600MW機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行分析

劉興暉，任江波，馬 力，郭大民

（華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 凝結(jié)水系統(tǒng)概況

華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠（簡(jiǎn)稱“華能上安電廠”）3單元2臺(tái)機(jī)組為國(guó)產(chǎn)600MW超臨界直接空冷燃煤機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)功率為2 500kW、100%容量的筒袋型多級(jí)離心式凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)正常運(yùn)行方式為1臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行，1臺(tái)備用，采用除氧器上水調(diào)門(mén)節(jié)流控制除氧器水位。由于凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)余量較大，工頻運(yùn)行方式下，調(diào)節(jié)閥線性差，節(jié)流損失大，凝結(jié)水母管壓力偏高，引發(fā)凝結(jié)水管道振動(dòng)大，精處理法蘭泄露等一系列問(wèn)題。在機(jī)組調(diào)試后期對(duì)B凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造，解決了凝結(jié)水管道振動(dòng)大，精處理法蘭泄露等問(wèn)題，且凝結(jié)水泵耗電率下降明顯。正常情況下變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷在380MW以上時(shí)除氧器上水調(diào)門(mén)自動(dòng)全開(kāi)，由DCS系統(tǒng)控制變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)除氧器水位的調(diào)節(jié)［1］。380MW負(fù)荷以下時(shí)，由除氧器上水調(diào)門(mén)與變頻器配合共同調(diào)節(jié)。機(jī)組正常運(yùn)行中，凝結(jié)水泵需要滿足凝結(jié)水系統(tǒng)壓力和凝結(jié)水流量要求，維持除氧器水位。為滿足凝結(jié)水系統(tǒng)壓力的要求，機(jī)組負(fù)荷低至一定階段后需除氧器上調(diào)門(mén)參與調(diào)節(jié)。由于380MW以上負(fù)荷段范圍較寬，且此時(shí)系統(tǒng)流量較大，壓力較高，可不考慮系統(tǒng)壓力的影響，除氧器上水調(diào)門(mén)不參與控制。

2 存在的問(wèn)題

機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1所示。對(duì)機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，受安裝工藝及除氧器上水調(diào)門(mén)結(jié)構(gòu)限制，即使在除氧器上水調(diào)門(mén)全開(kāi)的情況下，除氧器上水調(diào)門(mén)處的局部阻力也會(huì)造成很大的節(jié)流損失。如何減小此處的節(jié)流損失成為進(jìn)一步減小系統(tǒng)阻力，挖掘變頻凝結(jié)水泵節(jié)能潛力的關(guān)鍵。

圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)示意

3 凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方法的確定與實(shí)施

從減小凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)流損失的角度考慮，減小除氧器上水調(diào)門(mén)處的節(jié)流損失較為容易實(shí)現(xiàn)。因除氧器上水調(diào)門(mén)都配置有100%容量旁路電動(dòng)門(mén)，打開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)可以達(dá)到減小凝結(jié)水管道阻力，降低變頻凝結(jié)水泵能耗的目的。在凝結(jié)水流量一定的情況下，管道阻力的減小勢(shì)必帶來(lái)凝結(jié)水泵出口母管壓力的降低。汽動(dòng)給水泵前置泵的機(jī)械密封水是凝結(jié)水系統(tǒng)的重要用戶，在保持原有系統(tǒng)不變的情況下，要滿足機(jī)械密封水壓力的需要，就需要一個(gè)工況平衡點(diǎn)，即系統(tǒng)在該工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)后既能滿足凝結(jié)水流量的要求又能滿足凝結(jié)水母管壓力的要求。機(jī)組在該工況平衡點(diǎn)以上運(yùn)行時(shí)，可以打開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)，依靠變頻凝結(jié)水泵調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，滿足機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行需要；機(jī)組在該工況平衡點(diǎn)以下運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)，凝結(jié)水流量靠除氧器上水調(diào)門(mén)與變頻凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速共同調(diào)節(jié)。該工況點(diǎn)確定的負(fù)荷點(diǎn)高將影響節(jié)能效果，低則影響機(jī)組運(yùn)行的安全性，因此該工況點(diǎn)是確保凝結(jié)水系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

通過(guò)在1臺(tái)機(jī)組上試驗(yàn)，在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)荷在50%～100%時(shí)，除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)保持全開(kāi)，凝結(jié)水壓力均能滿足汽動(dòng)給水泵前置泵機(jī)械密封水的要求。針對(duì)某些機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)一些特定用戶對(duì)壓力要求較高但流量不大的情況，可對(duì)機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，通過(guò)在凝結(jié)水特定用戶管路上增加管道泵進(jìn)行升壓的方法，解決此類用戶對(duì)凝結(jié)水母管壓力的要求，凝結(jié)水壓力只需滿足除氧器上水要求即可。凝結(jié)水系統(tǒng)經(jīng)上述優(yōu)化后，可實(shí)現(xiàn)全工況下全開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)，完全依靠調(diào)節(jié)變頻凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)維持除氧器水位，最大限度的減少系統(tǒng)節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的最大化。

4 優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)性分析

打開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)后，減少了凝結(jié)水系統(tǒng)阻力，在凝結(jié)水系統(tǒng)流量一定的情況下，變頻凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速、電流相應(yīng)下降，能耗減少，表1為機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定工況下的凝結(jié)水泵參數(shù)統(tǒng)計(jì)值，表2為凝結(jié)水系統(tǒng)優(yōu)化前后的凝結(jié)水泵耗電率對(duì)比。

表1 機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定工況下的凝結(jié)水泵參數(shù)統(tǒng)計(jì)值

表2 凝結(jié)水系統(tǒng)優(yōu)化前后的凝結(jié)水泵耗電率對(duì)比

打開(kāi)除氧器上水旁路電動(dòng)門(mén)后，理論上保守估計(jì)變頻凝結(jié)水泵在原有節(jié)能基礎(chǔ)上可每小時(shí)再降低能耗120～300kW。由表1、表2可知，通過(guò)對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，機(jī)組凝結(jié)水泵耗電率由優(yōu)化前的0.21%降至0.15%，下降0.06%，節(jié)電效果十分顯著。2臺(tái)600MW機(jī)組2012年實(shí)發(fā)電量68.52億kWh，以該電量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合測(cè)算，年節(jié)約廠用電411萬(wàn)kWh，以上網(wǎng)電價(jià)0.43元/kWh計(jì)算，共計(jì)節(jié)約費(fèi)用176.7萬(wàn)元，節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。

5 優(yōu)化后的安全性分析

正常運(yùn)行中打開(kāi)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)，改變了凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式，在沒(méi)有增加設(shè)備投資的情況下創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)影響，主要體現(xiàn)在一些特定工況，具體分析如下。

5.1 變頻凝結(jié)水泵跳閘時(shí)工頻泵聯(lián)起后對(duì)除

變頻凝結(jié)水泵跳閘，工頻凝結(jié)水泵聯(lián)啟后，凝結(jié)水流量將突然增加，在除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)全開(kāi)的運(yùn)行工況下，將引起除氧器水位突升。負(fù)荷越低，變頻凝結(jié)水泵跳閘工頻泵聯(lián)啟后對(duì)除氧器水位的影響就越大，運(yùn)行人員處理稍有不慎，就有可能造成除氧器滿水事故。為減小變頻泵運(yùn)行中跳閘，定速泵聯(lián)啟后對(duì)凝結(jié)水流量的影響，對(duì)DCS控制邏輯進(jìn)行了以下優(yōu)化：

a.變頻凝結(jié)水泵跳閘后自動(dòng)聯(lián)關(guān)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)（當(dāng)出現(xiàn)旁路電動(dòng)門(mén)卡澀時(shí)應(yīng)立即派人到就地手動(dòng)關(guān)閉除氧器上水旁路門(mén)）；

b.聯(lián)鎖打開(kāi)精處理裝置旁路電動(dòng)門(mén)，防止精處理法蘭超壓泄露；

c.聯(lián)鎖開(kāi)啟凝結(jié)水再循環(huán)，以減少進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水量；

d.除氧器上水調(diào)門(mén)自動(dòng)由F（X）控制轉(zhuǎn)為PID調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)除氧器水位），并自動(dòng)聯(lián)關(guān)至要求開(kāi)度，如表3所示。5s后釋放自動(dòng)調(diào)節(jié)。（除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)開(kāi)或關(guān)用時(shí)100s）。

表3 除氧器上水調(diào)門(mén)開(kāi)度與負(fù)荷對(duì)應(yīng)表

5.2 機(jī)組快速降負(fù)荷時(shí)對(duì)除氧器水位的影響

當(dāng)機(jī)組重要輔機(jī)跳閘觸發(fā)RB保護(hù)動(dòng)作的情況下，配合機(jī)組負(fù)荷的快速下降需要給水流量及凝結(jié)水流量的快速減少。在除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)全開(kāi)的運(yùn)行工況下，為保證凝結(jié)水流量在短時(shí)間內(nèi)減至適合的流量，增加了如下控制邏輯：

a.機(jī)組RB保護(hù)動(dòng)作時(shí)發(fā)信號(hào)聯(lián)鎖關(guān)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)；

b.除氧器水位高I值報(bào)警，聯(lián)鎖關(guān)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)。

5.3 機(jī)組跳閘后對(duì)除氧器水位的影響

機(jī)組突然跳閘時(shí)，給水泵聯(lián)鎖全停，除氧器上水調(diào)門(mén)聯(lián)鎖全關(guān)，凝結(jié)水泵變頻器頻率輸出自動(dòng)降低，此時(shí)因旁路電動(dòng)門(mén)全開(kāi)，運(yùn)行人員處理不慎也有可能造成除氧器滿水事故。針對(duì)這種情況增加了汽輪機(jī)跳閘聯(lián)鎖關(guān)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)和強(qiáng)制全開(kāi)凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)門(mén)的控制邏輯。

考慮到對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，為將此方案對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響降至最低，一旦機(jī)組發(fā)生異常事件，應(yīng)立即確認(rèn)除氧器上水調(diào)門(mén)電動(dòng)門(mén)的狀態(tài)，并做好執(zhí)行除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)拒動(dòng)或關(guān)門(mén)過(guò)程中發(fā)生卡澀時(shí)的處理預(yù)案，采取相應(yīng)措施控制好除氧器上水流量，防止除氧器滿水。目前對(duì)除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)的開(kāi)啟由運(yùn)行人員操作實(shí)現(xiàn)，關(guān)閉則由熱工控制邏輯聯(lián)鎖發(fā)關(guān)指令實(shí)現(xiàn)，待有停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行凝結(jié)水系統(tǒng)的優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)機(jī)組50%負(fù)荷以上除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)保持全開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組在一定負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟除氧器上水調(diào)門(mén)及其旁路電動(dòng)門(mén)，既減小了系統(tǒng)的節(jié)流損失，又進(jìn)一步挖掘了凝結(jié)水泵變頻的節(jié)能潛力，簡(jiǎn)單易行并且有較好的節(jié)能效果。實(shí)踐證明，采取有針對(duì)性的措施后，實(shí)施該方法所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍之內(nèi)，機(jī)組凝結(jié)水泵耗電率得到大幅降低，經(jīng)濟(jì)效果顯著，有較好的推廣性，可為同類型機(jī)組降低凝結(jié)水泵能耗提供參考和借鑒。

［1］ 趙 浩，方文軍.凝結(jié)水泵變速改造中常見(jiàn)問(wèn)題以及應(yīng)對(duì)措施［J］.廣東電力，2010，23（10）：109－113.