超超臨界機組凝結水泵變頻深度節(jié)能的研究

Summary：火電機組凝結水泵一般采用變頻方式運行，實現(xiàn)機組在變頻運行時節(jié)能。由于設計方面的原因，在實際運行中，由于受到凝結水雜項用戶供水品質(zhì)的限制，造成凝結水泵在變工況運行時節(jié)能能力受限，凝結水泵耗用廠用電率一般在0.15-0.3%。有針對性研究影響凝結水泵變頻運行的受限因素，探索出凝結水泵變頻深度節(jié)能的思路，以提高節(jié)能效果和機組的經(jīng)濟性。Keys：節(jié)能、思路、經(jīng)濟性：TM621

：A1前言某公司2x660MW超超臨界機組采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的凝汽式汽輪機組；為了節(jié)省工程造價，采用單臺汽動給水泵組提供補給水，驅(qū)動小汽輪機設置獨立的凝汽器，其凝結水通過小機凝結水泵輸送至主機凝結水系統(tǒng)，在大機精處理裝置前管道處接入。主機凝結水系統(tǒng)配備2臺100%容量凝結水泵，機組正常運行時一臺運行一臺工頻備用，為降低主要輔機廠用電率，變頻裝置采用“一拖二”方式。采用凝結水泵變頻節(jié)能原理在于保持除氧器水位調(diào)節(jié)閥90%以上開度，降低系統(tǒng)阻力及節(jié)流損失，機組負荷變化時，通過變頻調(diào)節(jié)凝結水泵轉速來改變凝結水流量以維持除氧器水位在正常范圍，從而達到節(jié)能效果。2凝結水泵變頻運行現(xiàn)狀及深度節(jié)能制約因素凝結水主要雜項用戶為：凝汽器疏水擴容器減溫水、低壓缸排汽減溫水、小汽機排汽減溫水、大小機軸封供汽減溫水、汽泵組水力密封水、前置泵濾網(wǎng)沖洗水、低旁及三級減溫器減溫水、磨煤機消防蒸汽減溫水、高缸預暖蒸汽減溫水、發(fā)電機定子水箱補水、大小機真空泵分離器補水、閉式水箱補水、廠區(qū)燃油蒸汽減溫水、暖通用蒸汽減溫水及老廠來輔助蒸汽減溫水等。機組正常運行時，必須投運的雜項用戶有：汽泵組水力密封水、大小機軸封供汽減溫水等；不定期投運的雜項用戶有：發(fā)電機定子水箱補水、大小機真空泵分離器補水、閉式水箱補水、暖通用蒸汽減溫水等；可能投運的雜項用戶有：凝汽器疏水擴容器減溫水、低旁及三級減溫器減溫水（當前來看，存在機組運行時疏水門和低旁內(nèi)漏需投運減溫水情況）；其余用戶在機組運行時處于備用（停用）狀態(tài)。從目前機組凝結水泵變頻運行情況來看，凝結水泵高壓變頻裝置均能長期可靠投運，由于受以下因素影響，特別是在中低負荷和深度調(diào)峰期間，無法完全發(fā)揮凝結水泵變頻調(diào)節(jié)節(jié)能優(yōu)勢，未能實現(xiàn)全程變頻調(diào)節(jié)：

2.1凝結水泵出口壓力均通過設置和控制變頻器最低輸出頻率，以保證凝結水泵出口其他眾多凝結水用戶要求，制約了變頻器深度節(jié)能，其中最常見的凝結水用戶為給水泵密封水、低壓旁路減溫水與低壓缸軸封減溫水。

2.2機組低負荷階段凝結水變頻調(diào)節(jié)與除氧器水位調(diào)節(jié)閥組調(diào)節(jié)匹配性不好，制約了變頻器深度節(jié)能。凝結水泵變頻運行時除氧器水位調(diào)節(jié)方式：機組全程采用變頻調(diào)節(jié)壓力（自動），調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水位（自動）。

從機組長期運行參數(shù)來看：機組負荷在中低負荷以下及深度調(diào)峰期間運行時，采用除氧器主調(diào)節(jié)閥投自動或變頻自動時關小主調(diào)節(jié)閥來控制除氧器水位，各電廠對凝泵出口壓力控制亦各不相同。機組在70%負荷以下凝結水泵變頻運行時，凝結水泵變頻頻率均在30Hz以上，除氧器主調(diào)節(jié)閥開度基本在60%以下，存在較大的節(jié)流損失。3凝結水泵變頻運行深度節(jié)能技術鑒于當?shù)仉娋W(wǎng)結構及用電需求特點，公司火電機組長期處于單機帶基本負荷運行，負荷率年平均70%以下，因此通過開展凝結水泵變頻深度節(jié)能，實現(xiàn)機組50%～100%負荷段除氧器水位全變頻調(diào)節(jié)，具有較好的節(jié)能收益。通過對其他火電企業(yè)的調(diào)研，凝結水泵變頻深度節(jié)能主要采取以下方案：3.1在原有用戶管路上增加管道泵方式提升壓頭，解決低負荷時凝結水雜項用戶（主要為給水泵密封水和軸封減溫水等用戶）供水要求。3.2采用廠內(nèi)同品質(zhì)高壓頭水源替代原凝結水雜項用戶水源。3.3通過試驗找到保證滿足凝結水泵出口最小壓力要求與除氧器水位平衡點，平衡點工況流量越低，變頻方式整體節(jié)能效果越好。3.4通過對系統(tǒng)管路優(yōu)化設計和利用除氧器上水旁路調(diào)節(jié)閥，減少壓頭損失。3.5優(yōu)化除氧器水位自動控制方案和各工況控制策略，推薦控制方式為：凝結水泵變頻運行時采用變頻跟蹤自動調(diào)節(jié)除氧器水位，除氧器水位主調(diào)節(jié)閥保持凝結水系統(tǒng)壓力不低于定值壓力。變頻切手動或工頻運行時，控制邏輯自動轉換為除氧器水位主調(diào)節(jié)閥自動跟蹤調(diào)節(jié)除氧器水位。4凝結水泵變頻深度節(jié)能方案4.1影響凝泵變頻調(diào)節(jié)主要問題在凝結水泵變頻運行時,凝泵出口與除氧器壓差達0.45MPa時，能滿足除氧器上水要求，因此制約凝泵變頻控制的主要因素在于雜項用戶是否滿足要求。從機組凝結水雜項用戶分析來看，大部分用戶在機組啟動、停止過程中投用，在機組正常運行時處于備用（停用）狀態(tài)；其他雜項用戶是由于機組存在缺陷時需投運，這些雜項用戶可通過設備缺陷處理好后予以消除，原則上在機組運行時處于備用狀態(tài)。因此，在機組正常運行時，重點需解決不定期投運的雜項用戶、必須投過的雜項用戶對凝結水壓力的要求。經(jīng)對電廠各機組運行情況和技術人員溝通情況來看，在機組不定期投運的雜項用戶在凝泵最低運行頻率時，凝結水壓力能滿足補水要求；凝結水必須投運的雜項用戶對供給水壓力有一定要求。從660MW機組數(shù)據(jù)來看，機組在50%負荷運行時，除氧器壓力在0.55MPa左右，因此凝結水泵出口壓力達1.0MPa，能滿足除氧器上水要求。當前660MW機組主要問題：1、隨著凝結水泵轉速的下降，凝結水母管壓力低于定值時，給水泵密封水壓力可能不能滿足供水要求；2、凝結水母管壓力低于定值時，汽輪機軸封減溫水不能滿足調(diào)節(jié)溫度要求；3、凝結水母管壓力低于定值時，凝泵自密封水不能滿足壓力要求；4、凝結水泵出口壓力低聯(lián)鎖備用泵熱工定值整定偏高，限制凝泵變頻頻率下調(diào)值；5、凝結水泵變頻下限值偏高。4.2改造方案由于機組設計上有小機凝汽器，其凝結水通過小機凝結水泵輸送至大機主凝結水系統(tǒng)，其額定壓力為4.0MPa，額定流量為125t/h；小汽輪機額定進汽流量為93.84t/h，其在機組50%負荷運行時，凝結水流量為65t/h。由于未查詢到給水泵密封水設計流量，但通過設計供水管徑（設計尺寸φ57*3）及某公司雙給水泵設計管徑（設計尺寸φ89*4）測算，其設計流量應不超過50t/h，因此在低負荷時，用小機凝結水供給給水泵密封水、軸封減溫水和凝結水泵自密封水能滿足壓力要求。其改造方法為：在小機凝結水泵出口母管引出管道（尺寸φ57*3）一路接至給水泵密封水母管（尺寸φ57*3），另一路接至軸封減溫水母管，并保留原母管，實現(xiàn)互為備用，在大小凝結水泵短時故障時，有效防止用戶供水中斷。同時，為了解決凝泵自密封水在變頻運行壓力低問題，可將其自密封水改接自小機凝結水母管。改造示意圖如圖1所示。系統(tǒng)改造后，同步對熱工控制邏輯進行討論、修改和優(yōu)化，以滿足系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)和聯(lián)鎖保護要求。圖1

改造前后示意圖4.3經(jīng)濟性分析按照70%以下機組負荷運行時間4000小時，供電電價0.36元/kWh，凝泵效率η1=80%，凝泵流量取機組負荷50%時流量(取840t/h),電機效率η2=90%進行測算。

機組采用由小機凝結水接入給水密封水及軸封減溫水管道，由于增加管道、管件等少，因此初步估算每臺機組改造費用在6萬元以內(nèi)。由機組運行參數(shù)可知：每臺機組凝結水泵變頻由42Hz降至30Hz運行，電流由80A降至42A左右運行，此時凝結水泵出口壓力為1.3MPa，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度低于70%。通過改造，機組50%負荷凝結水泵出口壓力可由目前2.3MPa降低至1.0MPa運行，凝結水泵變頻由42Hz降至26Hz運行，電流由80A降至38A左右運行則若取凝結水泵電機功率因素為0.85，則由功率P=√3UICOSφ（電壓U=6kV）測算得：每小時可節(jié)省凝結水泵消耗電量約370kWh，每年可節(jié)約廠用電150萬kWh左右，節(jié)約費用53萬元。則兩臺機組年可節(jié)約費用約106萬元，扣除改造費用后產(chǎn)生100萬元左右收益。5結論通過對凝結水泵變頻運行存在問題分析，并采取必要的技術改造，投入較少的費用，能有效提高凝結水系統(tǒng)在低負荷運行時的節(jié)流損失，降低廠用電率，利用現(xiàn)有設備及系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，機組改造技術方案簡單，投資成本小，收益較大，具有良好的經(jīng)濟性。Reference[1]曾海波,李銘,陳節(jié)濤.1000MW超超臨界機組凝結水泵變頻優(yōu)化試驗及應用[J].熱能動力工程,2022,37(06):169-175.[2]曹中坤,