1 000 MW二次再熱機組凝結(jié)水泵深度變頻改造優(yōu)化

徐江，梁海山，薛小宇

(國家能源集團泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225327)

0 引言

某公司建設2臺1 000 MW二次再熱超超臨界機組，采用某汽輪機廠設計制造的超超臨界、二次中間再熱、五缸四排汽、單背壓、反動式汽輪機。每臺機組配備2臺100%容量的凝結(jié)水泵，1臺運行1臺備用。受汽動給水泵密封水供水壓力的影響，凝結(jié)水泵運行方式為：運行泵變頻調(diào)節(jié)凝結(jié)水壓力，備用泵工頻備用。在這種運行方式下，除氧器水位調(diào)節(jié)閥無法全開，節(jié)流損失大[1]，因此，可深度挖掘凝結(jié)水泵變頻的節(jié)能潛力。

1 機組相關(guān)設備概況

該公司凝結(jié)水泵為BDC 500-570/d+3S型立式筒形離心泵，配套電機功率為2 900 kW。凝結(jié)水泵主要技術(shù)參數(shù)見表1。凝結(jié)水泵變頻器可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速范圍為900～1 485 r/min。凝結(jié)水系統(tǒng)并列布置除氧器水位主、副調(diào)節(jié)閥，無旁路，主調(diào)節(jié)閥管路為100%通流量，副調(diào)節(jié)閥管路為30%通流量。機組正常運行時副調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，用主調(diào)節(jié)閥進行除氧器水位調(diào)節(jié)。

表1 凝結(jié)水泵技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of condensate pump

2 凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)節(jié)能理論分析

凝結(jié)水泵運行時，由于外界負荷的變化而要求改變其工況時，需要對流量進行調(diào)節(jié)，而流量的大小取決于工況點的位置。泵在各個工況下的工作點為泵本身的性能曲線和管道特性曲線的交點[2]。全開除氧器水位調(diào)節(jié)閥，降低了管道阻力，凝結(jié)水泵變頻降低轉(zhuǎn)速改變了泵的性能曲線。在這種調(diào)節(jié)方式下，大大減少了附加的節(jié)流損失，凝結(jié)水泵在很大的變工況范圍內(nèi)都能保持較高的效率，從而降低凝結(jié)水泵在各個運行工況下的能耗。

3 凝結(jié)水泵深度變頻的制約因素

原系統(tǒng)設計汽動給水泵密封水取自凝結(jié)水雜用戶母管，汽動給水泵廠家要求密封水壓力為1.8～3.8 MPa。為保證汽動給水泵密封水壓力，通過凝結(jié)水泵變頻來控制凝結(jié)水壓力高于2.0 MPa(見表2)，用除氧器水位調(diào)節(jié)閥來控制除氧器水位在正常范圍。在機組投入自動發(fā)電控制(機組負荷在550～1 000 MW之間調(diào)節(jié))運行期間，除氧器水位副調(diào)節(jié)閥在全關(guān)狀態(tài)，主調(diào)節(jié)閥開度在40%～60%，始終無法全開，節(jié)流損失較大，無法完全發(fā)揮凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能優(yōu)勢，且機組負荷越高，凝結(jié)水泵的節(jié)流損失越大，嚴重影響凝結(jié)水泵運行的經(jīng)濟性。

表2 凝結(jié)水壓力控制Tab.2 Condensate water pressure control

由此可見，制約凝結(jié)水泵深度變頻的主要因素是汽動給水泵密封水壓力低。要實現(xiàn)凝結(jié)水泵深度變頻調(diào)節(jié)除氧器水位，就必須解決汽動給水泵的密封水壓力問題。

4 汽動給水泵密封水系統(tǒng)改造

4.1 密封水系統(tǒng)改造方案

除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開和凝結(jié)水泵變頻降低轉(zhuǎn)速導致凝結(jié)水壓力下降，汽動給水泵密封水壓力也隨之下降。凝結(jié)水泵深度變頻后，低負荷工況下凝結(jié)水壓力無法滿足汽動給水泵的要求，因此必須對凝結(jié)水進行升壓改造。此次改造采用的方案為：在原凝結(jié)水雜用戶母管至汽動給水泵密封水濾網(wǎng)的管路上加裝2臺并聯(lián)的增壓泵(1運1備)及旁路[3]，如圖1所示。密封水增壓泵技術(shù)參數(shù)見表3。旁路設置逆止閥，每臺增壓泵均配置再循環(huán)管路，當2臺增壓泵均故障停運時，凝結(jié)水雜用水可以通過旁路和2臺增壓泵管路向汽動給水泵提供密封水，保證系統(tǒng)安全可靠運行且運行方式比較靈活。

圖1 汽動給水泵密封水增壓泵系統(tǒng)Fig.1 Sealing water booster pump system of team turbine-driven feedwater pump

表3 密封水增壓泵技術(shù)參數(shù)Tab.3 Sealing water booster pump technical parameters

4.2 給水泵密封水增壓泵、凝結(jié)水泵邏輯優(yōu)化

凝結(jié)水泵深度變頻改造除了對系統(tǒng)進行相應改造，還要對相關(guān)系統(tǒng)設備邏輯進行優(yōu)化，以達到深度節(jié)能的目的[4]。此次改造對給水泵密封水增壓泵和凝結(jié)水泵運行邏輯均進行了優(yōu)化。

4.2.1 密封水增壓泵邏輯優(yōu)化

(1)增壓泵啟動允許(邏輯“與”)：1)給水泵密封水增壓泵為遠控操作；2)給水泵密封水增壓泵無故障報警。

(2)增壓泵聯(lián)鎖停止(邏輯“與”)：1)凝結(jié)水泵出口母管壓力高于4.5 MPa；2)汽動給水泵密封水增壓泵母管壓力大于4.5 MPa；3)2臺汽動給水泵進、出水端密封水出水溫度小于60 ℃。條件滿足后聯(lián)鎖跳閘A增壓泵，延時5 s后停運B增壓泵。

(3)聯(lián)鎖啟動條件(邏輯“或”)：1)備用泵投聯(lián)鎖時運行汽動給水泵密封水增壓泵跳閘 ；2)備用泵投聯(lián)鎖時汽動給水泵密封水增壓泵母管壓力小于當前負荷對應的凝結(jié)水壓力設定值(該壓力設定值為當前負荷指令對應的凝結(jié)水泵出口壓力曲線值+壓力偏置值)。

4.2.2 凝結(jié)水系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

(1)凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)方式切換邏輯。

自動切換：小機A或B轉(zhuǎn)速大于3 000 r/min且以下任一條件滿足時自動切為壓力調(diào)節(jié)方式：1)2臺汽動給水泵密封水增壓泵均跳閘；2)2臺汽動給水泵密封水增壓泵均不運行，延時10 s；3)密封水增壓泵母管壓力小于2.0 MPa。

手動切換：手動可在調(diào)壓或調(diào)水位方式之間切換；正常運行中若凝結(jié)水泵存在自動方式切換至調(diào)壓方式的條件，手動切至調(diào)水位模式無效，仍保持調(diào)壓方式。

(2)增加邏輯。2臺密封水增壓泵均在停運狀態(tài)且負荷大于150 MW時，將發(fā)生下列動作：1)將凝結(jié)水泵變頻方式由除氧器水位自動切換為出口壓力自動；2)發(fā)15 s脈沖將凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速指令置為1 450 r/min；3)發(fā)5 s脈沖將除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令置50%；4)發(fā)30 s脈沖將A/B汽動給水泵進、出水端密封進水溫度調(diào)節(jié)閥指令置100%。

(3)凝結(jié)水泵變頻方式由除氧器水位自動切換為出口壓力自動時，將除氧器水位主調(diào)節(jié)閥切換為自動模式，將除氧器水位輔助調(diào)節(jié)閥指令置為0%，此時除氧器水位設定值為原凝結(jié)水泵水位控制方式下的水位設定值。

(4)增加汽動給水泵密封水增壓泵保護跳閘邏輯。凝結(jié)水泵出口母管壓力大于4.5 MPa且汽動給水泵密封水增壓泵出口母管壓力大于4.5 MPa且汽動給水泵密封水溫度低于60 ℃時，聯(lián)鎖停運A增壓泵，延時5 s后聯(lián)鎖停運B增壓泵。

(5)增加凝結(jié)水泵變頻自動保護邏輯。凝結(jié)水壓力低于1.5 MPa時禁止變頻器轉(zhuǎn)速指令降低。

(6)增加除氧器水位副調(diào)節(jié)閥邏輯：負荷為650～600 MW時，除氧器副調(diào)節(jié)閥在100%～0%自動；增加除氧器水位主調(diào)節(jié)閥邏輯：負荷為600～400 MW時，除氧器主調(diào)節(jié)閥在100%～42%自動。除氧器水位主、副調(diào)節(jié)閥自動節(jié)流，確保凝結(jié)水母管壓力不低于1.5 MPa，仍然是凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位。

(7)凝結(jié)水泵變頻運行時，備用工頻凝結(jié)水泵聯(lián)鎖啟動定值由1.7 MPa改為1.3 MPa。

4.3 凝結(jié)水泵深度變頻改造前、后對比

凝結(jié)水泵深度變頻改造后，機組負荷500 MW以上時，同負荷下汽動給水泵密封水壓力比優(yōu)化前升高0.5～1.0 MPa，如圖2所示。汽動給水泵密封水系統(tǒng)運行正常，汽動給水泵各運行參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，未產(chǎn)生不利影響。

圖2 深度變頻改造前、后汽動給水泵密封水壓力對比Fig.2 Sealing water pressure of team turbine-driven feedwater pump before and after deep frequency conversion transformation

凝結(jié)水泵深度變頻改造后，機組負荷在650～600 MW時，除氧器副調(diào)節(jié)閥在100%～0%自動；機組負荷在600～400 MW時，除氧器主調(diào)節(jié)閥在100%～42%自動。在這種控制策略下，改造后凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速和出口壓力均明顯下降，如圖3、圖4所示。

圖3 深度變頻改造前、后凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速對比Fig.3 Speed of condensate pump before and after deep frequency conversion transformation

圖4 深度變頻改造前、后凝結(jié)水泵出口壓力對比Fig.4 Pressure at condensate pump outlet before and after deep frequency conversion transformation

給水泵密封水增壓泵改造后，凝結(jié)水泵深度變頻改造前、后消耗功率對比如圖5所示。改造后凝結(jié)水泵消耗功率為凝結(jié)水泵本身消耗功率與汽動給水泵密封水增壓泵消耗功率之和。在550 MW以上負荷段運行時，凝結(jié)水泵消耗功率平均降低約400 kW。

4.4 機組深度調(diào)峰時的運行情況

在深度調(diào)峰機組負荷降至400 MW時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度為42%，此時汽動給水泵密封水壓力為3.4 MPa，凝結(jié)水泵出口壓力為1.8 MPa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速為962 r/min，消耗功率675 kW。除氧器水位保持穩(wěn)定，凝結(jié)水泵運行參數(shù)正常。汽動給水泵密封水系統(tǒng)及汽動給水泵密封水增壓泵運行參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，未出現(xiàn)異常情況。凝結(jié)水泵深度變頻改造經(jīng)受住了機組深度調(diào)峰的考驗。

圖5 深度變頻改造前、后凝結(jié)水泵消耗功率對比Fig.5 Power consumption of condensate pumps before and after deep frequency conversion transformation

5 結(jié)束語

增加了密封水增壓泵后，凝結(jié)水泵實現(xiàn)了深度變頻，在機組負荷高于600 MW運行時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥完全開啟，最大限度地降低了節(jié)流損失，凝結(jié)水泵電流、轉(zhuǎn)速和出口壓力均進一步下降。在550 MW以上負荷段運行時，除去增壓泵的能耗，凝結(jié)水泵平均能耗降低約400 kW，且負荷越高節(jié)能效果越明顯。此次凝結(jié)水泵深度變頻改造取得了較好的節(jié)能效果，可為同類型機組的相關(guān)節(jié)能改造提供參考。