某電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化研究

劉 專(zhuān)，吳楊輝，萬(wàn)忠海，毛榮軍，汪 飛，呂建林

（國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

目前大部分電廠(chǎng)都會(huì)為凝結(jié)水泵配置變頻器，通過(guò)變頻器改變凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速以達(dá)到合適的凝結(jié)水泵出力，從而提高凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。但是由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的諸多原因，凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能降耗效果并不明顯。本文針對(duì)這一情況，對(duì)某電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)日常運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，通過(guò)對(duì)該凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化調(diào)整，有效地降低了凝結(jié)水泵的耗電量，提高了該電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 設(shè)備概況

某電廠(chǎng)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N660-25/600/600 型的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組配置二臺(tái)長(zhǎng)沙水泵廠(chǎng)有限公司制造的100%BMCR容量的凝結(jié)水泵，凝結(jié)水泵配備變頻器，運(yùn)行方式為一拖二手動(dòng)切換（通過(guò)手動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)凝結(jié)水泵）。凝結(jié)水系統(tǒng)的自動(dòng)控制方式為變頻器跟蹤凝結(jié)水母管壓力，除氧器進(jìn)水閥組跟蹤除氧器水位。

表1 凝結(jié)水泵相關(guān)參數(shù)匯總

2 存在問(wèn)題

該機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，除氧器進(jìn)水閥組長(zhǎng)期處于部分開(kāi)啟狀態(tài)，凝結(jié)水泵功耗與同類(lèi)型機(jī)組相比明顯偏大。本文針對(duì)上述情況，提取該機(jī)組典型負(fù)荷工況下的相關(guān)歷史曲線(xiàn)，并整理數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 凝結(jié)水系統(tǒng)試驗(yàn)優(yōu)化前數(shù)據(jù)

從表2 可以看出，除氧器進(jìn)水主閥在機(jī)組50%負(fù)荷到100%負(fù)荷區(qū)間的開(kāi)度基本維持在40%～50%；除氧器進(jìn)水副閥只在機(jī)組90%以上負(fù)荷時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)。電廠(chǎng)凝結(jié)水系統(tǒng)存在除氧器進(jìn)水閥組節(jié)流損失偏大，凝結(jié)水母管壓力偏高，凝結(jié)水泵電流偏大等問(wèn)題。因此，凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性存在提升空間。

3 優(yōu)化措施

3.1 理論基礎(chǔ)

3.1.1 流體機(jī)械相似定律

根據(jù)流體機(jī)械相似定律，凝結(jié)水泵流量Q、揚(yáng)程H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系如下：

從上述公式可知，只要凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，凝結(jié)水泵流量、揚(yáng)程和軸功率會(huì)隨之改變。凝結(jié)水泵在加裝變頻裝置后，可由定速運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽兯龠\(yùn)行方式，在保持凝結(jié)水泵出口流量不變的前提下，降低其出口壓力，進(jìn)而減小凝結(jié)水泵電機(jī)功耗。

3.1.2 “平衡點(diǎn)”概念

機(jī)組在高負(fù)荷下，除氧器進(jìn)水閥組處于完全開(kāi)啟狀態(tài)，凝結(jié)水泵出口壓力隨機(jī)組負(fù)荷變化。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降到某一區(qū)域時(shí)，為維持凝結(jié)水泵出口壓力大于凝結(jié)水雜用戶(hù)的最低安全需求，除氧器進(jìn)水閥組勢(shì)必要參與流量控制。除氧器進(jìn)水閥組由完全開(kāi)啟狀態(tài)進(jìn)入節(jié)流狀態(tài)的負(fù)荷轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱(chēng)為“平衡點(diǎn)”。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在“平衡點(diǎn)”以下時(shí)，凝結(jié)水泵出口壓力維持某一定值，通過(guò)調(diào)整除氧器進(jìn)水閥組來(lái)滿(mǎn)足機(jī)組所需凝結(jié)水流量；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在“平衡點(diǎn)”負(fù)荷以上時(shí)，除氧器進(jìn)水閥組處于全開(kāi)位置，通過(guò)提高凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)滿(mǎn)足機(jī)組對(duì)凝結(jié)水流量需求。

3.2 優(yōu)化過(guò)程

本文按照流體機(jī)械相似定律和“平衡點(diǎn)”概念的釋義，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整，克服影響凝結(jié)水泵低頻運(yùn)行的因素，從而促使除氧器進(jìn)水閥組全開(kāi)，減少節(jié)流損失，降低凝結(jié)水泵功耗。

試驗(yàn)過(guò)程中，切除AGC，投入?yún)f(xié)調(diào)方式，調(diào)整鍋爐燃燒，維持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定；投入凝結(jié)水泵變頻器壓力自動(dòng)，投入除氧器水位自動(dòng)；除氧器進(jìn)水副閥開(kāi)度由運(yùn)行人員手動(dòng)控制，除氧器進(jìn)水主閥開(kāi)度通過(guò)設(shè)置壓力偏置逐步降低凝結(jié)水母管壓力來(lái)調(diào)整。本文針對(duì)表2中6個(gè)工況的調(diào)整結(jié)果如表3所示。

表3 凝結(jié)水系統(tǒng)試驗(yàn)優(yōu)化后數(shù)據(jù)

通過(guò)查閱該機(jī)組相關(guān)資料，鑒于低壓缸軸封減溫水壓力的限制，確定該機(jī)組凝結(jié)水泵出口壓力最低值為1.25 MPa。從表3 可以看出，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整，在60%～100%負(fù)荷區(qū)間，除氧器進(jìn)水主、副閥均為全開(kāi)狀態(tài)，基本上消除除氧器進(jìn)水閥組的節(jié)流損失。

4 優(yōu)化結(jié)果

4.1 經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)

將表2 與表3 的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比得出表4 的數(shù)據(jù)。從表4中可以發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水泵電流在試驗(yàn)優(yōu)化前后有明顯的變化，電流下降最大幅度為27.7 A，6個(gè)試驗(yàn)工況平均下降電流為16.74 A。

表4 凝結(jié)水系統(tǒng)試驗(yàn)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比表

假設(shè)該電廠(chǎng)年發(fā)電6 000 h，每度電上網(wǎng)價(jià)格為0.40元，以凝結(jié)水泵在6個(gè)負(fù)荷工況下的平均下降值來(lái)計(jì)算，凝結(jié)水泵每年可節(jié)約電費(fèi)35.49萬(wàn)元，計(jì)算公式如下：

同時(shí)從表4也可以看出，凝結(jié)水母管壓力的下降與凝結(jié)水泵電流下降的趨勢(shì)一致，母管壓力下降最大幅度為0.41 MPa，6個(gè)試驗(yàn)工況平均下降壓力為0.31 MPa。凝結(jié)水母管壓力的下降也反映了除氧器進(jìn)水閥組節(jié)流損失的減少，有益于除氧器進(jìn)水閥組和管道的使用壽命，提高了凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。

4.2 凝結(jié)水系統(tǒng)控制改進(jìn)方案

4.2.1 熱工控制邏輯

凝結(jié)水系統(tǒng)自動(dòng)控制方案的優(yōu)化：進(jìn)水主閥跟蹤除氧器水位，變頻跟蹤凝結(jié)水母管壓力，凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)整定。

1）水位自動(dòng)控制：維持現(xiàn)有除氧器進(jìn)水主閥水位自動(dòng)控制。

2）凝結(jié)水母管壓力自動(dòng)控制：維持現(xiàn)有變頻器母管壓力自動(dòng)控制，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出凝結(jié)水母管壓力與除氧器內(nèi)部壓力變化的插值函數(shù)（見(jiàn)表5），可促使除氧器進(jìn)水主閥基本全開(kāi)（進(jìn)水副閥需手動(dòng)全開(kāi)）；隨負(fù)荷下降，凝結(jié)水母管壓力逐漸下降，系統(tǒng)所需最低凝結(jié)水母管壓力確定為1.25 MPa（機(jī)組啟停工況除外）。

表5 凝結(jié)水母管壓力與除氧器內(nèi)部壓力

3）聯(lián)鎖保護(hù)：由于調(diào)峰過(guò)程中進(jìn)水主、副閥基本全開(kāi)，為避免凝結(jié)水泵或變頻器故障跳閘聯(lián)啟工頻備用凝結(jié)水泵時(shí)除氧器水位失穩(wěn)，DCS 邏輯組態(tài)增加“變頻凝泵聯(lián)啟工頻凝泵時(shí)，進(jìn)水副閥發(fā)出全關(guān)指令，進(jìn)水主閥快速關(guān)閉至40%開(kāi)度”。

4）凝結(jié)水母管壓力低聯(lián)啟備用凝泵整定值修改為1.10 MPa。

4.2.2 凝結(jié)水母管壓力與除氧器內(nèi)部壓力關(guān)系

受機(jī)組背壓影響，機(jī)組負(fù)荷與凝結(jié)水流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系會(huì)發(fā)生變化，本文認(rèn)為相比跟蹤發(fā)電機(jī)功率，凝結(jié)水母管壓力跟蹤除氧器內(nèi)部壓力顯得更為合理，凝結(jié)水母管壓力與除氧器內(nèi)部壓力關(guān)系如圖1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

凝結(jié)水系統(tǒng)是電廠(chǎng)重要的系統(tǒng)之一，對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化有助于提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)普遍存在的凝結(jié)水泵功耗大、除氧器進(jìn)水閥組節(jié)流損失大等問(wèn)題進(jìn)行了研究和優(yōu)化，一方面有效地提高了凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，另一方面也鞏固了凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行安全性，對(duì)同類(lèi)型機(jī)組經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化工作有一定的借鑒意義。

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