某廠3、4號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵變頻深度優(yōu)化節(jié)能分析

文_陳偉 廣東紅海灣發(fā)電有限公司

某廠二控為3、4號(hào)機(jī)組，裝機(jī)容量為2×660MW，每臺(tái)機(jī)組分別配備兩臺(tái)100%容量的凝結(jié)水泵。凝結(jié)水經(jīng)過凝結(jié)水泵升壓后流經(jīng)軸封加熱器，通過主、副調(diào)節(jié)門和低壓加熱器進(jìn)入除氧器，通過調(diào)節(jié)主、副調(diào)節(jié)門開度來調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，維持除氧器水位的穩(wěn)定來滿足機(jī)組運(yùn)行的需要。另外，凝結(jié)水還供給汽泵密封水、凝結(jié)水泵密封水、低壓旁路減溫、汽機(jī)低壓缸減溫噴水以及汽輪機(jī)低壓軸封汽減溫水等用水。除外，凝結(jié)水系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了凝結(jié)水再循環(huán)管路，通過再循環(huán)調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水最小流量等，以防止機(jī)組低負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水泵汽蝕和凝結(jié)水系統(tǒng)超壓。

1 凝結(jié)水泵變頻優(yōu)化前狀況

2014年，某廠對(duì)3、4號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵進(jìn)行了變頻改造，兩臺(tái)凝結(jié)水泵電機(jī)共用一臺(tái)變頻器，正常時(shí)變頻器帶一臺(tái)凝結(jié)水泵運(yùn)行，另一臺(tái)凝結(jié)水泵工頻備用（電氣接線見圖1），每月定期切換一次。

圖1 除氧器上水調(diào)節(jié)閥控制邏輯圖

正常運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水泵通過變頻與主、副調(diào)節(jié)門開度自動(dòng)控制維持除氧器水位。3、4號(hào)機(jī)組凝結(jié)水泵變頻和除氧器水位控制原邏輯為機(jī)組負(fù)荷160MW以下時(shí)除氧器主副調(diào)門通過除氧器水位單沖量控制；機(jī)組負(fù)荷升至160～330MW和降負(fù)荷至280～160MW時(shí)，除氧器主、副調(diào)門通過除氧器水位、主給水流量和凝結(jié)水至除氧器流量三個(gè)模擬量三沖量控制除氧器水位。凝結(jié)水泵變頻自動(dòng)控制凝結(jié)水泵出口壓力為2.3MPa。機(jī)組負(fù)荷升至330MW以上或降負(fù)荷至280MW前，凝結(jié)水泵變頻切換至三沖量調(diào)節(jié)控制除氧器水位。在這控制范圍中除氧器水位調(diào)節(jié)門自動(dòng)控制凝結(jié)水泵出口壓力為2.3MPa。

2 凝結(jié)水泵優(yōu)化過程實(shí)踐探索

2.1 優(yōu)化凝結(jié)水泵出口壓力曲線

保持原來邏輯不變，優(yōu)化凝泵變頻機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力和除氧器水位控制。之前低負(fù)荷時(shí)，凝泵變頻控制凝泵出口母管壓力和機(jī)組變負(fù)荷時(shí)除氧器主、副調(diào)門控制壓力為定值，現(xiàn)將定值修改為函數(shù)F（x）關(guān)系。該函數(shù)曲線是負(fù)荷對(duì)應(yīng)凝泵出口壓力關(guān)系，在機(jī)組低負(fù)荷（250MW及以下）時(shí)，考慮到此負(fù)荷段機(jī)組多數(shù)處于啟、停機(jī)操作階段或在機(jī)組MFT時(shí)，需要使用大量減溫水，故維持原凝泵出口壓力2.3MPa；負(fù)荷250～330MW時(shí)，隨著負(fù)荷升高，變頻調(diào)節(jié)逐漸降低凝泵轉(zhuǎn)速，除氧器水位主調(diào)門開度逐漸開大，凝泵出口壓力最低降至1.5MPa；負(fù)荷330MW以上時(shí)，維持凝泵出口壓力設(shè)定值1.5MPa。新函數(shù)主要優(yōu)化了機(jī)組負(fù)荷在250MW以上時(shí)凝泵出口的壓力曲線，通過逐漸全開除氧器水位主調(diào)門降低凝泵出口壓力，從而減少了管道閥門的阻力和節(jié)流損失。通過試驗(yàn)證明，此函數(shù)曲線能夠滿足凝泵出口最低壓力時(shí)疏水?dāng)U容器、化學(xué)精處理裝置等用戶對(duì)減溫水的需求。

2.2 優(yōu)化除氧器水位跟蹤精度

考慮到機(jī)組突發(fā)事故處理或凝結(jié)水泵異常工況造成除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力大幅擾動(dòng)時(shí)，凝泵變頻控制能夠快速控制穩(wěn)定。其中，正常負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，除氧器水位波動(dòng)不超過50mm，異常時(shí)不大于100mm；凝泵出口壓力波動(dòng)小于0.1MPa，故障情況下不得低于1.0MPa。熱工人員根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化凝泵變頻三沖量控制。配合凝泵出口壓力的優(yōu)化，相關(guān)定值亦作出相應(yīng)修改。工頻時(shí)，凝泵出口壓力低于1.7MPa聯(lián)啟備用泵；變頻時(shí)，將原聯(lián)啟備用泵的壓力1.7MPa修改為1.1MPa，將凝結(jié)水泵出口壓力低報(bào)警值改為1.3MPa。根據(jù)同類型電廠調(diào)研情況，重新整定凝泵出口壓力低聯(lián)開精處理旁路數(shù)值，結(jié)合優(yōu)化前試驗(yàn)情況，將目前的凝泵出口壓力低聯(lián)開精處理旁路定值由1.2MPa修改為1.0MPa。

2.3 低負(fù)荷凝結(jié)水泵出口壓力曲線深度優(yōu)化

凝泵出口壓力曲線優(yōu)化實(shí)施運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在滿足化學(xué)精處理及凝結(jié)水泵密封水壓力情況下，凝泵出口壓力下限仍有優(yōu)化空間。機(jī)組低負(fù)荷大幅加負(fù)荷時(shí)，凝泵出口壓力過低容易導(dǎo)致化學(xué)精處理跳閘及凝泵密封水壓力低影響機(jī)組真空，故不考慮修改函數(shù)數(shù)值，而是在已優(yōu)化壓力曲線的基礎(chǔ)上，增加凝泵出口壓力手動(dòng)設(shè)定偏置（可在-0.25～0.25MPa之間調(diào)節(jié)）。機(jī)組負(fù)荷在300～400MW時(shí)通過減小偏置，將凝泵出口壓力最低可降至1.4MPa（自動(dòng)控制壓力下限值）。大幅度加負(fù)荷時(shí)，又可通過增加偏置快速提高凝泵出口壓力，保證機(jī)組變負(fù)荷時(shí)除氧器水位穩(wěn)定。考慮到機(jī)組MFT時(shí)需大量使用減溫水，當(dāng)任一低旁調(diào)門開度超過5%或低旁減溫水調(diào)門開度超過50%時(shí)，通過增加偏置自動(dòng)提高凝結(jié)水泵出口壓力，保證減溫水用戶的供給水量，特別是低旁減溫水的用量。增加凝泵出口壓力手動(dòng)設(shè)定偏置后，在低負(fù)荷穩(wěn)定工況時(shí)可靈活將凝泵出口壓力調(diào)至最低值，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能效果。根據(jù)凝泵出口壓力下限優(yōu)化前試驗(yàn)，凝泵出口壓力低聯(lián)開精處理旁路定值再次由1.0MPa修改為0.8MPa。

2.4 優(yōu)化除氧器上水副調(diào)門邏輯

3、4號(hào)機(jī)組在中高負(fù)荷時(shí)，通過開啟除氧器副調(diào)門，進(jìn)一步降低凝泵電耗。投入機(jī)組凝泵變頻自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于450MW，除氧器主調(diào)門開度大于80%且凝泵出口壓力大于1.6MPa時(shí)，除氧器副調(diào)門自動(dòng)緩慢開啟至全開；機(jī)組負(fù)荷小于400MW，除氧器主調(diào)門開度小于60%或凝泵出口壓力低于1.4MPa時(shí)，除氧器副調(diào)門自動(dòng)緩慢關(guān)閉。除氧器副調(diào)門開關(guān)速率按除氧器水位控制情況調(diào)整，開關(guān)速率設(shè)置為1%每秒。該節(jié)能措施在凝泵工頻運(yùn)行時(shí)不起作用，所以凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行、凝泵故障處理時(shí)，除氧器副調(diào)門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，該邏輯優(yōu)化后既不影響正常運(yùn)行時(shí)除氧器調(diào)門和變頻自動(dòng)控制，也不影響低負(fù)荷時(shí)（約160MW）除氧器主、副調(diào)門控制自動(dòng)切換。

2.5 解決凝結(jié)水泵低速共振問題

為解決凝泵深度變頻后，凝泵低速運(yùn)行給凝泵及電機(jī)帶來的共振問題，在凝泵泵體及電機(jī)處增加振動(dòng)等測(cè)點(diǎn)，通過增加測(cè)點(diǎn)監(jiān)視，確保凝泵運(yùn)行安全。除此之外，通過增加平衡塊方式降低共振頻率或通過避開振動(dòng)大轉(zhuǎn)速區(qū)域，有效解決凝泵變頻低速共振問題。

3 效益分析

從表1中可知，凝結(jié)水泵變頻深度優(yōu)化后，凝結(jié)水泵出口壓力得以大幅度降低，低負(fù)荷時(shí)除氧器上水主調(diào)門較優(yōu)化前開度有所增大，中、高負(fù)荷時(shí)除氧器上水副調(diào)門參與調(diào)節(jié)，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)節(jié)流損失。深度優(yōu)化后，負(fù)荷越低，節(jié)能效果越顯著。

表1 凝結(jié)水泵變頻及變頻深度優(yōu)化運(yùn)行時(shí)主要參數(shù)

凝結(jié)水泵變頻時(shí)電機(jī)功率因數(shù)為0.95，按照電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算方法，可以得出凝結(jié)水泵在不同負(fù)荷工況下的功率。通過圖表繪制凝結(jié)水泵在不同負(fù)荷工況下變頻及變頻深度優(yōu)化運(yùn)行時(shí)功率曲線可以得出，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行進(jìn)行深度優(yōu)化后節(jié)電率在24%～42%之間，節(jié)能效果得到極大改善。

4 結(jié)語(yǔ)

按照某廠3、4號(hào)機(jī)組總發(fā)電量約為572000萬kWh，每臺(tái)機(jī)組年運(yùn)行 時(shí)間為572000/（66×2）=4333h，每臺(tái)機(jī)組深度優(yōu)化前凝結(jié)水泵平均電耗為967kw/h，平均節(jié)電率32.8%；則某廠3、4號(hào)機(jī)組估算一年可節(jié)約電量967/10000×4333×0.328×2=274.87萬kWh。