楊群發(fā)， 侯劍雄， 黃碧亮

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司， 廣東珠海 519050)

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火電廠大型凝結(jié)水泵的優(yōu)化運(yùn)行

楊群發(fā)， 侯劍雄， 黃碧亮

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司， 廣東珠海 519050)

摘要：介紹了某電廠大型凝結(jié)水泵高壓變頻改造后的節(jié)能效果及存在問題；闡述了改造后為優(yōu)化運(yùn)行實(shí)施降壓的試驗(yàn)方法，通過試驗(yàn)得出降壓的受限邊界條件，并采取針對(duì)性的改造措施，最終實(shí)現(xiàn)最大程度節(jié)能。實(shí)踐證明：通過降壓可顯著降低凝結(jié)水母管壓力，并實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷時(shí)與低負(fù)荷接近的節(jié)能效果，達(dá)到全工況節(jié)能。實(shí)施降壓后，凝結(jié)水泵及其電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常，凝結(jié)水泵可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵； 高壓變頻； 節(jié)能改造； 深度降壓

大型火力發(fā)電廠由于凝結(jié)水系統(tǒng)存在除氧器上水閥的節(jié)流運(yùn)行，近幾年來，普遍通過對(duì)凝結(jié)水泵(簡(jiǎn)稱凝泵)增加高壓變頻裝置來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗運(yùn)行。通過降低凝泵轉(zhuǎn)速，減少了除氧器上水閥的節(jié)流，起到了顯著的節(jié)能效果。但高壓變頻裝置投運(yùn)后，仍存在兩個(gè)問題：一是大部分負(fù)荷段下，除氧器上水閥雖然節(jié)流減少，但并未全開，仍有節(jié)流；二是高負(fù)荷時(shí)除氧器兩個(gè)上水閥即使全開，此時(shí)凝結(jié)水母管壓力仍然很高，即除氧器上水閥全開也存在較大節(jié)流，高負(fù)荷時(shí)幾乎沒有節(jié)能效果[1]。

為解決這兩個(gè)問題，深度挖掘凝泵變頻節(jié)能空間，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來摸索出各負(fù)荷段的降壓受限因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行分析和研究，據(jù)此采取針對(duì)性的解決措施，實(shí)現(xiàn)凝泵最大程度的節(jié)能。

1凝結(jié)水系統(tǒng)

某電廠2臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組于2007年投入商業(yè)運(yùn)行，2013年11月，對(duì)4號(hào)機(jī)組凝泵進(jìn)行了高壓變頻節(jié)能改造，該凝泵為立式筒袋型多級(jí)離心式凝泵，型號(hào)為NL500-570X4S，馬達(dá)型號(hào)為YLKS630-4。凝泵高壓變頻裝置技術(shù)上采用交直交轉(zhuǎn)換、單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高-高變換形式，冷卻方式為空-水冷卻，配置方式為一拖二帶手動(dòng)旁路。凝結(jié)水系統(tǒng)見圖1，凝泵參數(shù)見表1。

圖1　凝結(jié)水系統(tǒng)圖

凝結(jié)水系統(tǒng)雜項(xiàng)用水從精處理裝置后引出，用戶主要有汽動(dòng)給水泵機(jī)械密封(簡(jiǎn)稱汽泵機(jī)封)水、低旁減溫水、低壓軸封減溫水、給水泵汽輪機(jī)排汽減溫水、真空泵密封水、輔汽減溫水、凝汽器疏水?dāng)U容器減溫水、閉式水高位水箱補(bǔ)水等。凝泵變頻運(yùn)行時(shí)，由變頻器控制除氧器水位，由除氧器上水調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水母管壓力。除氧器有3個(gè)上水閥，主調(diào)節(jié)閥、輔調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)旁路閥的內(nèi)徑分別為250 mm、150 mm、250 mm。

汽泵采用迷宮式密封，密封水來自凝結(jié)水，回水分2級(jí)，分別回前置泵入口和凝汽器。機(jī)封水管路配溫度調(diào)節(jié)閥帶手動(dòng)旁路閥，兩側(cè)分開各自調(diào)節(jié)，原設(shè)計(jì)該調(diào)節(jié)閥控制回水溫度在50 ℃，實(shí)際上此調(diào)節(jié)閥未曾投入使用，由旁路閥保持固定開度維持機(jī)封水壓力在1.50 MPa(600 MW時(shí))。

2改造后節(jié)能效果及問題

凝泵變頻改造完成后，負(fù)荷越低，凝泵電流下降幅度越大，節(jié)能效果越明顯。節(jié)能數(shù)據(jù)見表2，運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3[2-3]。

表2　凝泵變頻改造后節(jié)能效果

表3　凝泵變頻改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表2、表3可以看出：在300～600 MW調(diào)峰負(fù)荷范圍內(nèi)，凝泵出口處的凝結(jié)水母管壓力均在2.0 MPa以上，全程除氧器2個(gè)調(diào)節(jié)閥均未全開，存在節(jié)流現(xiàn)象，能量損失較嚴(yán)重；相比于中低負(fù)荷，高負(fù)荷時(shí)節(jié)能效果僅約低負(fù)荷時(shí)的30%。為解決這兩個(gè)問題，優(yōu)化凝泵變頻運(yùn)行，深度挖掘凝泵變頻節(jié)能空間，通過試驗(yàn)摸索出各負(fù)荷段的降壓受限原因，并據(jù)此采取對(duì)應(yīng)的解決措施[4-5]。

3降壓運(yùn)行優(yōu)化

3.1 降壓過程試驗(yàn)方法

3.1.1 降壓過程風(fēng)險(xiǎn)分析

凝結(jié)水母管降壓后除了要保證除氧器正常上水外，還有可能影響到凝泵振動(dòng)、凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶、變頻器輸出比、精處理裝置壓差等，因此降壓試驗(yàn)必須考慮以上因素。凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶中，受影響最大的是汽泵機(jī)封水、低旁減溫水和低壓軸封減溫水，因此這3個(gè)是重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。高負(fù)荷時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)除氧器上水閥全開、除氧器水位低的情況，低負(fù)荷時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)低旁減溫水壓力過低、低壓軸封減溫水不足的情況，全程試驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)凝泵振動(dòng)高、汽泵機(jī)封冒水的情況[6]。

由于汽泵機(jī)封水調(diào)節(jié)閥未投入運(yùn)行，負(fù)荷變化時(shí)汽泵機(jī)封水壓力無法自動(dòng)調(diào)節(jié)，且僅靠手動(dòng)旁路閥容量不足，機(jī)封容易冒水[7]。

3.1.2 安全原則

試驗(yàn)過程中要把握的安全原則有：

(1) 除氧器上水調(diào)節(jié)閥和變頻器控制保持在自動(dòng)，除氧器正常上水。

(2) 凝泵變頻輸出≥60%。

(3) 如出現(xiàn)變頻凝泵振動(dòng)突增或軸承溫度異常升高的情況，應(yīng)調(diào)整變頻輸出避開此工況。

(4) 汽泵機(jī)封水壓力>前置泵入口壓力0.15 MPa，汽泵機(jī)封水溫度<50 ℃，汽泵機(jī)封不冒水。

(5) 低旁減溫水壓力>1.6 MPa(低報(bào)警值1.45 MPa)。

(6) 低壓軸封溫度調(diào)節(jié)閥開度<100%。

3.2 降壓受限邊界條件試驗(yàn)

3.2.1 降壓試驗(yàn)受限分析

為摸索各負(fù)荷段深度降壓的受限邊界條件，先后進(jìn)行了2次降壓試驗(yàn)，各負(fù)荷段凝泵出口母管壓力降至最低時(shí)的數(shù)據(jù)見表4。

表4　凝泵出口母管壓力降至最低時(shí)的數(shù)據(jù)

(1) 300 MW工況。

隨著凝泵出口母管壓力的降低，變頻器輸出逐漸降低，當(dāng)壓力降至1.379 MPa時(shí)，變頻器到達(dá)65%時(shí)低限閉鎖值，不能再繼續(xù)降壓。將變頻器低限設(shè)低至60%，當(dāng)凝泵出口母管壓力降至1.25 MPa時(shí)，變頻器輸出已降至62%，接近60%低限，凝泵出口母管壓力不能再繼續(xù)降低。同時(shí)低旁減溫水壓力最低至1.12 MPa，若按此壓力運(yùn)行，低旁開啟后其減溫安全問題將突顯。

(2) 汽泵機(jī)封水壓力試驗(yàn)。

300 MW時(shí)將凝泵變頻輸出加至100%，模擬低負(fù)荷時(shí)變頻泵故障切換至工頻泵運(yùn)行時(shí)，汽泵機(jī)封水壓力突然升高的工況。逐漸提高汽泵機(jī)封水壓力，當(dāng)汽泵機(jī)封水壓力提高至1.80 MPa時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀察機(jī)封開始冒水。說明目前汽泵機(jī)封水壓力已合適，不能通過調(diào)高汽泵機(jī)封水壓力來繼續(xù)降低凝泵出口母管壓力。

將汽泵機(jī)封水壓力降至大于前置泵入口壓力0.15 MPa，觀察此時(shí)汽泵機(jī)封不冒水。

(3) 450 MW工況。

凝泵出口母管壓力最低降至1.42 MPa，此時(shí)汽泵機(jī)封水回水溫度上升至55 ℃，機(jī)封水旁路閥已全開，如再降凝泵出口母管壓力，機(jī)封水回水溫度將超限。同時(shí)，除氧器上水主、輔調(diào)節(jié)閥均100%全開，上水電動(dòng)旁路閥需開啟25%才能維持除氧器水位。

(4) 500 MW工況。

凝泵出口母管壓力最低降至1.53 MPa，此時(shí)汽泵機(jī)封水回水溫度上升至45 ℃，機(jī)封水旁路閥已全開，如再降凝泵出口母管壓力，機(jī)封水回水溫度將超限。同時(shí)，除氧器上水主、輔調(diào)節(jié)閥均100%全開，上水電動(dòng)旁路閥需開啟70%才能維持除氧器水位。

(5) 600 MW工況。

凝泵出口母管壓力最低降至1.865 MPa，此時(shí)除氧器上水主、輔調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)旁路閥均100%全開，凝泵出口母管壓力受限于此，無法再降低。

3.2.2 解決措施

(1) 變頻器輸出低限問題。變頻器輸出設(shè)低限是為了防止凝泵突然打不出水。某電廠曾發(fā)生變頻器輸出降至45%時(shí)凝泵突然打不出水的情況?？紤]安全余量，變頻器輸出低限最低只能降至60%。

(2) 對(duì)低旁減溫水調(diào)節(jié)閥改造。增大該閥通徑，由50 mm增大至159 mm，使低旁減溫水閥前壓力降低至0.8 MPa時(shí)仍能滿足低旁減溫水流量要求。

(3) 對(duì)汽泵機(jī)封水溫度調(diào)節(jié)閥功能進(jìn)行修復(fù)，使其可投入使用，以解決中間負(fù)荷時(shí)汽泵機(jī)封水壓力低問題。修復(fù)后汽泵機(jī)封水調(diào)節(jié)閥兼顧控制供水壓力和回水溫度，其控制邏輯為：在保證機(jī)封水壓力>前置泵入口壓力0.15 MPa的前提下，控制機(jī)封水回水溫度<50 ℃。

(4) 改造汽泵機(jī)封水水源。原凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶母管從凝結(jié)水精處理裝置后引出。為提高汽泵機(jī)封水壓力，從凝結(jié)水精處理裝置前的凝結(jié)水母管新增引出1根管路，專供汽泵機(jī)封水，可將汽泵機(jī)封水供水壓力提高0.10 MPa。新增管路的缺點(diǎn)是其水沒有經(jīng)過精處理裝置處理，但由于汽泵機(jī)封水用水量小，故可忽略此影響。汽泵機(jī)封水兩路供水均設(shè)置逆止閥，防止兩路水互竄。

(5) 改造除氧器上水調(diào)節(jié)閥，增大其通流量。原除氧器水位主調(diào)節(jié)閥為籠罩式結(jié)構(gòu)，通流阻力系數(shù)較大，通流面積較小，存在較大的節(jié)流損失。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，改造后主、輔調(diào)節(jié)閥的總通流量比現(xiàn)有3個(gè)上水閥的總通流量略大，可保證600 MW時(shí)凝結(jié)水母管壓力進(jìn)一步降低。為防止閥門運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)，改造時(shí)要同時(shí)考慮工頻泵和變頻泵的運(yùn)行工況，即閥門工作壓力范圍廣，既要考慮總通流量，也要考慮主、輔閥的匹配。經(jīng)廠家計(jì)算，改造方案為：對(duì)上水主調(diào)節(jié)閥的閥芯、閥座進(jìn)行更換，閥門行程由10 cm改為12 cm，閥體及執(zhí)行機(jī)構(gòu)不變。通過增大通流面積，改造后最大流量增加90 t/h，輔調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)旁路閥則保持不變。

3.3 設(shè)備改造后的降壓試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)中的問題及措施

(1) 汽泵機(jī)封水回水溫度調(diào)節(jié)閥流量不足。開啟其手動(dòng)旁路閥部分開度可滿足流量要求。

(2) 凝泵機(jī)封水壓力問題。正常運(yùn)行時(shí)由凝結(jié)水母管提供，經(jīng)節(jié)流孔降壓。凝泵變頻降壓后，需選用大孔徑節(jié)流孔才能滿足凝泵機(jī)封水壓力(0.6 MPa)要求，但此時(shí)若工頻泵啟動(dòng)，凝泵機(jī)封水壓力卻超限，達(dá)1.5 MPa。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，凝泵機(jī)封沒有損壞。

3.3.2 最終壓力定值與邏輯修改

300 MW以下時(shí)，隨著負(fù)荷的降低，凝泵變頻器輸出將會(huì)進(jìn)一步降低，為防止變頻器輸出<60%，同時(shí)考慮機(jī)組安全性，凝泵出口母管壓力采取逐漸上升的控制方法。200 MW及以下時(shí)凝結(jié)水母管壓力為固定值。以上兩點(diǎn)結(jié)合降壓試驗(yàn)結(jié)果，得出了最終優(yōu)化的壓力定值。最終降壓運(yùn)行優(yōu)化后運(yùn)行數(shù)據(jù)見表5，從表中可看出凝泵出口母管壓力顯著降低。

表5　最終降壓運(yùn)行優(yōu)化后運(yùn)行數(shù)據(jù)

報(bào)警值和聯(lián)鎖定值的修改：

(1) 修改變頻泵運(yùn)行時(shí)凝泵出口母管壓力低報(bào)警值、工頻泵聯(lián)鎖啟動(dòng)值。

凝泵出口母管壓力低報(bào)警值由“負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值的0.8倍與1.60 MPa取大值”修改為“負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值的0.8倍與1.20 MPa取大值”。聯(lián)鎖啟動(dòng)工頻泵值由“負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值的0.7倍與1.6 MPa取大值”修改為“負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值的0.7倍與1.05 MPa取大值”。

(2) 工頻泵運(yùn)行時(shí)，凝泵出口母管壓力低報(bào)警值為1.80 MPa，聯(lián)鎖啟動(dòng)變頻泵壓力值為1.70 MPa。

(3) 汽泵機(jī)封水與前置泵入口壓力壓差設(shè)定值為0.15 MPa，低報(bào)警值為0.10 MPa，高報(bào)警值為0.75 MPa。

(4) 低旁減溫水壓力低報(bào)警值由1.3 MPa改為0.90 MPa。

4降壓運(yùn)行優(yōu)化后節(jié)能效果

實(shí)現(xiàn)了除氧器上水閥節(jié)流損失的最低化，同時(shí)高負(fù)荷實(shí)現(xiàn)了與低負(fù)荷接近的深度節(jié)能。按照凝結(jié)水系統(tǒng)一年運(yùn)行7 000 h、負(fù)荷率為75%計(jì)算，每年可節(jié)電6.0×106kW·h，若電價(jià)為0.40 元/(kW·h)，每年可節(jié)約電費(fèi)240萬元，相當(dāng)于1年內(nèi)可回收投資成本。凝泵深度降壓后的節(jié)能效果見表6。

表6　深度降壓后節(jié)能效果

5結(jié)語

(1) 該電廠凝泵經(jīng)過變頻改造，節(jié)能效果明顯，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2) 通過實(shí)施降壓運(yùn)行優(yōu)化，明顯降低了凝泵出口母管壓力，300 MW時(shí)降至1.35 MPa，600 MW時(shí)降至1.80 MPa。節(jié)能的同時(shí)，進(jìn)一步降低凝結(jié)水系統(tǒng)管道發(fā)生振動(dòng)的可能性。

(3) 通過實(shí)施降壓運(yùn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷時(shí)與低負(fù)荷接近的節(jié)能效果，并最大化減少了除氧器上水閥的節(jié)流損失。

(4) 降壓運(yùn)行優(yōu)化后，凝泵及其電動(dòng)機(jī)的軸承溫度和振動(dòng)無異常上升，除氧器水位控制平衡，凝泵可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

(5) 降壓運(yùn)行優(yōu)化時(shí)除了要保證除氧器正常上水外，還有可能影響到凝泵振動(dòng)、凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶、變頻器輸出等，部分電廠還要考慮精處理裝置的壓差。凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶中，受影響最大的是汽泵機(jī)封水、低旁減溫水，對(duì)此要特別留意。

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Operation Optimization for the Large Condensate Water Pump in a Thermal Power Plant

Yang Qunfa, Hou Jianxiong, Huang Biliang

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519050, Guangdong Province, China)

Abstract：Energy-saving effects and remaining problems of the large condensate water pump in a thermal power plant were introduced after frequency conversion retrofit. For optimization purposes, the water pump was operated at reduced pressures, while the boundary condition of pressure limits was obtained through experimental tests, following which corresponding countermeasures were taken to achieve maximum effects of energy saving. Results show that the pressure in main condensate pipe can be lowered in the mode of reduced pressure operation, when energy-saving effects at low load approach to that at high load, achieving energy-saving purposes under all conditions. Both the condensate water pump and the motor can operate normally at reduced pressures, indicating high operation stability of the condensate water pump.

Keywords：condensate water pump; high-voltage inverter; energy-saving retrofit; deep reduction of pressure

收稿日期：2015-10-20

作者簡(jiǎn)介：楊群發(fā)(1967—)，男，高級(jí)工程師，從事火電廠生產(chǎn)管理與技術(shù)研究。E-mail: afayang@126.com

中圖分類號(hào)：TK264.12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-086X(2016)03-0197-05