機(jī)組啟動(dòng)過程中給水系統(tǒng)操作方式優(yōu)化探討

潘干忠

摘 要：文章首先介紹了某聯(lián)合循環(huán)機(jī)組高壓給水泵變頻器和高壓給水調(diào)閥在啟機(jī)過程中的兩種常見操作方法。而后，在分析二者優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了進(jìn)一步優(yōu)化操作的具體措施。最后通過實(shí)際案例簡(jiǎn)要說明了所提優(yōu)化措施的可行性和在節(jié)能、安全方面上的優(yōu)勢(shì)。文章所述內(nèi)容可作為進(jìn)一步開展運(yùn)行優(yōu)化操作的參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)組啟動(dòng)；給水系統(tǒng)；優(yōu)化；探討

中圖分類號(hào)：TK22315+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）20-0027-02

1 汽包水位調(diào)節(jié)簡(jiǎn)述

1.1 給水泵變頻改造前的運(yùn)行方式

某電廠三菱M701F燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組投產(chǎn)初期，余熱鍋爐高、中壓給水合用一臺(tái)定速給水泵，只需通過調(diào)節(jié)高、中壓給水調(diào)閥即可實(shí)現(xiàn)對(duì)高、中壓汽包水位的控制。由于該泵只能工頻運(yùn)行，給水泵耗電較大，特別是機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行期間，給水調(diào)閥存在很大的節(jié)流損失，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。此外，這種運(yùn)行方式下的系統(tǒng)管路壓力高，也存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。給水泵改造前的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

2 給水泵變頻改造后的運(yùn)行方式

2013～2014年，該電廠分別對(duì)三臺(tái)機(jī)組高中壓給水泵進(jìn)行了變頻改造，將原來的高中壓給水泵改為高壓給水泵，另外還增加了兩臺(tái)中壓給水泵。改造后的高、中壓給水泵均實(shí)現(xiàn)了變頻運(yùn)行，節(jié)能效果明顯。給水泵改造后的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，如圖2所示。

3 啟機(jī)過程的汽包水位控制操作現(xiàn)狀分析

多年來，在機(jī)組啟動(dòng)初期，運(yùn)行人員一般都采用手動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的調(diào)節(jié)控制。給水泵變頻改造前，啟機(jī)過程中的汽包水位調(diào)整，只需操作給水調(diào)閥即可，比較單一，也較為容易。正常情況下，只要總結(jié)出水位波動(dòng)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，提前預(yù)判操作，即可將水位控制在安全范圍內(nèi)。

給水泵變頻改造后，啟機(jī)過程中的汽包水位調(diào)整，不僅需要對(duì)給水調(diào)閥進(jìn)行操作，同時(shí)也要對(duì)變頻器的輸出進(jìn)行控制。由于啟機(jī)過程復(fù)雜多變，很難有統(tǒng)一、規(guī)范的啟機(jī)階段汽包水位調(diào)整操作標(biāo)準(zhǔn)。通過不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，目前，主要形成了兩種操作方法，現(xiàn)以高壓汽包水位控制為例進(jìn)行介紹。

3.1 操作方式一：維持高壓給水泵變頻器較高輸出值

啟機(jī)過程中，將高壓給水泵變頻器手動(dòng)調(diào)節(jié)至較高輸出值，如維持在80%的額定輸出，以保證高壓給水壓力滿足上水需要，而后依靠手動(dòng)控制高壓給水調(diào)閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓汽包水位的調(diào)節(jié)。

這種調(diào)節(jié)方式和給水泵變頻改造前的調(diào)節(jié)方式較為接近，對(duì)運(yùn)行人員來說，這種調(diào)節(jié)方式的操作較為簡(jiǎn)單，但并不能達(dá)到最好的節(jié)能效果。因?yàn)闄C(jī)組啟動(dòng)前，需將高壓汽包上至啟動(dòng)水位，在之后的整個(gè)啟機(jī)過程中，高壓汽包需要的補(bǔ)水量不大，維持給水泵變頻器最低出力時(shí)即可滿足汽包的補(bǔ)水要求。所以，在啟機(jī)過程中維持高壓給水泵變頻器在較高輸出值會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

3.2 操作方式二：維持高壓給水泵變頻器自動(dòng)運(yùn)行

在啟機(jī)過程中，將高壓給水泵變頻器投自動(dòng)，手動(dòng)控制給水調(diào)閥來控制水位。

在節(jié)能效果方面，這種操作方式較操作方式一有所提高，但這種操作方式同樣存在較大的弊端。首先，由于變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)的滯后性，這種方式容易引起汽包水位不必要的波動(dòng)。其次，在整個(gè)啟機(jī)過程中，為維持汽包水位穩(wěn)定，變頻器會(huì)根據(jù)水位偏離設(shè)定值的幅度進(jìn)行相應(yīng)頻率的變化調(diào)節(jié)。實(shí)際過程中，這種調(diào)節(jié)比較頻繁，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)頻率大幅波動(dòng)的情況，從而導(dǎo)致給水泵出口壓力也發(fā)生相應(yīng)的大幅波動(dòng)。根據(jù)給水系統(tǒng)的運(yùn)行原理和多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給水泵出口壓力頻繁、快速的大幅度波動(dòng)，會(huì)對(duì)給水泵泵體及給水管道系統(tǒng)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損害。而且，變頻器變頻調(diào)節(jié)的速率越快，調(diào)節(jié)的幅度越高，壓力波動(dòng)的速率則越大，對(duì)設(shè)備造成的損害也越大。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高壓給水泵變頻器頻率大幅度變化時(shí)，泵體及其相應(yīng)管道會(huì)有較為明顯的振動(dòng)，有較大的安全隱患。

4 給水系統(tǒng)操作方法改進(jìn)措施

鑒于上述兩種典型操作方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從確保安全和挖掘節(jié)能空間的角度出發(fā)，經(jīng)長(zhǎng)期的實(shí)際啟機(jī)摸索，逐步總結(jié)出以下給水系統(tǒng)啟機(jī)優(yōu)化操作措施。

4.1 變頻器控制操作方式的改進(jìn)措施

啟動(dòng)給水泵前，將變頻器輸出調(diào)至最小值；啟機(jī)過程中，盡量將給水泵變頻器維持在手動(dòng)及最低頻率狀態(tài)運(yùn)行。

4.2 高壓給水調(diào)閥控制操作方式的改進(jìn)措施

啟機(jī)初期，給水調(diào)閥應(yīng)盡量維持手動(dòng)控制，根據(jù)水位的變化情況選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)投入自動(dòng)控制；而且投入自動(dòng)控制后仍需密切關(guān)注其調(diào)節(jié)情況，如因虛假水位導(dǎo)致汽包水位波動(dòng)較大，則應(yīng)及時(shí)將給水調(diào)閥切手動(dòng)控制。

4.3 變頻器和給水調(diào)閥的配合操作

在啟機(jī)程中，若高壓汽包需要大量補(bǔ)水，可適當(dāng)調(diào)高高壓變頻器輸出，確保給水壓力高于汽包壓力，待水位穩(wěn)定后再將高壓變頻器輸出調(diào)至最低。當(dāng)汽機(jī)進(jìn)汽后，高壓給水調(diào)閥開度大于90%時(shí)，可將變頻器投入自動(dòng)運(yùn)行，但需監(jiān)視變頻器的調(diào)節(jié)是否穩(wěn)定，避免變頻器調(diào)節(jié)幅度過大。啟機(jī)過程中高壓變頻器維持60%輸出值時(shí)的汽包水位波動(dòng)情況，如圖3所示。

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和大量實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，在汽輪機(jī)進(jìn)汽前，高壓給水泵變頻器盡量維持在最低頻率運(yùn)行的操作方式能滿足高壓汽包水位的調(diào)節(jié)要求，汽包水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定，且能達(dá)到良好的節(jié)能效果。

5 分析總結(jié)

5.1 節(jié)能分析

選取兩種操作方式的典型熱態(tài)啟機(jī)案例，其關(guān)鍵參數(shù)歷史趨勢(shì)，如圖4和圖5所示。

如圖4所示，在整個(gè)啟機(jī)過程中，高壓變頻器基本保持在80%出力，此時(shí)高壓給水泵的電流約為66 A。

如圖5所示，在機(jī)組進(jìn)汽之前，高壓變頻器基本都是維持在最低出力60%，此時(shí)高壓給水泵的電流只有28 A。

M701F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過程中，機(jī)組從啟動(dòng)到汽輪機(jī)進(jìn)汽約需耗時(shí)45 min。在理想狀態(tài)下，對(duì)比以上兩種操作方式，可以計(jì)算出僅是高壓給水泵在這個(gè)過程中可節(jié)省的電能：

W節(jié)省=W80%-W60%=■UI80% ？漬-■UI60%？漬

=1.732×6×66×0.85×0.75-1.732×6×28×0.85×0.75

=437.2-185.5=251.7 kwh

雖然以上計(jì)算所得的節(jié)電量是基于理想狀態(tài)的，但仍可看出其中的節(jié)能空間是不容忽視的。而且，以上的計(jì)算只是針對(duì)熱態(tài)啟動(dòng)的情況，如果是冷態(tài)、低溫態(tài)、高溫態(tài)的啟機(jī)過程，這種操作方式的節(jié)能空間將更為顯著。

該廠機(jī)組運(yùn)行方式為兩班制運(yùn)行，每年機(jī)組的啟動(dòng)次數(shù)為541次，其中熱態(tài)啟動(dòng)為420次。如果均按上述兩種方式操作，且全部按熱態(tài)啟動(dòng)計(jì)算，那么這兩種方式產(chǎn)生的成本差值至少為：

W差值=257.7×541×0.533÷10 000=7.3萬(wàn)元

在現(xiàn)階段，在運(yùn)行優(yōu)化工作在電廠已深入開展，現(xiàn)有節(jié)能降耗空間已較為狹窄的當(dāng)前，采用高壓給水泵變頻器盡量維持在最低頻率運(yùn)行的操作方式所節(jié)省的成本還是較為可觀的。

4.2 安全分析

前文已述，給水泵出口壓力的劇烈波動(dòng)會(huì)對(duì)泵體及給水管道系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損害。

在機(jī)組啟動(dòng)初期，維持給水泵變頻器輸出為60%時(shí)，給水泵出口壓力在啟機(jī)過程中的變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)；而變頻器投自動(dòng)時(shí)，給水泵的出口壓力波動(dòng)則較為劇烈，若幅度過大，則會(huì)對(duì)給水泵、給水管道、閥門、儀表、支撐等給水系統(tǒng)設(shè)備造成較大的沖擊，威脅給水系統(tǒng)及機(jī)組的安全運(yùn)行。給水泵變頻改造以來的給水系統(tǒng)實(shí)際檢修情況也反映了快速、大幅的給水壓力波動(dòng)造成的設(shè)備傷害是較為突出的。

通過實(shí)際操作總結(jié)出高壓給水系統(tǒng)的合理操作方法：汽輪機(jī)進(jìn)汽前，手動(dòng)維持高壓給水泵變頻器在較低的頻率運(yùn)行，期間若遇到突發(fā)需要緊急補(bǔ)水的情況，則視給水壓力適當(dāng)調(diào)節(jié)變頻器輸出以到上水要求；汽輪機(jī)進(jìn)汽后，選擇最佳時(shí)機(jī)將給水泵變頻器投自動(dòng)。采取這種操作方法既可以節(jié)省用電，又可以確保給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6 中壓給水系統(tǒng)的優(yōu)化操作建議

啟機(jī)過程對(duì)中，中壓給水系統(tǒng)也可采取與高壓給水系統(tǒng)類似的優(yōu)化操作方法，但因中壓汽包水位的波動(dòng)比高壓汽包明顯，且中壓給水泵節(jié)能空間較小、系統(tǒng)壓力波動(dòng)也不大，對(duì)設(shè)備的損害也較小，因此，可暫時(shí)不考慮對(duì)中壓給水系統(tǒng)采取優(yōu)化操作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 武有強(qiáng).電廠熱能與動(dòng)力工程300 MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析[D].吉林：東北電力大學(xué)，2011.