降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕的控制策略

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519050）

降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕的控制策略

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519050）

提出一種新的控制策略，使汽動(dòng)給水再循環(huán)閥在機(jī)組正常運(yùn)行中保持全關(guān)，只有在汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)、停運(yùn)過(guò)程中才需要開(kāi)啟，最大限度減少再循環(huán)閥的汽蝕，并顯著降低汽動(dòng)給水泵低負(fù)荷時(shí)的能耗。實(shí)踐證明，這種控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)汽泵的節(jié)能降耗，延長(zhǎng)再循環(huán)閥使用壽命，并保證汽動(dòng)給水泵和鍋爐給水流量的安全。

汽動(dòng)給水泵；再循環(huán)閥；節(jié)能降耗；控制策略

0 引言

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司3號(hào)、4號(hào)機(jī)組為600 MW超臨界燃煤機(jī)組，各配備2臺(tái)50%額定容量的汽動(dòng)給水泵（簡(jiǎn)稱(chēng)“汽泵”），汽泵型式為臥式、離心、多級(jí)筒型泵，采用機(jī)械迷宮式密封，額定工況轉(zhuǎn)速5 280 r／min、流量889 t／h，最大工況點(diǎn)轉(zhuǎn)速5 550 r／min、流量1 055 t／h，最低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速2 800 r／min。再循環(huán)閥為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，自動(dòng)狀態(tài)下參與汽泵入口最小流量的調(diào)整。

汽泵再循環(huán)閥是火電廠(chǎng)中運(yùn)行工況最為惡劣的調(diào)節(jié)閥之一，該閥門(mén)前后壓差極大，極易被沖刷，壽命一般較短，幾乎每年均需對(duì)其進(jìn)行檢修或更換，閥門(mén)沖刷內(nèi)漏問(wèn)題一直不能徹底解決。機(jī)組負(fù)荷低至320 MW以下時(shí)，再循環(huán)閥處于微開(kāi)狀態(tài)，增加了汽泵的汽耗率，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；閥門(mén)吹損也非常嚴(yán)重，大小修后不久閥門(mén)就快速發(fā)生內(nèi)漏，大大增加了維護(hù)成本，在夏天高負(fù)荷給水流量偏大時(shí)，汽泵轉(zhuǎn)速已經(jīng)到達(dá)5 500 r／min附近，給機(jī)組安全性帶來(lái)隱患。為降低汽泵能耗，提高節(jié)能效果，通過(guò)對(duì)汽泵再循環(huán)閥控制方式進(jìn)行分析，探索新的控制方式。經(jīng)優(yōu)化后的汽泵再循環(huán)閥控制曲線(xiàn)，顯著降低汽泵低負(fù)荷時(shí)的能耗，減緩再循環(huán)閥的吹損速度，減少維護(hù)費(fèi)用［1-2］。

1 再循環(huán)閥原控制策略問(wèn)題

為減小汽泵再循環(huán)閥開(kāi)度變化對(duì)總給水流量的波動(dòng)影響，在再循環(huán)閥調(diào)節(jié)過(guò)程中設(shè)置死區(qū)。再循環(huán)閥控制方法采用流量函數(shù)對(duì)應(yīng)閥位的方法，如圖1所示。當(dāng)泵入口流量增大時(shí)，再循環(huán)閥關(guān)小的行程按照a-b-c運(yùn)行；當(dāng)入口流量減少時(shí)，再循環(huán)閥開(kāi)大的行程按照d-e-a運(yùn)行。兩條函數(shù)線(xiàn)形成的回環(huán)區(qū)為流量波動(dòng)死區(qū)，當(dāng)給水泵流量在死區(qū)范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，再循環(huán)閥開(kāi)度保持不變，避免閥位的擾動(dòng)影響總給水流量。e、b、d、c點(diǎn)的數(shù)值根據(jù)汽泵廠(chǎng)家提供的運(yùn)行特性曲線(xiàn)及實(shí)際運(yùn)行工況確定［3-4］。

圖1 汽泵再循環(huán)閥控制曲線(xiàn)

實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷在310 MW時(shí)，總給水流量為890 t／h左右。分配至每臺(tái)汽泵流量約450 t／h。由于機(jī)組經(jīng)常在300 MW及以下負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷指令經(jīng)常來(lái)回波動(dòng)，再循環(huán)閥經(jīng)常處于微開(kāi)狀態(tài)，閥門(mén)內(nèi)漏、振動(dòng)嚴(yán)重，由此導(dǎo)致閥門(mén)在剛開(kāi)啟時(shí)給水流量會(huì)發(fā)生突降，而超臨界鍋爐對(duì)給水流量的變化特別敏感。為保證負(fù)荷300 MW以下時(shí)給水流量的安全穩(wěn)定，將再循環(huán)閥設(shè)置為在300 MW以上開(kāi)啟，圖1中d（F1）、c（F2）、e、b點(diǎn)的數(shù)值分別為500 t／h、650 t／h、300 t／h、450 t／h，并設(shè)置再循環(huán)閥最小開(kāi)度為5%，汽泵最低流量保護(hù)為263.8 t／h。

具體來(lái)講，汽泵再循環(huán)閥在運(yùn)行中主要有以下問(wèn)題。1）減負(fù)荷過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷到達(dá)300 MW即開(kāi)始開(kāi)啟再循環(huán)閥，250 MW時(shí)，再循環(huán)閥開(kāi)度達(dá)26%，給水通過(guò)再循環(huán)閥回流帶來(lái)的損失非常大。2）加負(fù)荷過(guò)程中，負(fù)荷到達(dá)350 MW再循環(huán)閥才開(kāi)始關(guān)，此前一直處于微開(kāi)狀態(tài)，閥門(mén)吹損嚴(yán)重，汽泵汽耗增加。3）兩臺(tái)汽泵再循環(huán)閥開(kāi)啟時(shí)不能做到完全同步，單臺(tái)汽泵再循環(huán)閥開(kāi)啟時(shí)，導(dǎo)致兩臺(tái)汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量擾動(dòng)。4）目前機(jī)組負(fù)荷率普遍較低，夜班經(jīng)常調(diào)峰至300 MW及以下，汽泵再循環(huán)閥長(zhǎng)期處于開(kāi)啟狀態(tài)，帶來(lái)的閥門(mén)磨損和能耗損失成倍增加［5］。

2 再循環(huán)閥控制的改進(jìn)

2.1 汽泵各轉(zhuǎn)速下的最小流量設(shè)計(jì)值

經(jīng)咨詢(xún)汽泵廠(chǎng)家，汽泵在額定轉(zhuǎn)速下入口、出口最小流量為220 t／h，在其他轉(zhuǎn)速下的最小流量

式中：Qamin為實(shí)際最小流量，t／h；Qrmin為額定最小流量，t／h；Va為實(shí)際轉(zhuǎn)速，r／min；Vr為額定轉(zhuǎn)速，r／min。

根據(jù)式（1），計(jì)算出在不同轉(zhuǎn)速下的汽泵最小流量值，見(jiàn)表1。表中的數(shù)值是保證汽泵在此轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的最小流量值，從安全角度考慮，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)留有一定的裕度。

表1 汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量設(shè)計(jì)值

用表1數(shù)據(jù)與目前實(shí)際汽泵再循環(huán)閥控制值對(duì)比，可以看出目前汽泵最低流量保護(hù)定值及再循環(huán)閥開(kāi)、關(guān)的定值均偏大，例如汽泵入口流量在500 t／h開(kāi)始開(kāi)啟，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速約4 000 r／min，而實(shí)際汽泵的最小流量設(shè)計(jì)值僅僅為167 t／h。兩者存在差異，存在不合理性，具有優(yōu)化空間。

2.2 再循環(huán)閥關(guān)閉試驗(yàn)

將汽泵再循環(huán)閥切手動(dòng)全關(guān)，緩慢降負(fù)荷至230 MW，此時(shí)汽泵轉(zhuǎn)速3 295 r／min，入口流量降至384 t／h。全面檢查汽泵各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常，無(wú)明顯上升或超限現(xiàn)象，證明再循環(huán)閥在機(jī)組負(fù)荷低至230 MW時(shí)完全沒(méi)有開(kāi)啟的必要，為下一步控制定值的修改提供有力的證據(jù)支持。受制于脫硝系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)會(huì)退出運(yùn)行，沒(méi)有進(jìn)行更低負(fù)荷試驗(yàn)。

2.3 運(yùn)行曲線(xiàn)及保護(hù)定值修改

修改再循環(huán)閥控制邏輯。汽泵升負(fù)荷時(shí)入口流量在250 t／h時(shí)再循環(huán)閥開(kāi)始關(guān)閉（對(duì)應(yīng)圖1為b點(diǎn)），350 t／h時(shí)全關(guān)（對(duì)應(yīng)圖1為c點(diǎn)）；汽泵降負(fù)荷時(shí)入口流量270 t／h時(shí)再循環(huán)閥開(kāi)始開(kāi)啟（對(duì)應(yīng)圖1為d點(diǎn)），170 t／h時(shí)全開(kāi)（對(duì)應(yīng)圖1為e點(diǎn)）。

修改汽泵最小流量保護(hù)值。最小流量保護(hù)值由固定值263.8 t／h改為轉(zhuǎn)速的函數(shù)值，該值是一個(gè)變值。按照廠(chǎng)家提供的不同轉(zhuǎn)速下最小流量設(shè)計(jì)值（表1數(shù)據(jù)）乘以系數(shù)1.2；在轉(zhuǎn)速小于3 000 r／min時(shí)，保護(hù)定值取固定值150 t／h；在轉(zhuǎn)速大于5 500 r／min時(shí)，保護(hù)定值取固定值275 t／h。計(jì)算出的不同轉(zhuǎn)速下最小流量保護(hù)值數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量保護(hù)值

汽泵正常運(yùn)行時(shí)，再循環(huán)閥放置在自動(dòng)狀態(tài)；在汽泵啟動(dòng)、停運(yùn)過(guò)程中，再循環(huán)閥放置在手動(dòng)狀態(tài)，由操作員手動(dòng)操作。

2.4 鍋爐給水流量的安全性分析

再循環(huán)閥控制邏輯修改后，減負(fù)荷時(shí)閥門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟值由500 t／h降低至270 t／h，選定該值主要基于以下兩點(diǎn)考慮。1）270 t／h是汽泵最大工況運(yùn)行轉(zhuǎn)速（5 500 r／min）對(duì)應(yīng)的最小流量設(shè)計(jì)值的1.2倍，可保證汽泵在各轉(zhuǎn)速下的汽蝕余量安全；2）此值與鍋爐MFT保護(hù)中“給水流量低低”動(dòng)作值匹配，鍋爐MFT保護(hù)中的“給水流量低低”動(dòng)作值為537.5 t／h，2臺(tái)汽泵并列運(yùn)行時(shí)，其再循環(huán)閥開(kāi)啟時(shí)總給水流量為540 t／h，此時(shí)鍋爐已“給水流量低低”保護(hù)動(dòng)作，故不會(huì)對(duì)鍋爐給水流量安全造成影響。鍋爐最低給水流量為600 t／h（約30%BMCR），再循環(huán)閥開(kāi)啟定值降低后，無(wú)論是機(jī)組正常運(yùn)行還是在啟停機(jī)過(guò)程中，只要鍋爐運(yùn)行，運(yùn)行汽泵的再循環(huán)閥均無(wú)需打開(kāi)，可避免因再循環(huán)閥開(kāi)啟而造成給水流量波動(dòng)，有利于低負(fù)荷時(shí)給水流量的穩(wěn)定運(yùn)行。

若運(yùn)行中兩臺(tái)汽泵發(fā)生“搶水”的情況，按照原控制邏輯，被搶汽泵在入口流量降至500 t／h時(shí)開(kāi)始開(kāi)啟再循環(huán)閥，此時(shí)有可能因?yàn)樵傺h(huán)閥的開(kāi)啟導(dǎo)致該汽泵出口壓力進(jìn)一步降低，從而失去搶救給水流量的機(jī)會(huì)。修改為新的控制邏輯后，當(dāng)被搶汽泵入口流量降至270 t／h時(shí)才開(kāi)啟再循環(huán)閥，此時(shí)無(wú)論再循環(huán)閥開(kāi)啟與否，已很難讓被搶汽泵重新供水，因此此時(shí)開(kāi)啟再循環(huán)閥對(duì)汽泵的“搶水”事故處理沒(méi)有負(fù)面影響。

2.5 運(yùn)行曲線(xiàn)改進(jìn)后運(yùn)行效果

控制方式改進(jìn)后，機(jī)組正常運(yùn)行中汽泵再循環(huán)閥均保持全關(guān)，控制方式投入“自動(dòng)”狀態(tài)。由于再循環(huán)閥不用開(kāi)啟，基本消除了汽泵再循環(huán)閥運(yùn)行中的節(jié)流損失及汽蝕現(xiàn)象，在汽泵節(jié)能降耗的同時(shí)，減少了再循環(huán)閥維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)，避免了機(jī)組低負(fù)荷時(shí)因汽泵再循環(huán)閥開(kāi)、關(guān)造成的總給水流量擾動(dòng)，增加了機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的安全穩(wěn)定性。

只有在汽泵啟動(dòng)、停運(yùn)過(guò)程中再循環(huán)閥才需要設(shè)置為“手動(dòng)”方式并打開(kāi)。汽泵啟動(dòng)時(shí)，將再循環(huán)閥切手動(dòng)全開(kāi)，汽泵在并泵的過(guò)程中，逐漸關(guān)閉再循環(huán)閥，全關(guān)后投入“自動(dòng)”方式；停泵停運(yùn)時(shí)，先逐漸將循環(huán)閥切手動(dòng)全開(kāi)，然后緩慢降低汽泵轉(zhuǎn)速直至汽泵退出運(yùn)行。汽泵的“并泵”、“退泵”操作過(guò)程得到簡(jiǎn)化。

機(jī)組調(diào)峰低至200 MW運(yùn)行時(shí)，汽泵再循環(huán)均保持關(guān)閉，汽泵運(yùn)行穩(wěn)定，參數(shù)正常。

3 節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷為300 MW時(shí)，除氧器給水參數(shù)為0.46 MPa／150℃，對(duì)應(yīng)焓值626.89 kJ／kg；汽泵出口給水參數(shù)為19.3 MPa／155℃，對(duì)應(yīng)焓值665.44 kJ／kg。優(yōu)化前后300 MW時(shí)汽泵入口流量差值至少為30 t／h，汽泵效率約為85%。2臺(tái)汽泵減少的輸入功率為784.2 kW。

每年汽泵運(yùn)行至少300天，目前每天有1／3時(shí)間是在300 MW及以下負(fù)荷運(yùn)行，假設(shè)電費(fèi)為0.4元／kWh，則每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為75.2萬(wàn)元。

假設(shè)汽泵再循環(huán)閥門(mén)每年維護(hù)費(fèi)用為10萬(wàn)元，則每年每臺(tái)機(jī)可節(jié)省費(fèi)用為85.2萬(wàn)元。

以上計(jì)算只考慮300 MW工況，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在300 MW以下時(shí)，汽泵節(jié)能效果更明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

汽泵再循環(huán)閥按照新的控制策略運(yùn)行后，主要取得了以下成果。1）汽泵再循環(huán)閥汽蝕現(xiàn)象基本消除。機(jī)組低負(fù)荷時(shí)不需要開(kāi)啟再循環(huán)閥，只有在汽泵“并泵”、“退泵”期間才會(huì)使用，再循環(huán)閥以微開(kāi)狀態(tài)造成汽蝕的時(shí)間幾乎為“0”。2）汽泵節(jié)能效果明顯。機(jī)組運(yùn)行中汽泵再循環(huán)閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，且閥門(mén)內(nèi)漏現(xiàn)象得到改善，杜絕了再循環(huán)閥的回流損失。3）避免了因汽泵再循環(huán)閥開(kāi)啟造成的給水流量突降，保證了低負(fù)荷時(shí)鍋爐給水流量的穩(wěn)定性和安全性。再循環(huán)閥按照新的控制策略運(yùn)行后汽泵運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，實(shí)踐證明是可行的。在目前燃煤機(jī)組總體負(fù)荷率偏低，長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀下，新的控制策略能帶來(lái)更明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄒世浩，萬(wàn)勝軍．超臨界最小流量調(diào)節(jié)閥的研究［J］．鍋爐制造，2013，41（6）：62－64．

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［4］閻志敏.給水泵再循環(huán)閥的設(shè)計(jì)與控制［J］.發(fā)電設(shè)備，2008，23（4）：332－334.

［5］劉長(zhǎng)良，周丹.660 MW單列輔機(jī)超超臨界機(jī)組給水控制策略?xún)?yōu)化［J］.電力科學(xué)與工程，2013，29（9）：43－46.

Control Strategy on Reducing the Feed Water Pump Recirculation Valve Cavitation

HOU Jianxiong，LIU Zhidong，YANG Qunfa
（Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co.，Ltd.，Zhuhai 519050，China）

A new control strategy is put forward to make steam feed recirculation valve closed during the normal operation of the unit，and get it open during the process of starting and stopping the pump.The proposed strategy can minimize the cavitation of recirculation valve，and reduce the energy consumption of steam feed water pump at low load.The practice shows that the new control strategy can save energy and reduce the cost，prolong the service life of the recirculation valve and ensure the safety of the steam feed water pump and the boiler feed water flow.

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

TK223.5+2

B

1007－9904（2016）09－0064－03

2016－05－07

侯劍雄（1975），男，高級(jí)工程師，從事火電廠(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。