侯秀麗 吳雷

(1.安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241002;2.安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000)

爐、機、電是火力發(fā)電廠的三大主機，與三大主機相輔工作的設(shè)備稱為輔助設(shè)備或輔機系統(tǒng)。凝結(jié)水泵(以下簡稱凝泵)是一種重要的輔機設(shè)備，在電廠生產(chǎn)過程中必不可少，它具有能耗高、功率大、連續(xù)運行等特點。其主要作用是把從汽輪機下部排出的蒸汽(乏汽)經(jīng)由凝汽器冷卻形成的凝結(jié)水，送入低壓加熱器并最終回到除氧器中，完成循環(huán)過程。

傳統(tǒng)凝泵均為工頻運行，利用除氧器上水調(diào)節(jié)閥，通過節(jié)流來控制除氧器水位。凝泵工作效率非常低，損失了大量能量。針對這種能量利用率不高的現(xiàn)狀，不少電廠對凝泵進行了技術(shù)改造，實現(xiàn)變頻控制，提高能量利用率。為進一步節(jié)約發(fā)電成本，提高經(jīng)濟效益，節(jié)能降耗，華電蕪湖電廠率先對#1、#2容量為660MW的機組進行了改造。

1 改造可行性分析

1.1 凝泵運行現(xiàn)狀

華電蕪湖電廠的汽輪機由東方汽輪機有限公司生產(chǎn)，每臺機組配置兩臺凝結(jié)水泵，百分之百出力。正常情況下，一臺凝泵運行，另外一臺冗余備用，利用除氧器主調(diào)閥和副調(diào)閥對除氧器水位進行調(diào)節(jié)。在實際運行過程中，除氧器水位主副調(diào)節(jié)執(zhí)行器動作頻繁，易出故障，系統(tǒng)安全性不高，凝結(jié)水母管出口壓力過高、除氧器水位調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失大，凝結(jié)水系統(tǒng)效率偏低、維護費用高、發(fā)電成本高。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖

1.2 除氧器水位控制方式概述

一般來說，除氧器的水位控制主要方式有單沖量控制和三沖量控制。按照設(shè)計，正常情況下單沖量控制范圍采用副調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，三沖量控制范圍采用主調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。為了避免單沖量和三沖量控制范圍頻繁切換，當(dāng)機組給定負(fù)荷大于25%(具體數(shù)值由調(diào)試階段確定)適宜采用三沖量控制方式，當(dāng)機組承受的負(fù)荷小于15%時(具體數(shù)值需調(diào)試階段確定)采用單沖量控制方式較合適。如果主調(diào)節(jié)閥和副調(diào)節(jié)閥同時投入自動，轉(zhuǎn)入三沖量控制范圍后，副調(diào)節(jié)閥應(yīng)自動緩慢關(guān)閉，切換為單沖量控制范圍后，主調(diào)節(jié)閥應(yīng)自動緩慢關(guān)閉。

除氧器的水位高低通常采用PID閉環(huán)控制。若用三沖量控制方式，即除氧器水位設(shè)定值與實際水位的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出，加上鍋爐給水流量的前饋信號，作為主凝結(jié)水流量的設(shè)定值。此設(shè)定值與實際主凝結(jié)水流量偏差，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器輸出，控制除氧器水位主調(diào)節(jié)閥的開度。

在單沖量控制方式下，根據(jù)除氧器水位設(shè)定值與實際水位的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出控制除氧器水位副調(diào)節(jié)閥開度。當(dāng)除氧器水位過高時，除氧器的水位溢流閥應(yīng)開啟。

1.3 DCS控制系統(tǒng)配置方案可行性分析

華電蕪湖發(fā)電有限公司DCS控制系統(tǒng)為ABB Bailey公司生產(chǎn)的Industrial IT Symphony系統(tǒng)。改造前，除氧器水位調(diào)節(jié)BRC控制器(42－3)模塊負(fù)荷率為37%，本次改造新增模擬量控制回路，增加模塊30個，對控制器負(fù)荷率影響不大，滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求即控制模塊負(fù)荷率小于60%，能夠保證設(shè)備的正常運行［1］。

凝泵設(shè)備改造前，順序控制BRC控制器(44－5)模塊負(fù)荷率為40%，本次改造新增變頻器、變頻開關(guān)啟?？刂七壿?，增加功能塊103個，對控制器負(fù)荷率影響不大，滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求即控制模塊負(fù)荷率小于60%。檢查44號機柜，有富余位置增加DIDO卡件及模件，能夠滿足熱控改造要求。

對華電蕪湖電廠凝結(jié)水泵變頻進行改造實現(xiàn)節(jié)能降耗是提高電廠競爭力的可行途徑，其電氣和熱控設(shè)施滿足凝泵變頻改造的必要條件。

2 凝泵變頻改造設(shè)計方案?

2.1 凝結(jié)水泵變頻器電氣改造方案

(1)電氣控制原理。在原來基礎(chǔ)上，加裝一臺凝結(jié)水泵變頻器，變頻器由美國羅賓康公司制造，型號為空冷完美無諧波型。采用“一拖二”的方式，即甲、乙兩臺凝泵共用一部變頻器，機組運行過程中，凝泵采用變頻方式控制，工頻作為備用方式。機組設(shè)備發(fā)生缺陷或甲、乙凝泵定期輪換運行時，也可完成凝泵的變頻工頻切換操作。凝結(jié)水泵變頻控制原理如圖2所示。

圖2 凝結(jié)水泵變頻控制原理圖

(2)電氣改造實施方案。首先就地搭建一個變頻器安放間，然后再接入高壓變頻器。需要安裝的主要有高壓變頻器主柜體、雙路控制電源切換箱、高壓變頻器UPS(交流不停電)電源柜，高壓變頻小間，柜式空調(diào)機及變頻冷卻系統(tǒng)［2］。對于6 kV的高壓開關(guān)，要加裝高壓變頻器保護回路和“工頻變頻工作方式”切換裝置。此外，從380 V低壓交流廠用母線段和220 V直流母線段，完成了高壓變頻器控制電源和操作電源的供電改造［1］。

2.2 凝泵變頻器主要順控邏輯

凝泵變頻器啟動應(yīng)滿足以下全部條件:(1)凝泵變頻總開關(guān)已合閘;(2)A凝泵變頻開關(guān)已合閘或B凝泵變頻開關(guān)已合閘;(3)凝泵變頻器無故障就緒;(4)凝泵變頻器在遠方。

凝泵變頻器自動停邏輯滿足以下任一條件即可:(1)當(dāng)凝泵A變頻開關(guān)已合閘時，凝泵變頻器已啟動且凝泵A軸承溫度保護動作;(2)當(dāng)凝泵B變頻開關(guān)已合閘時，凝泵變頻器已啟動且凝泵B軸承溫度保護動作;(3)凝汽器熱水井水位低。

2.3 除氧器調(diào)節(jié)水位控制邏輯說明

保留原除氧器水位主、副調(diào)閥自動調(diào)節(jié)，在工頻方式時可投入主、副調(diào)閥水位自動調(diào)節(jié)。增加變頻器調(diào)節(jié)除氧器水位自動控制，除氧器水位主、副調(diào)閥均手動方式運行，副調(diào)閥全關(guān)，運行人員可投入變頻器，調(diào)節(jié)除氧器水位為自動方式。

除氧器水位控制采用單三沖量控制方式，主凝結(jié)水流量、給水流量信號正常。機組負(fù)荷大于25%時，選擇三沖量控制方式，除氧器水位設(shè)定值與實際水位的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出，鍋爐給水流量的前饋信號作為主凝結(jié)水流量的設(shè)定值。此設(shè)定值與實際主凝結(jié)水流量偏差經(jīng)調(diào)節(jié)器輸出，控制除氧器水位主調(diào)節(jié)閥開度。主凝結(jié)水流量、給水流量信號任一異?；驒C組負(fù)荷小于25%時，采用單沖量控制方式，控制策略如前所述。

3 改造后的效果分析

凝泵改造前，除氧器的水位高低控制主要依靠除氧器水位主、副調(diào)門進行調(diào)節(jié)，均為節(jié)流調(diào)節(jié)，節(jié)流損失大，能耗較大，調(diào)門開關(guān)調(diào)節(jié)頻繁，設(shè)備易損壞。

對凝泵實施變頻改造后，當(dāng)發(fā)電機組的負(fù)荷發(fā)生變化時，凝泵轉(zhuǎn)速跟隨流量自動變化，凝泵的效率曲線也隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，始終保持在最大效率區(qū)域。當(dāng)凝泵轉(zhuǎn)速減小時，電機能耗以其3次方的速率快速下降，變頻控制的節(jié)能效果顯著。為達到最大節(jié)能效果，熱控人員經(jīng)過多次運行試驗得出經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在機組負(fù)荷達到70%左右時，除氧器水位主調(diào)節(jié)閥應(yīng)全開。閥門全開可避免閥門節(jié)流損失，大幅度地降低凝泵出口壓力，確保凝泵安全可靠運行。

4 結(jié)語

采用“一拖二”配置對凝泵進行變頻改造，比“一拖一”方案降低了近一半的計劃投資成本，設(shè)備工作可靠性也得到提高，改造后的投資成本一年內(nèi)收回。凝泵變頻器投入運行后，各項測試性能指標(biāo)良好。兩個調(diào)整門截流噪音及震動明顯減小，凝結(jié)水泵電流節(jié)約了35%～60%。在機組高負(fù)荷下，除氧器上水壓力由4.2 MPa下降到2.2 MPa，特別是低負(fù)荷時凝泵電流由220 A降低到90～100 A，節(jié)能效果顯著。這次凝泵變頻改造，為華電蕪湖電廠的節(jié)能降耗做出了巨大貢獻，值得推廣。

［1］胡佰軍，齊曼娜.凝泵變頻器改造在電廠中的應(yīng)用［J］.科技致富向?qū)В?010(5):30－32.

［2］邢希東.高壓變頻器技術(shù)在發(fā)電生產(chǎn)過程中的應(yīng)用實例［J］.電氣時代，2008(2):44－45.

［3］李海濤.600MW機組凝結(jié)水泵一拖二變頻改造的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.自動化博覽，2008(8):67－69.