基于給水泵密封水與凝結水解耦策略的研究

葉 羅，陳 林

(國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

隨著近年來新能源的大力發展，傳統火電為適應電網調峰需求，低負荷調峰愈發頻繁，而在此狀態下輔機設備運行偏離最佳運行區間，導致經濟性下滑明顯低于設計值。在節能降耗的大環境下，深挖輔機節能空間已成為各火電廠運行管理重點關注的方向[1]。

目前國內多家火電廠為提升低負荷及深度調峰期間(小于40%額定負荷)的運行參數指標，針對凝結水泵提出了“技術改造+運行優化”的綜合節能方案，在系統針對性改造的基礎上進行凝結水泵低負荷深度變頻優化，獲得了較好的節能效果[2-4]。以某火電廠1 000 MW機組為例，改造優化后實現平均廠用電率降低0.04%。

凝結水泵深度變頻優化工作是一個系統性問題，在帶來較好經濟性的同時對機組而言也帶來新的問題隱患。本文以某超臨界1 000 MW機組為研究對象，綜合考慮關聯系統及其運行方式的問題，提出一種基于給水泵密封水與凝結水的解耦策略，在保證經濟性的同時兼顧安全性。

1 系統概述

某火電廠1 000 MW機組配有兩臺凝結水泵，采用變頻一拖二設計，其中一臺正常變頻運行，另一臺工頻狀態備用。除氧器上水流量通過兩路并列的除氧器水位主、副調節閥控制。配置2×50%BMCR容量的汽動給水泵組(該機組無電動給水泵)，汽動給水泵密封采用浮動密封，密封水直接取自凝結水泵出口的雜用戶母管[5]，如圖1所示。

圖1 改造前密封水與凝結水系統

該廠為實現凝結水泵深度變頻，進行了技術改造，即將汽動給水泵密封水在從雜用戶母管引出后，經過密封水增壓泵升壓后再供給汽泵密封環，如圖2所示。密封水增壓泵參數如表1所示。

圖2 改造后密封水與凝結水系統

表1 密封水增壓泵參數

2 問題分析

該廠凝結水泵設計揚程390 m，密封水增壓泵設計揚程170 m，而對于汽泵密封水根據設計要求需控制在1.8～3.5 MPa。從上述數據可以看出，密封水增壓泵無法與工頻凝結水泵在同一工況下運行，否則密封環處密封水壓力將超過上限值，故在給水泵密封水系統增設增壓泵后，同時對相關運行邏輯進行優化，以適應系統變化。運行優化主要體現在以下3個方面。

(1)正常1臺凝結水泵保持變頻運行，目標調節除氧器水位。除氧器上水主、副調節閥選擇負荷控制模式，即隨負荷變動調節凝結水壓力，目標是維持較低凝結水壓力，促使除氧器上水主、副調節閥保持較大開度。

(2)當凝結水泵變頻故障切至工頻運行時，密封水增壓泵聯鎖跳閘，以防止密封水壓力過高。同時除氧器上水主、副調節閥由原來負荷控制切換至控水模式，迅速下關以防止除氧器水位失控。

(3)當2臺密封水增壓泵故障停運時，凝結水泵變頻自動提升至高出力，以補償密封水增壓泵失去后密封水的壓降。同時發指令至汽泵組密封水調節閥致使超馳全開，防止變頻凝結水泵升轉速期間密封水回水溫度升高過快。

通過上述分析可以看出，給水泵密封水與凝節水耦合度較高，隨之帶來以下3個問題。

(1)若出現2臺凝泵故障停運，則凝結水雜用戶母管即發生斷水，從而導致失去密封水。密封水回水溫度高帶保護聯跳汽泵組[6]，發生斷水基本無處置反應時間，2臺汽泵組跳閘觸發機組MFT保護停運，帶來較大的損失。

(2)無論是密封水增壓泵跳閘還是凝結水泵切至工頻運行，在暫態下對密封水壓力必有較大擾動，從而對密封水回水溫度產生較大影響。這種密封水突變惡劣工況對汽泵組的振動也將會產生較大影響，嚴重情況下會造成汽泵組振動大跳閘。

(3)邏輯優化后，密封水增壓泵、凝結水泵、除氧器上水主、副調節閥以及汽泵組密封水調節閥均為涉及的動作對象，對設備可靠性以及靈敏度提出了更高的要求，任一環節失控或調節滯后都會使故障擴大。

3 解決方案

針對“技術改造+運行優化”帶來的上述問題，本文提出兩個解決方案。

3.1 給水泵密封水水源改為凝補水

該廠凝補水系統設有500 m3凝補水箱一個，配有3臺凝輸泵，正常一運兩備，其可靠性、穩定性高。同時凝輸泵設計入口壓力為0.9 MPa，凝補水箱正常水位為4～10 m，繼而凝輸泵出口總壓力為0.94～1.0 MPa，較為穩定，正好在密封水增壓泵入口壓力適合范圍之內，故可將給水泵密封水水源由凝結水改為凝補水，如圖3所示。

圖3 方案一改造圖示

水源改變后，密封水徹底與凝結水解耦。該方案具有如下優點：密封水壓力不再受凝結水壓力影響，各負荷段下較為穩定，同時汽泵組密封水調節閥開、關浮動也會大幅降低，故障率得到明顯改善；凝結水泵運行方式改變，尤其是變頻跳閘工頻聯啟時，密封水增壓泵無須陪停，擾動大大降低。

但該方案也存在不足：凝補水壓力不高，無法滿足密封水1.8～3.5 MPa需求，故而對密封水增壓泵可靠性要求高，出現任一故障時其備用均需及時并入系統，否則密封水斷水；由于密封環設計精密，對水質要求較高且汽泵組一旦投運就無法暫停使用，當凝補水箱受到污染時，機組無法有效隔絕，會造成密封環損壞以及凝汽器水質惡化的局面。而現系統取用凝結水雜用戶母管，該部分凝結水經過前置過濾器以及精處理混床處理，水質可靠性高。

3.2 增設給水泵密封水水箱

對于系統而言，在正常運行過程中除氧器具有一定蓄水量，可滿足凝結水斷水后5～10 min機組的用水量，為凝泵的搶投留有一定的處置時間。為利用好這5～10 min的時間，可在增壓泵入口設置水箱，水箱水源正常取自凝結水雜用戶母管，即水箱作為雜用戶母管與密封水增壓泵之間的緩沖。同時為便于隔離檢修，在雜用戶母管與水箱之間設置截止閥。水箱另一路水來自凝輸泵出口，當雜用戶無法供應時可以用凝輸水管路供應。

根據該廠密封水參數，密封水泵設計流量為57 m3/h，簡略折算實際流量為40 m3/h左右，取10 min所需容量為7 m3左右，故給水泵密封水水箱可選擇7 m3左右即可滿足此特殊工況。

運行機理：正常運行時密封水由密封水泵將水箱中的水進行升壓后供給，當其中1臺泵發生故障時，備泵聯啟正常后供給。若2臺泵均發生故障，可設置聯鎖邏輯提高凝結水泵變頻轉速，通過應急回路供給(正常運行時應急回路兩路手動閥正常開啟，正常運行時雜用戶壓力低于密封水泵出口母管壓力)，保證密封水供應可靠。同時，為保證水箱水位保持正常液位，特設置兩路補水，一路為正常補水，由凝結水雜用戶供給，保證有效循環。當凝補水只有在雜用戶中斷或該路補水故障、檢修時，臨時采用凝補水進行補給。

給泵密封水壓是一個與泵入口壓力相關的函數，如式(1)所示，因此，密封水泵也應具有調壓功能，考慮思路有二：方案一是可以設置1臺變頻泵作為正常運行，另一臺可設置工頻泵，保證給泵最大出力時密封水壓要求；或設置2臺工頻泵，保證工頻運轉時滿足給泵最大出力時的密封水壓要求，平時通過再循環調節閥調節泵出口壓力以滿足要求。

Pk，a≥(Ps+1)×4/7+3.5

(1)

式中：Pk,a為密封水壓力；Ps為給泵入口壓力。

方案二是僅將凝補水作為備用應急補水，彌補了方案一水源受污染的缺點，同時水箱的設置可緩沖變負荷帶來的凝結水壓力擾動，并且采取設置應急回路的方式，為密封水供給多了一道保障。

4 結論

本文通過深入剖析當前給水泵密封水與凝結水問題現狀，找到了給水泵密封水與凝結水耦合帶來的問題癥結所在，并提出對應的解決方案，得出以下結論。

(1)隨著機組運行年限增加，設備可靠性、穩定性下降是難以避免的，結合歷年來的設備異常，發現凝結水泵故障風險不可忽視，故而需進行給水泵密封水與凝結水解耦方案探索。

(2)給水泵密封水水源改為凝補水，該方案具有系統改造簡單、解耦程度高等優點，但無法避免受到凝補水水質的影響，且遇到2臺密封水增壓泵故障，由于凝輸泵來水壓力偏低，密封水回水溫度難以保證。

(3)增設給水泵密封水水箱，可有效在密封水與凝結水之間增加緩沖，降低凝結水泵異常對密封水系統的擾動，當增壓泵異常時凝結水可有效補充。總體而言，該方案可較好解決當前存在問題，具有一定優越性。