超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻深度節(jié)能的研究

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

：A1前言某公司2x660MW超超臨界機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的凝汽式汽輪機(jī)組；為了節(jié)省工程造價(jià)，采用單臺(tái)汽動(dòng)給水泵組提供補(bǔ)給水，驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)設(shè)置獨(dú)立的凝汽器，其凝結(jié)水通過小機(jī)凝結(jié)水泵輸送至主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，在大機(jī)精處理裝置前管道處接入。主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)配備2臺(tái)100%容量凝結(jié)水泵，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)工頻備用，為降低主要輔機(jī)廠用電率，變頻裝置采用“一拖二”方式。采用凝結(jié)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(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，通過變頻調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速來改變凝結(jié)水流量以維持除氧器水位在正常范圍，從而達(dá)到節(jié)能效果。2凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行現(xiàn)狀及深度節(jié)能制約因素凝結(jié)水主要雜項(xiàng)用戶為：凝汽器疏水?dāng)U容器減溫水、低壓缸排汽減溫水、小汽機(jī)排汽減溫水、大小機(jī)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(jí)減溫器減溫水、磨煤機(jī)消防蒸汽減溫水、高缸預(yù)暖蒸汽減溫水、發(fā)電機(jī)定子水箱補(bǔ)水、大小機(jī)真空泵分離器補(bǔ)水、閉式水箱補(bǔ)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(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，必須投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶有：汽泵組水力密封水、大小機(jī)軸封供汽減溫水等；不定期投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶有：發(fā)電機(jī)定子水箱補(bǔ)水、大小機(jī)真空泵分離器補(bǔ)水、閉式水箱補(bǔ)水、暖通用蒸汽減溫水等；可能投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶有：凝汽器疏水?dāng)U容器減溫水、低旁及三級(jí)減溫器減溫水（當(dāng)前來看，存在機(jī)組運(yùn)行時(shí)疏水門和低旁內(nèi)漏需投運(yùn)減溫水情況）；其余用戶在機(jī)組運(yùn)行時(shí)處于備用（停用）狀態(tài)。從目前機(jī)組凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行情況來看，凝結(jié)水泵高壓變頻裝置均能長(zhǎng)期可靠投運(yùn)，由于受以下因素影響，特別是在中低負(fù)荷和深度調(diào)峰期間，無法完全發(fā)揮凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)節(jié)能優(yōu)勢(shì)，未能實(shí)現(xiàn)全程變頻調(diào)節(jié)：

2.1凝結(jié)水泵出口壓力均通過設(shè)置和控制變頻器最低輸出頻率，以保證凝結(jié)水泵出口其他眾多凝結(jié)水用戶要求，制約了變頻器深度節(jié)能，其中最常見的凝結(jié)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(jī)組低負(fù)荷階段凝結(jié)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(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)除氧器水位調(diào)節(jié)方式：機(jī)組全程采用變頻調(diào)節(jié)壓力（自動(dòng)），調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水位（自動(dòng)）。

從機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行參數(shù)來看：機(jī)組負(fù)荷在中低負(fù)荷以下及深度調(diào)峰期間運(yùn)行時(shí)，采用除氧器主調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)或變頻自動(dòng)時(shí)關(guān)小主調(diào)節(jié)閥來控制除氧器水位，各電廠對(duì)凝泵出口壓力控制亦各不相同。機(jī)組在70%負(fù)荷以下凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)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(jié)水泵變頻運(yùn)行深度節(jié)能技術(shù)鑒于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)及用電需求特點(diǎn)，公司火電機(jī)組長(zhǎng)期處于單機(jī)帶基本負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷率年平均70%以下，因此通過開展凝結(jié)水泵變頻深度節(jié)能，實(shí)現(xiàn)機(jī)組50%～100%負(fù)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(duì)其他火電企業(yè)的調(diào)研，凝結(jié)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(fù)荷時(shí)凝結(jié)水雜項(xiàng)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(jié)水雜項(xiàng)用戶水源。3.3通過試驗(yàn)找到保證滿足凝結(jié)水泵出口最小壓力要求與除氧器水位平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)工況流量越低，變頻方式整體節(jié)能效果越好。3.4通過對(duì)系統(tǒng)管路優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)控制方案和各工況控制策略，推薦控制方式為：凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)采用變頻跟蹤自動(dòng)調(diào)節(jié)除氧器水位，除氧器水位主調(diào)節(jié)閥保持凝結(jié)水系統(tǒng)壓力不低于定值壓力。變頻切手動(dòng)或工頻運(yùn)行時(shí)，控制邏輯自動(dòng)轉(zhuǎn)換為除氧器水位主調(diào)節(jié)閥自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)除氧器水位。4凝結(jié)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(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí),凝泵出口與除氧器壓差達(dá)0.45MPa時(shí)，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(xiàng)用戶是否滿足要求。從機(jī)組凝結(jié)水雜項(xiàng)用戶分析來看，大部分用戶在機(jī)組啟動(dòng)、停止過程中投用，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)處于備用（停用）狀態(tài)；其他雜項(xiàng)用戶是由于機(jī)組存在缺陷時(shí)需投運(yùn)，這些雜項(xiàng)用戶可通過設(shè)備缺陷處理好后予以消除，原則上在機(jī)組運(yùn)行時(shí)處于備用狀態(tài)。因此，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，重點(diǎn)需解決不定期投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶、必須投過的雜項(xiàng)用戶對(duì)凝結(jié)水壓力的要求。經(jīng)對(duì)電廠各機(jī)組運(yùn)行情況和技術(shù)人員溝通情況來看，在機(jī)組不定期投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶在凝泵最低運(yùn)行頻率時(shí)，凝結(jié)水壓力能滿足補(bǔ)水要求；凝結(jié)水必須投運(yùn)的雜項(xiàng)用戶對(duì)供給水壓力有一定要求。從660MW機(jī)組數(shù)據(jù)來看，機(jī)組在50%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，除氧器壓力在0.55MPa左右，因此凝結(jié)水泵出口壓力達(dá)1.0MPa，能滿足除氧器上水要求。當(dāng)前660MW機(jī)組主要問題：1、隨著凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速的下降，凝結(jié)水母管壓力低于定值時(shí)，給水泵密封水壓力可能不能滿足供水要求；2、凝結(jié)水母管壓力低于定值時(shí)，汽輪機(jī)軸封減溫水不能滿足調(diào)節(jié)溫度要求；3、凝結(jié)水母管壓力低于定值時(shí)，凝泵自密封水不能滿足壓力要求；4、凝結(jié)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(jié)水泵變頻下限值偏高。4.2改造方案由于機(jī)組設(shè)計(jì)上有小機(jī)凝汽器，其凝結(jié)水通過小機(jī)凝結(jié)水泵輸送至大機(jī)主凝結(jié)水系統(tǒng)，其額定壓力為4.0MPa，額定流量為125t/h；小汽輪機(jī)額定進(jìn)汽流量為93.84t/h，其在機(jī)組50%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水流量為65t/h。由于未查詢到給水泵密封水設(shè)計(jì)流量，但通過設(shè)計(jì)供水管徑（設(shè)計(jì)尺寸φ57*3）及某公司雙給水泵設(shè)計(jì)管徑（設(shè)計(jì)尺寸φ89*4）測(cè)算，其設(shè)計(jì)流量應(yīng)不超過50t/h，因此在低負(fù)荷時(shí)，用小機(jī)凝結(jié)水供給給水泵密封水、軸封減溫水和凝結(jié)水泵自密封水能滿足壓力要求。其改造方法為：在小機(jī)凝結(jié)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(shí)現(xiàn)互為備用，在大小凝結(jié)水泵短時(shí)故障時(shí)，有效防止用戶供水中斷。同時(shí)，為了解決凝泵自密封水在變頻運(yùn)行壓力低問題，可將其自密封水改接自小機(jī)凝結(jié)水母管。改造示意圖如圖1所示。系統(tǒng)改造后，同步對(duì)熱工控制邏輯進(jìn)行討論、修改和優(yōu)化，以滿足系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)和聯(lián)鎖保護(hù)要求。圖1

改造前后示意圖4.3經(jīng)濟(jì)性分析按照70%以下機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間4000小時(shí)，供電電價(jià)0.36元/kWh，凝泵效率η1=80%，凝泵流量取機(jī)組負(fù)荷50%時(shí)流量(取840t/h),電機(jī)效率η2=90%進(jìn)行測(cè)算。

機(jī)組采用由小機(jī)凝結(jié)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(tái)機(jī)組改造費(fèi)用在6萬元以內(nèi)。由機(jī)組運(yùn)行參數(shù)可知：每臺(tái)機(jī)組凝結(jié)水泵變頻由42Hz降至30Hz運(yùn)行，電流由80A降至42A左右運(yùn)行，此時(shí)凝結(jié)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(jī)組50%負(fù)荷凝結(jié)水泵出口壓力可由目前2.3MPa降低至1.0MPa運(yùn)行，凝結(jié)水泵變頻由42Hz降至26Hz運(yùn)行，電流由80A降至38A左右運(yùn)行則若取凝結(jié)水泵電機(jī)功率因素為0.85，則由功率P=√3UICOSφ（電壓U=6kV）測(cè)算得：每小時(shí)可節(jié)省凝結(jié)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(fèi)用53萬元。則兩臺(tái)機(jī)組年可節(jié)約費(fèi)用約106萬元，扣除改造費(fèi)用后產(chǎn)生100萬元左右收益。5結(jié)論通過對(duì)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行存在問題分析，并采取必要的技術(shù)改造，投入較少的費(fèi)用，能有效提高凝結(jié)水系統(tǒng)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的節(jié)流損失，降低廠用電率，利用現(xiàn)有設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，機(jī)組改造技術(shù)方案簡(jiǎn)單，投資成本小，收益較大，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。Reference[1]曾海波,李銘,陳節(jié)濤.1000MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻優(yōu)化試驗(yàn)及應(yīng)用[J].熱能動(dòng)力工程,2022,37(06):169-175.[2]曹中坤,