燃氣-蒸汽聯合循環電廠高壓給水泵節能優化

崔巍

摘 要：為保證高壓給水泵出口調節閥門前后一直保持1.3MPa左右的差壓，高壓給水泵調節閥一直工作在較高的壓力工況下，該調節閥需要頻繁動作導致閥門容易磨損，每三四年就得更換一次，更換一個嶄新的閥門不僅購買代價較高、更新時間較長、維護費時費力，而且對機組的安全穩定連續正常運行也會造成一定的影響;另外通過調節高壓給水調節閥開度改變給水流量進而控制高壓汽包水位的節流調節方法存在著較大的節流損失。而高壓給水泵液力耦合器作為節能設備，可以無級變速運轉，工作可靠、操作簡便、調節靈活、維修方便，采用高壓給水泵液力耦合器便于實現高壓汽包水位的全程給水自動調節，以適應負荷大范圍變化的需要，可節約大量電能。因此，有必要對現有控制方案進行節能優化改造。

關鍵詞：高壓給水泵;液力耦合器;優化;節能

1余熱鍋爐高壓汽水系統的現有控制方案

2010年以前投產燃氣機組余熱鍋爐高壓汽水系統實際控制方案中，通過調節高壓給水調節閥開度控制給水流量進而調節高壓汽包水位，通過調節高壓給水泵液力耦合器勺管開度控制高壓給水調節閥前后差壓穩定在1.30MPa左右。

2本項目節能優化改造目標

為實現余熱鍋爐高壓汽水系統的節能優化運行，需要取消高壓給水調節閥的自動控制功能，正常工作時改為全開狀態，也即取消高壓給水調節閥前后差壓的控制功能;改為通過調節#1、#2高壓給水泵液力耦合器勺管開度指令調節高壓汽包水位。

3節能優化解決方案

3.1節能優化改造最終實現的功能

本次節能優化改造最終實現的功能如下：

3.1.1在新方案投入情況下，高壓給水調節閥不參與水位調節，處于幾乎全開狀態（開度>90%），且只能是手動狀態;

3.1.2 #1、#2號高壓給水泵不再控制給水調節閥前后差壓，而是通過轉速調節自動控制高壓汽包水位;

3.1.3在設備啟、停過程中，當水位穩定后，投入“液耦水位調節模式”，此時在“液耦水位調節模式”內“水位控制”靶標下的液位反饋應自動跟蹤當前水位（始終），隨后逐漸開啟水位調節閥至全開，待調節穩定后投入“液耦水位調節模式”內“水位控制”設定高壓汽包液位點。在機組運行狀態升降負荷過程中（例如機組負荷變化范圍140MW-210MW或210MW-140WM），控制可靠無擾動。

3.1.4在新模式投入狀態，高壓給水調節閥自動切換到手動控制模式，且可用。當出現突發情況“液耦水位調節模式”自動退出或需要手動退出，原有控制模式中的給水調閥、差壓控制、液耦控制應均在手動模式。

3.2總體修改思路（新舊方案的邏輯關系）

新舊方案投切按鈕：畫面上的“液耦水位控制模式選擇”操作按鈕，按下“投入”按鈕，則切換為新方案;按下“液耦水位控制模式選擇”退出按鈕，則切換為原來的舊方案。

無論何時，一旦發生投入或退出“液耦水位控制模式選擇”切換操作，就自動強制A、B高壓給水泵液力耦合器切手動。

新方案：一旦切換為新方案后，A、B高壓給水泵液力耦合器均自動切手動， 高壓給水調節閥也切手動。此時，通過操作水位控制操作面板控制。

手動調節高壓給水調節閥，在保證高壓汽包水位穩定的情況下逐漸增大直至開大到90%甚至100%;通過手動調節A、B高壓給水泵液力耦合器勺管開度穩定高壓汽包水位。

舊方案：一旦按下“液耦水位控制模式選擇”退出按鈕后，與原來的操作過程完全一致。通過監控畫面上的“差壓控制”面板調節高壓給水調節閥前后差壓，通過A、B高壓給水泵液耦水位調節面板調節高壓汽包水位。

A、B高壓給水泵液力耦合器的實際指令都是高壓給水泵總操指令+各自偏置生成。高壓給水泵總操指令由新方案中的水位控制總操和舊方案中的差壓控制總操切換而成，且設計有相互跟蹤，以實現無擾切換。

高壓給水泵總操指令信號切換邏輯：當“液耦水位控制模式選擇”投入時，接受新方案中的高壓給水泵水位控制總操指令，否則，當“液耦水位控制模式選擇”退出時，接受舊方案中的高壓給水泵差壓控制總操指令。

舊方案中的高壓給水泵差壓控制總操指令信號形成：

被控變量PV為經濾波處理后的高壓給水調節閥前后差壓，設定值SP由選擇后的高壓給水流量經函數發生器自動產生，設定值SP的偏置由運行人員在監控畫面的差壓控制面板手動輸入，經過限速（0.0033333，0.0033333）限幅（5， - 5）處理后疊加經過限幅（90， 0）后形成最終的設定值。

當“液耦水位控制模式選擇”投入時，舊方案中的高壓給水泵差壓控制總操指令跟蹤高壓給水泵總操指令，否則，跟蹤高壓給水泵指令計算值。

高壓給水泵指令計算值信號產生方式：A、B高壓給水泵都不在停止狀態時，A、B高壓給水泵液力耦合器指令之和除以2得到高壓給水泵指令計算值;任意一個高壓給水泵不在停止狀態時，A、B高壓給水泵液力耦合器指令之和除以1得到高壓給水泵指令計算值;A、B高壓給水泵都在停止狀態時，高壓給水泵指令計算值為0。

前饋控制信號：高壓調節閥開度指令*0.3作為前饋控制信號，用來克服高壓給水調節閥擾動對控制性能的影響。

4控制性能評估和經濟效益分析

采用本節能優化方案后，達到了如下直接經濟效益和間接經濟效益：

直接經濟效益：

#2機組按照2016年實際運行小時數6190.05h計算，機組正常運行時單臺給水泵運行滿足要求，能節約廠用電43.125KW*6190.05h=266945.91度電;#1機組按照2016年實際運行小時數6183.13h計算，僅給水泵廠用電一項就能節約廠用電48.01KW*6183.13h=296852.07度電。

兩臺機組改造完成后，每年共可節約廠用電合計266945.91+296852.07=

563797.9度電。按每度電上網電價0.65元計算，完成本節能優化改造后兩臺機組每年可至少節約563797.9*0.65=366468.635元，約36.65萬元。

間接經濟效益：

2臺高壓給水調節閥如維持現狀，其前后兩端長時間保持較高的壓力，磨損較大，預計兩到三年內需要更換，保守估計由更換這兩個調節閥所產生的設備采購計劃、招標、簽訂合同、采購、運輸、安裝、更換、調試等所產生的時間、人力、財務、機組故障或停運等相關費用至少需要10萬元/臺，合計20萬元。而采用新方案后，高壓給水調節閥前后差壓將由現有的1.3MPa顯著減少（幾乎全開），顯著減小了對高壓給水調節閥的沖刷和損壞，極大地節約了維修時間和費用。

4.1 #2機組控制性能評估和經濟效益分析

4.1.1 #2機組自動控制性能評估

#2機組于2017年4月24日晚上20點到4月25日上午11點30分完成了節能優化現場調試工作。投入新方案后，在典型負荷工況工作點處，在線調整好控制器參數后通知運行人員將高壓汽包水位控制回路投自動，開展高壓汽包水位±20mm、±40mm定值擾動實驗，觀察高壓汽包水位反饋值與設定值趨勢曲線， 記錄高壓汽包水位的初始值、穩定值，動態調節過程中的最大值、穩定時間、穩態誤差、最大動態偏差、衰減率等參數，作為高壓汽包水位自動控制性能的評價依據。為測試所提方案在低負荷和高負荷不同工況下的調節性能，特選取140MW、160MW、200MW等不同負荷穩定工況下開展定值試驗。

采用所提出的節能優化方案后，#2機組在大范圍升降負荷時：140MW升負荷至200MW、200MW降負荷至140MW，高壓汽包水位自動調節均具有較好的控制性能，汽包水位都保持較好的穩定性，波動幅度較小。

5結語

由上述試驗結果和數據分析可知，完成本節能優化改造方案后，#2機組高壓汽包水位自動控制系統在投入新方案后實現了預定的功能且主要參數指標達到預期的自動控制系統調節性能要求。