某電廠凝結水系統運行經濟性優化研究

劉 專，吳楊輝，萬忠海，毛榮軍，汪 飛，呂建林

（國網江西省電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

目前大部分電廠都會為凝結水泵配置變頻器，通過變頻器改變凝結水泵轉速以達到合適的凝結水泵出力，從而提高凝結水系統運行經濟性。但是由于現場運行的諸多原因，凝結水系統節能降耗效果并不明顯。本文針對這一情況，對某電廠凝結水系統日常運行數據進行診斷分析，通過對該凝結水系統運行方式的優化調整，有效地降低了凝結水泵的耗電量，提高了該電廠凝結水系統的運行經濟性。

1 設備概況

某電廠汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的N660-25/600/600 型的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機。該機組配置二臺長沙水泵廠有限公司制造的100%BMCR容量的凝結水泵，凝結水泵配備變頻器，運行方式為一拖二手動切換（通過手動切換實現一臺變頻器驅動兩臺凝結水泵）。凝結水系統的自動控制方式為變頻器跟蹤凝結水母管壓力，除氧器進水閥組跟蹤除氧器水位。

表1 凝結水泵相關參數匯總

2 存在問題

該機組自投產以來，除氧器進水閥組長期處于部分開啟狀態，凝結水泵功耗與同類型機組相比明顯偏大。本文針對上述情況，提取該機組典型負荷工況下的相關歷史曲線，并整理數據如表2所示。

表2 凝結水系統試驗優化前數據

從表2 可以看出，除氧器進水主閥在機組50%負荷到100%負荷區間的開度基本維持在40%～50%；除氧器進水副閥只在機組90%以上負荷時處于開啟狀態。電廠凝結水系統存在除氧器進水閥組節流損失偏大，凝結水母管壓力偏高，凝結水泵電流偏大等問題。因此，凝結水系統運行經濟性存在提升空間。

3 優化措施

3.1 理論基礎

3.1.1 流體機械相似定律

根據流體機械相似定律，凝結水泵流量Q、揚程H、軸功率P與轉速n的關系如下：

從上述公式可知，只要凝結水泵的轉速發生改變，凝結水泵流量、揚程和軸功率會隨之改變。凝結水泵在加裝變頻裝置后，可由定速運行方式轉變為變速運行方式，在保持凝結水泵出口流量不變的前提下，降低其出口壓力，進而減小凝結水泵電機功耗。

3.1.2 “平衡點”概念

機組在高負荷下，除氧器進水閥組處于完全開啟狀態，凝結水泵出口壓力隨機組負荷變化。當機組負荷下降到某一區域時，為維持凝結水泵出口壓力大于凝結水雜用戶的最低安全需求，除氧器進水閥組勢必要參與流量控制。除氧器進水閥組由完全開啟狀態進入節流狀態的負荷轉折點，稱為“平衡點”。當機組負荷在“平衡點”以下時，凝結水泵出口壓力維持某一定值，通過調整除氧器進水閥組來滿足機組所需凝結水流量；當機組負荷在“平衡點”負荷以上時，除氧器進水閥組處于全開位置，通過提高凝結水泵的轉速來滿足機組對凝結水流量需求。

3.2 優化過程

本文按照流體機械相似定律和“平衡點”概念的釋義，通過現場試驗調整，克服影響凝結水泵低頻運行的因素，從而促使除氧器進水閥組全開，減少節流損失，降低凝結水泵功耗。

試驗過程中，切除AGC，投入協調方式，調整鍋爐燃燒，維持機組負荷穩定；投入凝結水泵變頻器壓力自動，投入除氧器水位自動；除氧器進水副閥開度由運行人員手動控制，除氧器進水主閥開度通過設置壓力偏置逐步降低凝結水母管壓力來調整。本文針對表2中6個工況的調整結果如表3所示。

表3 凝結水系統試驗優化后數據

通過查閱該機組相關資料，鑒于低壓缸軸封減溫水壓力的限制，確定該機組凝結水泵出口壓力最低值為1.25 MPa。從表3 可以看出，通過試驗調整，在60%～100%負荷區間，除氧器進水主、副閥均為全開狀態，基本上消除除氧器進水閥組的節流損失。

4 優化結果

4.1 經濟性優勢

將表2 與表3 的數據進行對比得出表4 的數據。從表4中可以發現，凝結水泵電流在試驗優化前后有明顯的變化，電流下降最大幅度為27.7 A，6個試驗工況平均下降電流為16.74 A。

表4 凝結水系統試驗優化前后數據對比表

假設該電廠年發電6 000 h，每度電上網價格為0.40元，以凝結水泵在6個負荷工況下的平均下降值來計算，凝結水泵每年可節約電費35.49萬元，計算公式如下：

同時從表4也可以看出，凝結水母管壓力的下降與凝結水泵電流下降的趨勢一致，母管壓力下降最大幅度為0.41 MPa，6個試驗工況平均下降壓力為0.31 MPa。凝結水母管壓力的下降也反映了除氧器進水閥組節流損失的減少，有益于除氧器進水閥組和管道的使用壽命，提高了凝結水系統的運行安全性。

4.2 凝結水系統控制改進方案

4.2.1 熱工控制邏輯

凝結水系統自動控制方案的優化：進水主閥跟蹤除氧器水位，變頻跟蹤凝結水母管壓力，凝結水母管壓力設定值依據現場試驗結果來整定。

1）水位自動控制：維持現有除氧器進水主閥水位自動控制。

2）凝結水母管壓力自動控制：維持現有變頻器母管壓力自動控制，根據試驗數據，給出凝結水母管壓力與除氧器內部壓力變化的插值函數（見表5），可促使除氧器進水主閥基本全開（進水副閥需手動全開）；隨負荷下降，凝結水母管壓力逐漸下降，系統所需最低凝結水母管壓力確定為1.25 MPa（機組啟停工況除外）。

表5 凝結水母管壓力與除氧器內部壓力

3）聯鎖保護：由于調峰過程中進水主、副閥基本全開，為避免凝結水泵或變頻器故障跳閘聯啟工頻備用凝結水泵時除氧器水位失穩，DCS 邏輯組態增加“變頻凝泵聯啟工頻凝泵時，進水副閥發出全關指令，進水主閥快速關閉至40%開度”。

4）凝結水母管壓力低聯啟備用凝泵整定值修改為1.10 MPa。

4.2.2 凝結水母管壓力與除氧器內部壓力關系

受機組背壓影響，機組負荷與凝結水流量的對應關系會發生變化，本文認為相比跟蹤發電機功率，凝結水母管壓力跟蹤除氧器內部壓力顯得更為合理，凝結水母管壓力與除氧器內部壓力關系如圖1所示。

5 結束語

凝結水系統是電廠重要的系統之一，對凝結水系統進行優化有助于提高機組的熱經濟性。本文通過現場試驗調整對凝結水系統普遍存在的凝結水泵功耗大、除氧器進水閥組節流損失大等問題進行了研究和優化，一方面有效地提高了凝結水系統運行經濟性，另一方面也鞏固了凝結水系統運行安全性，對同類型機組經濟性優化工作有一定的借鑒意義。

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