運用新控制策略減少給水泵再循環閥的汽蝕現象

侯劍雄，劉志東，楊群發

（廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海519050）

運用新控制策略減少給水泵再循環閥的汽蝕現象

侯劍雄，劉志東，楊群發

（廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海519050）

運用新控制策略后，減少了汽動給水泵再循環閥的汽蝕現象，并降低了汽動給水泵在低負荷時的能耗。在機組正常運行時，將汽動給水再循環閥保持在全關狀態，僅在汽動給水泵啟動、停運過程中，才進行開啟，最大限度地減少了再循環閥的汽蝕現象，降低了能耗。實踐證明，運用新控制策略能實現節能降耗，延長再循環閥的使用壽命。通過運行，驗證了新控制策略的實用性。

汽動給水泵；循環閥；汽蝕；運行；控制；策略；節能；降耗

0 概 述

廣東珠海金灣發電有限公司（簡稱金灣電廠）的3號、4號機組為600 MW超臨界燃煤機組，各配備2臺50%額定容量的汽動給水泵（簡稱汽泵）。汽泵型式為臥式、離心、多級筒型泵，采用機械迷宮式密封，額定轉速為5 280 r/min、流量為889 t/h，最大轉速為5 550 r/min，最低調節轉速2 800 r/min。再循環閥為氣動調節閥，在自動狀態下參與汽泵入口最小流量的調整。

汽泵再循環閥在工況較差的條件下運行，閥門前后的壓差極大，極易被沖刷，使用壽命較短，幾乎每年均需檢修或更換閥門，特別是閥門被沖刷后的內漏問題，一直不能徹底解決。當機組負荷低至320 MW時，再循環閥處于微開狀態，增加了汽泵的汽耗率，降低了機組的經濟性。此時，閥門被吹損的情況也非常嚴重。對閥門進行檢修后，不久又會發生內漏，增加了維護成本。在夏季，機組處于高負荷運行，給水流量增大，汽泵轉速已至5 500 r/min，長時間的高速運轉，將給機組安全性帶來隱患。為降低汽泵能耗，提高節能效果，對汽泵再循環閥的控制方式進行探索與分析后，制定了全新的控制方式。經優化后的汽泵再循環閥控制曲線，可顯著降低汽泵在低負荷時的能耗，大幅減緩再循環閥被吹損的速度，減少了維護費用，提高了經濟效益。

1 再循環閥的原控制策略

在金灣電廠，為減小汽泵因再循環閥開度的變化引起總給水流量波動的影響，在再循環閥的調節范圍內設置了死區。采用流量函數控制對應的閥位。再循環閥的控制方法，如圖1所示。當泵的入口流量增大時，再循環閥關小的行程，按照a→b→c運行；當泵的入口流量減少時，再循環閥開大的行程，按照d→e→a運行。兩條函數線形成的回環區，為流量波動死區。當給水泵流量在死區范圍內波動時，再循環閥的開度保持不變，避免閥位的擾動影響總給水流量。e、b、d、c點的數值，根據汽泵廠家提供的運行特性曲線及實際運行工況確定。

圖1 汽泵再循環閥的控制曲線

在實際運行中，當機組負荷為310 MW時，總給水流量約為890 t/h，分配至每臺汽泵流量約450 t/h。由于機組經常在300 MW及以下負荷作調峰運行，負荷常發生波動，再循環閥常處于微開狀態，閥門的內漏和振動比較嚴重，導致閥門在剛開啟時的給水流量發生突降，而超臨界鍋爐對給水流量的變化較敏感。為保證負荷在300 MW以下給水流量的穩定性，將再循環閥設置為負荷300 MW以上時開啟。在圖1中，d（F1）、c（F2）、e、b點的數值，分別為500 t/h、650 t/h、300 t/h、450 t/h，并設置再循環閥的最小開度為5%，汽泵最低流量的保護值為263.8 t/h。

從整個系統進行分析，汽泵再循環閥在運行中還存在幾個主要問題。

（1）在減負荷過程中，機組負荷到達300 MW時，即開始開啟再循環閥。負荷為250 MW時，再循環閥的開度達26%，此時，給水通過再循環閥回流，流量損失很大。

（2）加負荷過程中，負荷到達350 MW時再循環閥才開始關。此前，再循環閥一直處于微開狀態，閥門吹損嚴重，汽泵汽耗增加。

（3）2臺汽泵再循環閥開啟時，不能做到完全同步。當單臺汽泵再循環閥開啟時，導致2臺汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量的擾動。

（4）目前，機組的負荷率普遍較低，在夜間，常調峰至負荷300 MW以下，汽泵再循環閥長期處于開啟狀態，閥門的磨損和能耗損失成倍增加。

2 再循環閥控制策略的改進

2.1 汽泵各轉速下的最小流量設計值

經咨詢汽泵廠家，汽泵在額定轉速下的入口、出口最小流量為220 t/h，在其它轉速下的最小流量，則可根據公式計算：實際最小流量=額定最小流量×實際轉速÷額定轉速。根據此計算公式，計算出在不同轉速下的汽泵最小流量值，如表1所示。同時，廠家指出，表1中的數值，是保證汽泵在相應轉速下運行的最小流量值。從安全角度考慮，在實際運行中，應留有一定的裕度。

表1 汽泵不同轉速下最小流量設計值

將實際汽泵再循環閥控制值與表1數據進行對比，可以看出，目前汽泵最低流量保護定值及再循環閥開、關的定值，均偏大。例如汽泵在入口流量為500 t/h時開啟，對應的轉速約4 000 r/min，而實際汽泵的最小流量設計值，僅為167 t/h。兩者存在巨大差異，存在不合理性，具有優化空間。

2.2 再循環閥的關閉試驗

將汽泵再循環閥切換為手動全關，緩慢降負荷至230 MW。此時，汽泵轉速為3 295 r/min，入口流量降至384 t/h。全面檢查汽泵各項運行指標，均為正常，無明顯的上升或超限現象。運行證明，再循環閥在機組負荷低至230 MW時，完全沒有開啟的必要，也為控制定值的修改提供了有力的證據支持。受制于脫硝系統的運行即將退出，沒有進行更低負荷的試驗。

2.3 運行曲線及保護定值的修改

（1）修改再循環閥控制邏輯。當汽泵升負荷時，泵的入口流量為250 t/h，再循環閥開始關閉（對應圖1中的b點）。流量為350 t/h時，再循環閥全關（對應圖1中的c點），汽泵降負荷時，入口流量為270 t/h，再循環閥開始開啟（對應圖1中的d點），流量為170 t/h時，再循環閥全開（對應圖1中的e點）。

（2）修改汽泵最小流量保護值。最小流量保護值由固定值263.8 t/h，改為轉速的函數值，該函數值是一個變值。按照廠家提供的不同轉速下的最小流量，將該值乘以系數1.2。當轉速＜3 000 r/min時，保護定值取固定值，為150 t/h。當轉速＞5 500 r/min時，保護定值取固定值275 t/h。計算不同轉速下最小流量的保護值，如表2所示。

表2 汽泵不同轉速下最小流量保護值

（3）汽泵正常運行時，再循環閥置于自動狀態。在汽泵啟動、停運過程中，再循環閥置于手動狀態，由操作員手動操作。

2.4 鍋爐給水流量的安全性分析

修改再循環閥的控制邏輯后，在減負荷時，閥門的開啟值由500 t/h降低至270 t/h，選定該值主要基于以下兩點考慮：一是當流量為270 t/h時，基本上是汽泵最大工況點轉速下對應的最小流量設計值的1.2倍，可保證汽泵在各轉速下具有安全的汽蝕余量；二是與鍋爐MFT保護中“給水流量低低”的動作值相匹配，保證鍋爐給水流量的安全。再循環閥開啟定值改低后，還擔心是否會影響鍋爐低負荷時給水流量的安全。事實上，鍋爐最低給水流量為600 t/h（約30%BMCR），因此，不論機組是正常運行，還是在啟停機過程中，只要鍋爐在運行，運行汽泵的再循環閥均不需打開。鍋爐MFT保護中的“給水流量低低”動作值為537.5 t/h，汽泵入口流量低至270t/h開啟再循環閥時，事實上鍋爐也已MFT動作了，因此，汽泵再循環閥的開啟，對鍋爐給水流量的安全不會造成影響。

若運行中發生2臺汽泵“搶水”現象，按照原控制邏輯，被搶汽泵的入口流量降至500 t/h時，開始開啟再循環閥，此時，有可能因為再循環閥的開啟，導致汽泵出口壓力的進一步降低，失去搶救拉回的機會。當被搶汽泵的入口流量降至270 t/h時，已很難讓被搶汽泵拉回并重新供水。因此，修改為新的控制邏輯后，此時才開啟再循環閥，對汽泵的“搶水”事故處理沒有負面影響。分析表明，再循環閥控制邏輯的修改，不會給鍋爐給水的流量變化造成影響。

2.5 運行曲線改進后運行效果

改進控制方式后，機組在正常運行中，汽泵再循環閥均保持全關，控制方式置于“自動”狀態。由于再循環閥不需開啟，基本消除了汽泵再循環閥的節流損失及汽蝕現象。在汽泵節能降耗的同時，減少了再循環閥的維護費用。同時，避免了機組在低負荷時，因汽泵再循環閥開、關造成的總給水流量擾動，增加了機組低負荷運行時的穩定性。

在汽泵啟動、停運過程中，需將再循環閥置于“手動”方式并打開。汽泵啟動時，將再循環閥切換為手動全開。在汽泵進行并泵的過程中，逐漸關閉再循環閥，全關后投入“自動”方式。欲停泵停運時，先逐漸將循環閥切換為手動全開，然后緩慢地降低汽泵轉速，直至汽泵退出運行。汽泵的并泵和退泵操作過程得到簡化。當機組調峰低至200 MW時，汽泵再循環閥均保持關閉，汽泵運行穩定，各參數值顯示正常。

3 節能效果及經濟效益

當機組負荷為300 MW時，除氧器的運行參數為0.46 MPa（溫度為150℃），對應焓值為626.89 kJ/kg。汽泵的出口參數為19.3 MPa（溫度為155℃），對應焓值為665.44 kJ/kg。優化前，當負荷為300 MW時，汽泵入口流量的差值至少為30 t/h，汽泵效率約為85%。2臺汽泵減少的輸入功率為：

30 t/h×2臺×（665.44-626.89）kJ/kg÷ 3 600 s÷85%=784.2 k W

每年汽泵的運行日計為300天，目前，每天有1/3時間是在300 MW及以下負荷運行，假設電費為0.4元/千瓦時，則每年可節省運行費用為：

假設汽泵再循環閥門每年的維護費用為10萬元，則每年每臺機可節省費用為：75.2十10=85.2萬元。

僅考慮了負荷為300 MW工況下的運行狀況，當機組運行在300 MW以下時，汽泵的節能效果更明顯。

4 結 語

改進了汽泵再循環閥的控制策略后，汽泵再循環閥的汽蝕現象基本被消除。機組低負荷運行時，不需開啟再循環閥，僅在并泵或退泵時才開啟使用。汽泵的節能效果明顯，閥門內漏得到控制，同時，基本杜絕了再循環閥的回流損失。避免了因汽泵再循環閥開啟造成的給水流量突降，保證了低負荷時鍋爐給水流量的穩定性和安全性。

執行新的控制策略后，汽泵的運行參數穩定。實踐證明，新的控制策略是可行的。目前，燃煤機組總體的負荷率偏低，長時間在低負荷狀態下運行，更易為電廠帶來明顯的經濟效益。

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Using the New Control Strategy Significantly Reduces the Water Pump Recirculation Valve Cavitation

HOU Jian-xiong，LIU Zhi-dong，YANG Qun-fa
（JIN WAN Power Plant Co.，Ltd.，Zhuhai 519050，Guangdong，China）

Through the use of the new control strategy，cavitation of the steam feed water pump recirculation valveand the energy consumption of the steam feed water pump at low load are reduced.Steam feed recirculation valve is fully closed during the normal operation of the unit，and shall only be opened during the steam feed pump start and shutdown process，to minimize the recirculation valve cavitation，and greatly reduce the energy consumption.Practice shows that the new control strategy can realize the energy saving and consumption reduction，and prolong the service life of the recirculation valve.The practicality of the new control strategy is proved through the operation of the unit.

steam feed water pump；recirculation valve；cavitation；operation；control；strategy；energy saving；consumption reduction

TK223 65+2

A

1672-0210（2016）02-0040-04

2016-01-06

侯劍雄（1975-），男，高級工程師，從事火電廠生產技術與管理工作。