某廠3、4號機組凝結水泵變頻深度優化節能分析

文_陳偉 廣東紅海灣發電有限公司

某廠二控為3、4號機組，裝機容量為2×660MW，每臺機組分別配備兩臺100%容量的凝結水泵。凝結水經過凝結水泵升壓后流經軸封加熱器，通過主、副調節門和低壓加熱器進入除氧器，通過調節主、副調節門開度來調節凝結水量，維持除氧器水位的穩定來滿足機組運行的需要。另外，凝結水還供給汽泵密封水、凝結水泵密封水、低壓旁路減溫、汽機低壓缸減溫噴水以及汽輪機低壓軸封汽減溫水等用水。除外，凝結水系統還設計了凝結水再循環管路，通過再循環調節閥控制凝結水最小流量等，以防止機組低負荷時凝結水泵汽蝕和凝結水系統超壓。

1 凝結水泵變頻優化前狀況

2014年，某廠對3、4號機組凝結水泵進行了變頻改造，兩臺凝結水泵電機共用一臺變頻器，正常時變頻器帶一臺凝結水泵運行，另一臺凝結水泵工頻備用（電氣接線見圖1），每月定期切換一次。

圖1 除氧器上水調節閥控制邏輯圖

正常運行時，凝結水泵通過變頻與主、副調節門開度自動控制維持除氧器水位。3、4號機組凝結水泵變頻和除氧器水位控制原邏輯為機組負荷160MW以下時除氧器主副調門通過除氧器水位單沖量控制；機組負荷升至160～330MW和降負荷至280～160MW時，除氧器主、副調門通過除氧器水位、主給水流量和凝結水至除氧器流量三個模擬量三沖量控制除氧器水位。凝結水泵變頻自動控制凝結水泵出口壓力為2.3MPa。機組負荷升至330MW以上或降負荷至280MW前，凝結水泵變頻切換至三沖量調節控制除氧器水位。在這控制范圍中除氧器水位調節門自動控制凝結水泵出口壓力為2.3MPa。

2 凝結水泵優化過程實踐探索

2.1 優化凝結水泵出口壓力曲線

保持原來邏輯不變，優化凝泵變頻機組負荷對應的壓力和除氧器水位控制。之前低負荷時，凝泵變頻控制凝泵出口母管壓力和機組變負荷時除氧器主、副調門控制壓力為定值，現將定值修改為函數F（x）關系。該函數曲線是負荷對應凝泵出口壓力關系，在機組低負荷（250MW及以下）時，考慮到此負荷段機組多數處于啟、停機操作階段或在機組MFT時，需要使用大量減溫水，故維持原凝泵出口壓力2.3MPa；負荷250～330MW時，隨著負荷升高，變頻調節逐漸降低凝泵轉速，除氧器水位主調門開度逐漸開大，凝泵出口壓力最低降至1.5MPa；負荷330MW以上時，維持凝泵出口壓力設定值1.5MPa。新函數主要優化了機組負荷在250MW以上時凝泵出口的壓力曲線，通過逐漸全開除氧器水位主調門降低凝泵出口壓力，從而減少了管道閥門的阻力和節流損失。通過試驗證明，此函數曲線能夠滿足凝泵出口最低壓力時疏水擴容器、化學精處理裝置等用戶對減溫水的需求。

2.2 優化除氧器水位跟蹤精度

考慮到機組突發事故處理或凝結水泵異常工況造成除氧器水位和凝結水母管壓力大幅擾動時，凝泵變頻控制能夠快速控制穩定。其中，正常負荷穩定運行時，除氧器水位波動不超過50mm，異常時不大于100mm；凝泵出口壓力波動小于0.1MPa，故障情況下不得低于1.0MPa。熱工人員根據試驗結果，優化凝泵變頻三沖量控制。配合凝泵出口壓力的優化，相關定值亦作出相應修改。工頻時，凝泵出口壓力低于1.7MPa聯啟備用泵；變頻時，將原聯啟備用泵的壓力1.7MPa修改為1.1MPa，將凝結水泵出口壓力低報警值改為1.3MPa。根據同類型電廠調研情況，重新整定凝泵出口壓力低聯開精處理旁路數值，結合優化前試驗情況，將目前的凝泵出口壓力低聯開精處理旁路定值由1.2MPa修改為1.0MPa。

2.3 低負荷凝結水泵出口壓力曲線深度優化

凝泵出口壓力曲線優化實施運行一段時間后，發現機組在低負荷穩定運行時，在滿足化學精處理及凝結水泵密封水壓力情況下，凝泵出口壓力下限仍有優化空間。機組低負荷大幅加負荷時，凝泵出口壓力過低容易導致化學精處理跳閘及凝泵密封水壓力低影響機組真空，故不考慮修改函數數值，而是在已優化壓力曲線的基礎上，增加凝泵出口壓力手動設定偏置（可在-0.25～0.25MPa之間調節）。機組負荷在300～400MW時通過減小偏置，將凝泵出口壓力最低可降至1.4MPa（自動控制壓力下限值）。大幅度加負荷時，又可通過增加偏置快速提高凝泵出口壓力，保證機組變負荷時除氧器水位穩定。考慮到機組MFT時需大量使用減溫水，當任一低旁調門開度超過5%或低旁減溫水調門開度超過50%時，通過增加偏置自動提高凝結水泵出口壓力，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設定偏置后，在低負荷穩定工況時可靈活將凝泵出口壓力調至最低值，達到進一步節能效果。根據凝泵出口壓力下限優化前試驗，凝泵出口壓力低聯開精處理旁路定值再次由1.0MPa修改為0.8MPa。

2.4 優化除氧器上水副調門邏輯

3、4號機組在中高負荷時，通過開啟除氧器副調門，進一步降低凝泵電耗。投入機組凝泵變頻自動運行，當機組負荷大于450MW，除氧器主調門開度大于80%且凝泵出口壓力大于1.6MPa時，除氧器副調門自動緩慢開啟至全開；機組負荷小于400MW，除氧器主調門開度小于60%或凝泵出口壓力低于1.4MPa時，除氧器副調門自動緩慢關閉。除氧器副調門開關速率按除氧器水位控制情況調整，開關速率設置為1%每秒。該節能措施在凝泵工頻運行時不起作用，所以凝結水泵工頻運行、凝泵故障處理時，除氧器副調門會自動關閉。同時，該邏輯優化后既不影響正常運行時除氧器調門和變頻自動控制，也不影響低負荷時（約160MW）除氧器主、副調門控制自動切換。

2.5 解決凝結水泵低速共振問題

為解決凝泵深度變頻后，凝泵低速運行給凝泵及電機帶來的共振問題，在凝泵泵體及電機處增加振動等測點，通過增加測點監視，確保凝泵運行安全。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大轉速區域，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，凝結水泵變頻深度優化后，凝結水泵出口壓力得以大幅度降低，低負荷時除氧器上水主調門較優化前開度有所增大，中、高負荷時除氧器上水副調門參與調節，進一步降低了系統節流損失。深度優化后，負荷越低，節能效果越顯著。

表1 凝結水泵變頻及變頻深度優化運行時主要參數

凝結水泵變頻時電機功率因數為0.95，按照電動機功率的計算方法，可以得出凝結水泵在不同負荷工況下的功率。通過圖表繪制凝結水泵在不同負荷工況下變頻及變頻深度優化運行時功率曲線可以得出，凝結水泵變頻運行進行深度優化后節電率在24%～42%之間，節能效果得到極大改善。

4 結語

按照某廠3、4號機組總發電量約為572000萬kWh，每臺機組年運行 時間為572000/（66×2）=4333h，每臺機組深度優化前凝結水泵平均電耗為967kw/h，平均節電率32.8%；則某廠3、4號機組估算一年可節約電量967/10000×4333×0.328×2=274.87萬kWh。