浙能樂清電廠#1機(jī)組凝結(jié)水泵深度變頻控制策略及節(jié)能分析

陳雙照

(浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司浙江樂清325609)

0 概述

如何降低火力發(fā)電廠發(fā)電成本、提高企業(yè)效益和機(jī)組運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性已成為發(fā)電企業(yè)目前面臨的一個重大課題，而機(jī)組節(jié)能降耗是該課題中的一個重要環(huán)節(jié)。隨著高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，越來越多的發(fā)電企業(yè)對廠用高壓電機(jī)進(jìn)行了變頻改造，將原來的工頻泵（風(fēng)機(jī)）改變其性能曲線，使其出口壓力、流量及電機(jī)能耗達(dá)到最佳匹配，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 設(shè)備簡介

浙能樂清發(fā)電有限公司工程建設(shè)規(guī)模為2×600MW國產(chǎn)超臨界和2×660MW超超臨界燃煤機(jī)組，本機(jī)組由上海汽輪機(jī)有限公司（STC）與西門子西屋聯(lián)合設(shè)計(jì)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(jī)。凝結(jié)水泵的主要作用是將凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水升壓后，經(jīng)凝結(jié)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(guān)用戶提供專項(xiàng)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(fā)電廠中凝結(jié)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在除氧器水位調(diào)節(jié)閥開啟不足、節(jié)流劇烈的現(xiàn)象非常普遍，造成此現(xiàn)象的主要原因有 ：（1）凝泵的設(shè)計(jì)量程裕量較大，設(shè)計(jì)院一般按最大凝結(jié)水量計(jì)算凝結(jié)水系統(tǒng)阻力時加10%～20%裕量。(2)輔機(jī)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(jī)組除氧器采用滑壓運(yùn)行，其實(shí)際工作壓力低于凝泵確定揚(yáng)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(jié)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(shí)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(yàn)適當(dāng)降低，也可在邏輯上進(jìn)行完善。低旁減溫水通常是在啟動或事故狀態(tài)下使用，這個可以通過機(jī)組在不同運(yùn)行狀態(tài)下，凝泵變頻采用不同的運(yùn)行方式以及在事故狀態(tài)下通過凝泵壓力提升得以解決，從而達(dá)到在正常運(yùn)行時的節(jié)能目的。

2.2 變頻控制對象

凝結(jié)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在除氧器水位調(diào)節(jié)閥開啟不足、節(jié)流劇烈的現(xiàn)象嚴(yán)重，由節(jié)流產(chǎn)生的能量浪費(fèi)是變頻控制的關(guān)鍵，如何減小節(jié)流損失，降低凝泵電流是凝泵節(jié)能的主要切入點(diǎn)，為此我們在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上修改了凝結(jié)水系統(tǒng)的控制邏輯，且實(shí)踐證明節(jié)能效果顯著。

變頻控制策略要在降低凝泵電流、節(jié)省能源的基礎(chǔ)上保證除氧器水位、凝結(jié)水出口壓力。那么變頻控制的對象關(guān)鍵在于除氧器水位調(diào)節(jié)閥及凝泵轉(zhuǎn)速，控制目標(biāo)位除氧器水位和凝結(jié)水壓力。

3 深度變頻控制策略

3.1 凝泵變頻控壓模式

當(dāng)機(jī)組處于啟動或停機(jī)狀態(tài)時（負(fù)荷小于100MW），高低壓旁路運(yùn)行，機(jī)組對凝結(jié)水壓力要求較高，此時凝泵變頻可采用控制凝結(jié)水母管壓力的模式，凝水主、副調(diào)整門投入自動控制除氧器水位；機(jī)組啟動時針對低旁及給泵密封式可能出現(xiàn)的各種狀況，可使凝泵在事故狀態(tài)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(jī)組安全。壓力提升條件：當(dāng)任一低旁后溫度大于120℃（復(fù)歸小于90℃）；或任一汽泵密封回水溫度大于75℃（復(fù)歸小于70℃）；或低旁開度指令大于5%（復(fù)歸小于3%）且開高旁且無低旁快關(guān)；或低旁快開；或高旁快開。

經(jīng)過多次試驗(yàn)，在變頻控壓模式下（負(fù)荷100MW以下控壓力），凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值為以下取大值（負(fù)荷對應(yīng)凝水母管壓力函數(shù)值、除氧器壓力+0.3MPa、壓力提升條件觸發(fā)（發(fā)5秒脈沖）時，壓力為1.8MPa）疊加操作員設(shè)偏置。具體負(fù)荷對應(yīng)凝結(jié)水母管壓力如表1。

表1 變頻控壓模式下負(fù)荷對應(yīng)凝結(jié)水母管壓力

3.2 凝泵變頻控水位模式

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于100MW凝泵變頻采用控制除氧器水位，凝水主、副調(diào)整門按負(fù)荷對應(yīng)的函數(shù)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(fù)荷至較低時，凝結(jié)水壓力達(dá)到低限后除氧器水位上升或從低負(fù)荷加至高負(fù)荷時水位降低，規(guī)定凝水副調(diào)整門當(dāng)負(fù)荷小于295MW時，緩慢關(guān)閉；當(dāng)負(fù)荷大于330MW時，緩慢開足。機(jī)組負(fù)荷對應(yīng)凝結(jié)水母管壓力如表2。

表2 變頻控水位模式下機(jī)組負(fù)荷對應(yīng)凝結(jié)水母管壓力

變頻控制減閉鎖條件：凝結(jié)水母管壓力小于負(fù)荷對應(yīng)壓力值時；低旁投用時凝結(jié)水母管壓力小于1.8MPa。

3.3 除氧器主調(diào)控制策略

在變頻水位控制模式下，為了能在不同的負(fù)荷下更準(zhǔn)確快速的控制除氧器水位，設(shè)定除氧器主調(diào)門在100MW以上時投入自動，此時變頻器控水位，主調(diào)門開度為負(fù)荷對應(yīng)開度的函數(shù)區(qū)間內(nèi)（表3），當(dāng)主調(diào)整門控液位切至變頻器控液位時主調(diào)門平滑開至某一位置。

表3 水位控制模式下負(fù)荷對應(yīng)主調(diào)門開度

同時為防止事故狀態(tài)下，凝結(jié)水壓力提升引起除氧器水位過高，設(shè)定當(dāng)壓力提升條件觸發(fā)或任一凝泵工頻時發(fā)5秒脈沖，主調(diào)門閥位跟蹤負(fù)荷函數(shù)（表4）

表4 壓力提升觸發(fā)后負(fù)荷對應(yīng)主調(diào)門開度

4 節(jié)能分析

樂清電廠#1機(jī)組從168試運(yùn)行至今，凝泵經(jīng)歷幾番改造，從最早的工頻運(yùn)行到變頻運(yùn)行再到如今深度變頻運(yùn)行，節(jié)能效果逐步提高。

工頻階段通過調(diào)節(jié)除氧器水位調(diào)節(jié)閥的開度實(shí)現(xiàn)除氧器水位控制。這種自動控制方式節(jié)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(diào)節(jié)閥控制除氧器水位由凝泵轉(zhuǎn)速來控制凝泵出口壓力。雖然有一定的節(jié)能效果但仍有潛力可挖。

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

5 結(jié)語

本文通過對凝結(jié)水系統(tǒng)、凝泵及除氧器上水調(diào)門的全程控制策略進(jìn)行優(yōu)化，不但達(dá)到變頻、工頻泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且節(jié)能降耗效果顯著。凝結(jié)水系統(tǒng)的自動控制能夠在機(jī)組從啟動到停機(jī)的任何狀態(tài)下全程投入，也避免了爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換對凝結(jié)水的擾動。各種事故狀態(tài)下，凝結(jié)水的壓力提升又能有效的保證凝結(jié)水各個用戶的用水要求，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1]張寶，凝結(jié)水泵變頻改造調(diào)試與節(jié)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(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟(jì)性分析[J].華東電力，2004,32（8）：10～13.