浙能樂清電廠#1機組凝結水泵深度變頻控制策略及節能分析

陳雙照

(浙江浙能樂清發電有限責任公司浙江樂清325609)

0 概述

如何降低火力發電廠發電成本、提高企業效益和機組運行的可靠性與經濟性已成為發電企業目前面臨的一個重大課題，而機組節能降耗是該課題中的一個重要環節。隨著高壓變頻技術的日趨成熟，越來越多的發電企業對廠用高壓電機進行了變頻改造，將原來的工頻泵（風機）改變其性能曲線，使其出口壓力、流量及電機能耗達到最佳匹配，達到節能降耗的目的。

1 設備簡介

浙能樂清發電有限公司工程建設規模為2×600MW國產超臨界和2×660MW超超臨界燃煤機組，本機組由上海汽輪機有限公司（STC）與西門子西屋聯合設計制造的超臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、高中壓合缸、反動凝汽式汽輪機。凝結水泵的主要作用是將凝汽器內的凝結水升壓后，經凝結水精處理、軸封加熱器和各低壓加熱器后送入除氧器，并還向各有關用戶提供專項用水。

2 深度變頻制約因素及控制對象

2.1 變頻控制的制約因素

目前火力發電廠中凝結水系統在運行過程中存在除氧器水位調節閥開啟不足、節流劇烈的現象非常普遍，造成此現象的主要原因有 ：（1）凝泵的設計量程裕量較大，設計院一般按最大凝結水量計算凝結水系統阻力時加10%～20%裕量。(2)輔機制造廠提供的低壓加熱器和軸封冷卻器的保證壓降偏大；（3）大容量機組除氧器采用滑壓運行，其實際工作壓力低于凝泵確定揚程采用的最大工作壓力；（4）凝泵出口壓力確保不低于最小允許值。一般情況下，低旁減溫水、給泵密封水這兩個用戶對凝結水壓力值要求較高，這也是制約凝泵出口壓力降低的因素。實際上給泵密封水廠家要求的密封水壓力一般有較大的裕量，可以通過試驗適當降低，也可在邏輯上進行完善。低旁減溫水通常是在啟動或事故狀態下使用，這個可以通過機組在不同運行狀態下，凝泵變頻采用不同的運行方式以及在事故狀態下通過凝泵壓力提升得以解決，從而達到在正常運行時的節能目的。

2.2 變頻控制對象

凝結水系統在運行過程中存在除氧器水位調節閥開啟不足、節流劇烈的現象嚴重，由節流產生的能量浪費是變頻控制的關鍵，如何減小節流損失，降低凝泵電流是凝泵節能的主要切入點，為此我們在大量的試驗基礎上修改了凝結水系統的控制邏輯，且實踐證明節能效果顯著。

變頻控制策略要在降低凝泵電流、節省能源的基礎上保證除氧器水位、凝結水出口壓力。那么變頻控制的對象關鍵在于除氧器水位調節閥及凝泵轉速，控制目標位除氧器水位和凝結水壓力。

3 深度變頻控制策略

3.1 凝泵變頻控壓模式

當機組處于啟動或停機狀態時（負荷小于100MW），高低壓旁路運行，機組對凝結水壓力要求較高，此時凝泵變頻可采用控制凝結水母管壓力的模式，凝水主、副調整門投入自動控制除氧器水位；機組啟動時針對低旁及給泵密封式可能出現的各種狀況，可使凝泵在事故狀態下具備壓力自動提升的功能，提供用戶足夠的水量，最大程度上保證機組安全。壓力提升條件：當任一低旁后溫度大于120℃（復歸小于90℃）；或任一汽泵密封回水溫度大于75℃（復歸小于70℃）；或低旁開度指令大于5%（復歸小于3%）且開高旁且無低旁快關；或低旁快開；或高旁快開。

經過多次試驗，在變頻控壓模式下（負荷100MW以下控壓力），凝結水母管壓力設定值為以下取大值（負荷對應凝水母管壓力函數值、除氧器壓力+0.3MPa、壓力提升條件觸發（發5秒脈沖）時，壓力為1.8MPa）疊加操作員設偏置。具體負荷對應凝結水母管壓力如表1。

表1 變頻控壓模式下負荷對應凝結水母管壓力

3.2 凝泵變頻控水位模式

當機組負荷大于100MW凝泵變頻采用控制除氧器水位，凝水主、副調整門按負荷對應的函數緩慢至全開，全開后由凝泵變頻控制除氧器水位。同時為防止減負荷至較低時，凝結水壓力達到低限后除氧器水位上升或從低負荷加至高負荷時水位降低，規定凝水副調整門當負荷小于295MW時，緩慢關閉；當負荷大于330MW時，緩慢開足。機組負荷對應凝結水母管壓力如表2。

表2 變頻控水位模式下機組負荷對應凝結水母管壓力

變頻控制減閉鎖條件：凝結水母管壓力小于負荷對應壓力值時；低旁投用時凝結水母管壓力小于1.8MPa。

3.3 除氧器主調控制策略

在變頻水位控制模式下，為了能在不同的負荷下更準確快速的控制除氧器水位，設定除氧器主調門在100MW以上時投入自動，此時變頻器控水位，主調門開度為負荷對應開度的函數區間內（表3），當主調整門控液位切至變頻器控液位時主調門平滑開至某一位置。

表3 水位控制模式下負荷對應主調門開度

同時為防止事故狀態下，凝結水壓力提升引起除氧器水位過高，設定當壓力提升條件觸發或任一凝泵工頻時發5秒脈沖，主調門閥位跟蹤負荷函數（表4）

表4 壓力提升觸發后負荷對應主調門開度

4 節能分析

樂清電廠#1機組從168試運行至今，凝泵經歷幾番改造，從最早的工頻運行到變頻運行再到如今深度變頻運行，節能效果逐步提高。

工頻階段通過調節除氧器水位調節閥的開度實現除氧器水位控制。這種自動控制方式節流損失大能耗高。

4.1 變頻階段，變頻階段凝泵出口壓力控制在2.3MPa仍然由除氧器水位調節閥控制除氧器水位由凝泵轉速來控制凝泵出口壓力。雖然有一定的節能效果但仍有潛力可挖。

4.2 深度變頻后在300MW以上負荷除氧器水位調節閥手動全開通過凝泵轉速來控制流量調節除氧器水位。當機組負荷變化時凝泵轉速和流量跟隨負荷變化而變化，凝泵的工作點始終落在高效率點附近。當凝泵轉速減小時其電動機的能耗以其三次方的速率下降節電效果非常顯著。當機組在300MW以下負荷時凝泵出口壓力控制在1.0MPa除氧器水位調節閥參于水位調節。

5 結語

本文通過對凝結水系統、凝泵及除氧器上水調門的全程控制策略進行優化，不但達到變頻、工頻泵的安全穩定運行，而且節能降耗效果顯著。凝結水系統的自動控制能夠在機組從啟動到停機的任何狀態下全程投入，也避免了爐干濕態轉換對凝結水的擾動。各種事故狀態下，凝結水的壓力提升又能有效的保證凝結水各個用戶的用水要求，從而保證機組安全穩定的運行。

[1]張寶，凝結水泵變頻改造調試與節能潛力挖掘[J].浙江電力，2008,27（5）：33～35.

[2]程偉良，徐壽臣.電廠凝結水泵變頻調節方式的經濟性分析[J].華東電力，2004,32（8）：10～13.