降低給水泵再循環閥汽蝕的控制策略

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）

降低給水泵再循環閥汽蝕的控制策略

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）

提出一種新的控制策略，使汽動給水再循環閥在機組正常運行中保持全關，只有在汽動給水泵啟動、停運過程中才需要開啟，最大限度減少再循環閥的汽蝕，并顯著降低汽動給水泵低負荷時的能耗。實踐證明，這種控制策略能夠實現汽泵的節能降耗，延長再循環閥使用壽命，并保證汽動給水泵和鍋爐給水流量的安全。

汽動給水泵；再循環閥；節能降耗；控制策略

0 引言

廣東珠海金灣發電有限公司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，額定工況轉速5 280 r／min、流量889 t／h，最大工況點轉速5 550 r／min、流量1 055 t／h，最低調節轉速2 800 r／min。再循環閥為氣動調節閥，自動狀態下參與汽泵入口最小流量的調整。

汽泵再循環閥是火電廠中運行工況最為惡劣的調節閥之一，該閥門前后壓差極大，極易被沖刷，壽命一般較短，幾乎每年均需對其進行檢修或更換，閥門沖刷內漏問題一直不能徹底解決。機組負荷低至320 MW以下時，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；閥門吹損也非常嚴重，大小修后不久閥門就快速發生內漏，大大增加了維護成本，在夏天高負荷給水流量偏大時，汽泵轉速已經到達5 500 r／min附近，給機組安全性帶來隱患。為降低汽泵能耗，提高節能效果，通過對汽泵再循環閥控制方式進行分析，探索新的控制方式。經優化后的汽泵再循環閥控制曲線，顯著降低汽泵低負荷時的能耗，減緩再循環閥的吹損速度，減少維護費用［1-2］。

1 再循環閥原控制策略問題

為減小汽泵再循環閥開度變化對總給水流量的波動影響，在再循環閥調節過程中設置死區。再循環閥控制方法采用流量函數對應閥位的方法，如圖1所示。當泵入口流量增大時，再循環閥關小的行程按照a-b-c運行；當入口流量減少時，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［3-4］。

圖1 汽泵再循環閥控制曲線

實際運行中，機組負荷在310 MW時，總給水流量為890 t／h左右。分配至每臺汽泵流量約450 t／h。由于機組經常在300 MW及以下負荷調峰運行，負荷指令經常來回波動，再循環閥經常處于微開狀態，閥門內漏、振動嚴重，由此導致閥門在剛開啟時給水流量會發生突降，而超臨界鍋爐對給水流量的變化特別敏感。為保證負荷300 MW以下時給水流量的安全穩定，將再循環閥設置為在300 MW以上開啟，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，并設置再循環閥最小開度為5%，汽泵最低流量保護為263.8 t／h。

具體來講，汽泵再循環閥在運行中主要有以下問題。1）減負荷過程中，機組負荷到達300 MW即開始開啟再循環閥，250 MW時，再循環閥開度達26%，給水通過再循環閥回流帶來的損失非常大。2）加負荷過程中，負荷到達350 MW再循環閥才開始關，此前一直處于微開狀態，閥門吹損嚴重，汽泵汽耗增加。3）兩臺汽泵再循環閥開啟時不能做到完全同步，單臺汽泵再循環閥開啟時，導致兩臺汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量擾動。4）目前機組負荷率普遍較低，夜班經常調峰至300 MW及以下，汽泵再循環閥長期處于開啟狀態，帶來的閥門磨損和能耗損失成倍增加［5］。

2 再循環閥控制的改進

2.1 汽泵各轉速下的最小流量設計值

經咨詢汽泵廠家，汽泵在額定轉速下入口、出口最小流量為220 t／h，在其他轉速下的最小流量

式中：Qamin為實際最小流量，t／h；Qrmin為額定最小流量，t／h；Va為實際轉速，r／min；Vr為額定轉速，r／min。

根據式（1），計算出在不同轉速下的汽泵最小流量值，見表1。表中的數值是保證汽泵在此轉速下運行的最小流量值，從安全角度考慮，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

用表1數據與目前實際汽泵再循環閥控制值對比，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，例如汽泵入口流量在500 t／h開始開啟，對應的轉速約4 000 r／min，而實際汽泵的最小流量設計值僅僅為167 t／h。兩者存在差異，存在不合理性，具有優化空間。

2.2 再循環閥關閉試驗

將汽泵再循環閥切手動全關，緩慢降負荷至230 MW，此時汽泵轉速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正常，無明顯上升或超限現象，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，為下一步控制定值的修改提供有力的證據支持。受制于脫硝系統在低負荷時會退出運行，沒有進行更低負荷試驗。

2.3 運行曲線及保護定值修改

修改再循環閥控制邏輯。汽泵升負荷時入口流量在250 t／h時再循環閥開始關閉（對應圖1為b點），350 t／h時全關（對應圖1為c點）；汽泵降負荷時入口流量270 t／h時再循環閥開始開啟（對應圖1為d點），170 t／h時全開（對應圖1為e點）。

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，該值是一個變值。按照廠家提供的不同轉速下最小流量設計值（表1數據）乘以系數1.2；在轉速小于3 000 r／min時，保護定值取固定值150 t／h；在轉速大于5 500 r／min時，保護定值取固定值275 t／h。計算出的不同轉速下最小流量保護值數據見表2。

表2 汽泵不同轉速下最小流量保護值

汽泵正常運行時，再循環閥放置在自動狀態；在汽泵啟動、停運過程中，再循環閥放置在手動狀態，由操作員手動操作。

2.4 鍋爐給水流量的安全性分析

再循環閥控制邏輯修改后，減負荷時閥門開始開啟值由500 t／h降低至270 t／h，選定該值主要基于以下兩點考慮。1）270 t／h是汽泵最大工況運行轉速（5 500 r／min）對應的最小流量設計值的1.2倍，可保證汽泵在各轉速下的汽蝕余量安全；2）此值與鍋爐MFT保護中“給水流量低低”動作值匹配，鍋爐MFT保護中的“給水流量低低”動作值為537.5 t／h，2臺汽泵并列運行時，其再循環閥開啟時總給水流量為540 t／h，此時鍋爐已“給水流量低低”保護動作，故不會對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），再循環閥開啟定值降低后，無論是機組正常運行還是在啟停機過程中，只要鍋爐運行，運行汽泵的再循環閥均無需打開，可避免因再循環閥開啟而造成給水流量波動，有利于低負荷時給水流量的穩定運行。

若運行中兩臺汽泵發生“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時開始開啟再循環閥，此時有可能因為再循環閥的開啟導致該汽泵出口壓力進一步降低，從而失去搶救給水流量的機會。修改為新的控制邏輯后，當被搶汽泵入口流量降至270 t／h時才開啟再循環閥，此時無論再循環閥開啟與否，已很難讓被搶汽泵重新供水，因此此時開啟再循環閥對汽泵的“搶水”事故處理沒有負面影響。

2.5 運行曲線改進后運行效果

控制方式改進后，機組正常運行中汽泵再循環閥均保持全關，控制方式投入“自動”狀態。由于再循環閥不用開啟，基本消除了汽泵再循環閥運行中的節流損失及汽蝕現象，在汽泵節能降耗的同時，減少了再循環閥維護費用；同時，避免了機組低負荷時因汽泵再循環閥開、關造成的總給水流量擾動，增加了機組低負荷時的安全穩定性。

只有在汽泵啟動、停運過程中再循環閥才需要設置為“手動”方式并打開。汽泵啟動時，將再循環閥切手動全開，汽泵在并泵的過程中，逐漸關閉再循環閥，全關后投入“自動”方式；停泵停運時，先逐漸將循環閥切手動全開，然后緩慢降低汽泵轉速直至汽泵退出運行。汽泵的“并泵”、“退泵”操作過程得到簡化。

機組調峰低至200 MW運行時，汽泵再循環均保持關閉，汽泵運行穩定，參數正常。

3 節能效果及經濟效益

機組運行負荷為300 MW時，除氧器給水參數為0.46 MPa／150℃，對應焓值626.89 kJ／kg；汽泵出口給水參數為19.3 MPa／155℃，對應焓值665.44 kJ／kg。優化前后300 MW時汽泵入口流量差值至少為30 t／h，汽泵效率約為85%。2臺汽泵減少的輸入功率為784.2 kW。

每年汽泵運行至少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／kWh，則每年可節省運行費用為75.2萬元。

假設汽泵再循環閥門每年維護費用為10萬元，則每年每臺機可節省費用為85.2萬元。

以上計算只考慮300 MW工況，當機組運行在300 MW以下時，汽泵節能效果更明顯。

4 結語

汽泵再循環閥按照新的控制策略運行后，主要取得了以下成果。1）汽泵再循環閥汽蝕現象基本消除。機組低負荷時不需要開啟再循環閥，只有在汽泵“并泵”、“退泵”期間才會使用，再循環閥以微開狀態造成汽蝕的時間幾乎為“0”。2）汽泵節能效果明顯。機組運行中汽泵再循環閥一直處于關閉狀態，且閥門內漏現象得到改善，杜絕了再循環閥的回流損失。3）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。再循環閥按照新的控制策略運行后汽泵運行參數穩定，實踐證明是可行的。在目前燃煤機組總體負荷率偏低，長時間低負荷運行的現狀下，新的控制策略能帶來更明顯的經濟效益。

［1］鄒世浩，萬勝軍．超臨界最小流量調節閥的研究［J］．鍋爐制造，2013，41（6）：62－64．

［2］錢紹斌．給水泵再循環閥異常處理［J］．電力安全技術，2010，12（1）：49－50．

［3］賴加良，戈黎紅．超臨界機組給水泵最小流量控制方法的改進［J］．發電設備，2009，24（5）：358－360．

［4］閻志敏.給水泵再循環閥的設計與控制［J］.發電設備，2008，23（4）：332－334.

［5］劉長良，周丹.660 MW單列輔機超超臨界機組給水控制策略優化［J］.電力科學與工程，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，高級工程師，從事火電廠生產技術與管理工作。