin convertizor de frecventa

Pana in prezent, cel mai simplu mijloc de reglare a debitului consta in strangularea sectiunii de curgere prin inchiderea unui organ de reglare (ventil, clapeta, etc), ceea ce are ca efect cresterea rezistentei retelei. In consecinta, punctul de functionare se deplaseaza pe curba caracteristica a pompei spre domeniul presiunilor mai ridicate pana la intersectia cu ordonata fluidului dorit. Necesarul de debit cerut de cazan este dependent de sarcina cazanului, dar si de factorii mai sus mentionati. De asemenea, exploatarea impune restrictii de curent la pornirea motoarelor - sa nu depaseasca 0 valoare maxima admisa, restrictii de deschidere a vanei legate de fenomenul cavitational.

3

In pretul de cost al energiei termice livrate consumatorilor, a pondere mare o au cheltuielile cU energia electrica consumata in centrala. Aceasta energie electrica este direct proportionala cu debitul pompat. Din aceste considerente, este necesar ca modificarea debitului pompat in functie de cerintele cazanului sa se faca pe criterii economice, urmarind consumul redus de energie electrica pe unitatea de volum pompata Reglarea cea mai avantajoasa a debitului pompelor EPA cu mentinerea constanta a presiunii de refulare si reducerea consumurilor proprii de energie electrica se obtin prin modificarea turatiei unei electropompe, cu ajutorul unui convertizor de frecventa. Din analiza datelor tehnice puse la dispozitie de furnizorii de echipamente a rezultat, pe baza unor aplicatii existente, ca pentru variatii ale debitului vehiculat de a pompa in domeniul 10 - 15% sau chiar 20%, din reducerile de energie activa, consumurile specifice pot varia intre 65 si 85 % fata de situatia fara variatie de turatie. Bineinteles ca va trebui luata in considerare disponibilitatea pompei raportatata la un an calendaristic si tinand cont de perioada de functionare a a centralei. Echiparea unei electropompe cu convertizor de frecventa permite realizarea reglajului debitului prin modificarea turatiei, asigurand modificarea caracteristicii pompei fara a interveni asupra caracteristicii retelei hidraulice. Controlul turatiei ofera o crestere a eficientei regulatoarelor comparativ cu controlul prin strangulare, in special in situatiile cand se cere a adaptare rapida a instalatiei de pompare la parametrii optimi solicati de sarcina variabila a cazanului.

Avantajele solutiei propuse reglarea turatiei EPA prin convertizor de frecventaReglarea turatiei la una dintre electropompele EPA existente, in vederea reglarii debitului de apa de alimentare cazan prin aplicarea unei solutii tehnice bazate pe echiparea unei electropompe EPA existente cu un convertizor de frecventa conectat la tensiunea de 6000 V, asigura 0 sursa de avantaje esentiale precum: Regim optim de lucru al cazanului, Adaptarea rapid la variaiile de sarcin ale cazanului Cresterea eficientei comparativ cu controlul prin strangulare, in special cand este necesara adaptarea rapida a instalatiei de pompare la variatiile din reteaua de termoficare Regim hidraulic mai stabil Cresterea fiabilitati, si a sigurantei in functionare a componentelor si instalatiilor temomecanice si electrice din centrala Flexibilitate ridicata si conditii de siguranta sporite in exploatarea instalatiei. Reducerea semnificativa a perioadelor de indisponibilitate si a cheltuielilor pentru intretinere si reparatii a componentelor instalatiilor (electrice si termomecanice) Curenti de pornire cu valori reduse, ceea ce deterrnina protectia atat a motoarelor, cat si a cablurilor de alimentare. La o instalatie similara la CET Galati, au fost setati timpi de pornire de ca. 9 sec., fara a se depasi curentul nominal al motorului. Socuri hidraulice minime la pornirea sau oprirea electropompei si mentinerea debitului, presiunii, in limite stranse Eliminarea suprapresiunilor din conducte O mai buna protejare a instalatiei hidraulice si a lagarelor pompei prin pornirea lina a pompei, conform unei rampe programabile Evitarea frecventelor de rezonanta mecanica a instalatiei, prin eliminarea unor potentiale vibratii in sistemul mecanic, hidraulic.4

Rezultate la implementare unei solutii similare la CET Galati de modificare a turatiei cu convertizor de frecventa la electropompa EPA 9. In urma implementarii unei solutii similare pe electropompa EPA 9 de 3,8MW la 6kV au rezultat urmatoarele avantaje: Tehnologic: turatia variabila fina a permis integrarea perfecta in sistemul de automatizare al cazanului si asigura un regim optim de lucru al cazanului, dar si adaptarea rapid la variaiile de sarcin ale cazanului. Parametrii tehnologici ai cazanului (presiune, temperatura, nivel) au putut fi tinuti constanti la valorile impuse de tehnolog. Fiabilitate si Siguranta in functionare: in procesul AAR, pompa EPA porneste prin convertizor de frecventa in 9 sec. fara a depasi curentul nominal de 450A al motorului, deci fara caderi/goluri de tensiune in reteaua de alimentare electrica, sau declansari nedorite ale protectiilor. Numarul de porniri pe ora este nelimitat. Flexibilitate: Pompa poate fi dusa si peste turatia nominala, in regim de fortare a cazanului ca 1 -1,5 ore, daca acest lucru este solicitat de sarcina cazanului. Economie de energie activa: in perioada de 5 luni de exploatare a fost constatata practic un necesar de reducere a debitului pompei pana la 380-400m3/h, dar si durate de functionare la 500m3c/h. Curentul absorbit de motor a variat intre 330A si 450A. Din pacate la CET Galati nu exista un sistem centralizat SCADA similar cu cel de la Dalkia Termo Prahova, din aceasta cauza nu exista inregistari exhaustive ale parametrilor energetici ai pompei EPA modernizate. Totusi bazat pe datele obtinute, se poate extrapola/calcula o economie de energie, in regim de durata, de circa 3,400,000kWh/an la o functionare de 6 luni pe an, conform calculului anexat. Energia absorbita din retea pe durata pornirii este de asemenea drastic redusa (de 5 ori) datorita curentului limitat de pornire. Economie de energie reactiva: Electropompa functioneaza la un cos phi de 0,96, ceea ce duce un consum de energie reactiva mult redus, si la incarcarea redusa in curent a cablurilor si a transformatorului de alimentare cu 6kV Mentenanta redusa: Pe perioda de 5 luni de functionare, din Noiembrie 2011, nu a fost mentionat nici un incident legat de socuri hidraulice, suprapresiuni in conducte, sau defecte mecanico-hidraulice.

5

Putere Motor [kW] Randament convertizor [%] Ore functionare/an Putere absorb [kW] Debit pompa Reglaj conventional Reglaj Convertizor Reglaj conventional Reglaj Convertizor 2184 80% 3116 2014 6,805,344 4,398,576

3800 97 2184 90% 3496 3040 7,635,264 6,639,360

Energie [kWh]

Total Energie Consumata [kWh] Reglaj conventional: Reglaj convertizor: Economie Energie [kWh]

14,440,608 11,037,936 3,402,672

6