凝結水泵工頻與變頻運行工況安全經濟性分析

胡楊海

（神華河北國華定州發電有限責任公司，河北定州 073000）

0 引言

某超臨界機組凝結水系統配置2伊110%容量的立式筒袋式凝結水泵，配套設置一套變頻調速驅動裝置。銘牌出力1890 t/h、出口壓力3.68 MPa，型號為C720III-5，由長沙水泵廠供貨；配套電機型號YKSL2600-4，額定功率2600 kW，額定轉速1480 r/min。在夏季由于環境溫度較高，凝結水泵變頻裝置可控硅散熱能力受限，凝結水泵變頻裝置多次觸發“輕故障報警”，因而出現了凝結水泵長時間在工頻狀態下運行的工況。正常情況下凝結水泵為變頻工況運行，源于設計之初的節能思想，自投產以來2臺機組凝泵變頻運行基本穩定，未發生過重大安全事故。但經多年運行后凝泵變頻裝置頻發“輕故障報警”，凝結水系統作為機組主要系統，每次工變頻切換帶來的潛在風險十分巨大，從運行情況來看，無論是從安全還是經濟方面考慮，變頻運行的方式都要明顯優于工頻運行。在數據在相同工況下，凝泵工頻與變頻運行時的參數對比，見表1。

1 安全運行對比

（1）凝泵出口壓力。工頻運行時，凝結水主調門只調除氧器水位，造成凝泵的出口壓力較高，而且在（350～550）MW壓力為3.6 MPa，而變頻運行時，凝結水主調門負責調節泵出口壓力，因此凝泵工頻運行時比變頻運行時的壓力高出約50%以上，是能量的極大浪費。此外，壓力高時，對于精處理系統的運行有較大的風險，容易造成精處理各閥門盤根、法蘭結合面處出現呲水，影響精處理的安全運行。另外，凝泵有一個比較特殊的情況，即無論運行泵是否變頻運行，只要投入備用子環，一旦變頻裝置發出重故障報警，都將造成備用泵工頻聯啟。也就是說，假如子環投入，1#凝泵工頻運行，2#凝泵備用，此時如果變頻器偶然發出重故障報警并立即消失，2#凝泵將工頻聯啟。這樣就會變為雙泵工頻運行的狀況，這對精處理的系統沖擊將是巨大的，非常容易造成精處理呲水或退出運行。

（2）凝結水主調閥。工頻運行時，凝結水主調閥的開度最大為37%，恰恰相當于變頻運行時的最小開度。長期在這樣小的開度下運行，不但造成凝結水壓力偏高，而且會對主調閥造成嚴重的沖蝕，影響主調閥的嚴密性。

（3）凝結再循環門。為降低工頻運行時凝結水的系統壓力，中低負荷下必須保持再循環閥開啟，這樣不但會造成對閥門的沖蝕，也會使凝結水泵電流升高，多做很多無用功。與凝結水主調閥不同，再循環一旦不嚴密，出現了漏流，必然造成整個系統經濟性的下降，因此必須盡量避免再循環閥門在半開狀態下長時間運行。另外，凝結水再循環門的開啟還存在另外一個潛在的風險，即在機組升負荷過程中，如果不及時關閉，很有可能造成單臺凝結水泵超流量運行。

（4）凝結水流量。中低負荷時，凝結水流量差額較大（300～400）t，其流量相當于各高加抽汽量之和，但是這么大的流量卻沒有用來補充除氧器水位，而是經過再循環管道再次進入排汽裝置，不但使凝泵長期在做無用功，加劇了凝泵的機械損耗，而且大流量對于精處理而言也是一種負擔。

2 經濟性對比

（1）根據凝結水泵變頻裝置運行前后的數據進行分析，即可得出凝泵變頻裝置的節能效果。表2為機組凝結水泵及變頻性能試驗測試數據。凝結水泵設計出口壓力是3.98 MPa，但實際供貨泵出口壓力達到了5 MPa，導致凝泵工頻運行時精處理系統超壓，所以600 MW 以下負荷無法進行工頻運行試驗。

（2）節能效果分析。分別選取100%、75%、50%和40%額定負荷等4個工況，進行工頻運行和變頻運行能耗對比分析。各工況采用對應的凝結水泵流量、功耗，作為凝結水泵功頻運行的數據，其中電機效率按95%，變頻器自身耗功按3%考慮。根據試驗測試數據，選取與設計流量接近的數據組，取得與設計流量相同條件下的修正后的功耗數據。從表3可以看出，100%，75%，50%和40%額定負荷等4個工況變頻驅動節能效果，分別為20.2%，45.4%，71.3%和77.2%。

表1 相同工況下凝泵工頻與變頻運行時參數對比

（3）全年節能效果計算。機組年運行時間按7500 h計算，利用時間按5525 h計算，對不同負荷運行時間計算可得出全年節電量，表4。1臺機組凝結水泵變頻驅動相對工頻驅動全年節電6649.4 MW·h，按對電網供電量不變，節約燃料費用164.9萬元人民幣。若按發電量不變，則多供電量6649.4 MW·h，增加收益207.8萬元人民幣。

即使是在滿負荷工況下，也能從表4數據中體現出來。如果依靠參數值計算：以350 MW為例，這是工變頻運行能耗最大的工況，電流數值相差為53 A。單位時間內功耗相差813.336 kW。低負荷時，每天運行（4～5）h，經濟效益1138元人民幣。高負荷時，工變頻的電流差值最小，但是變頻仍然體現了其有利的節能效應，且在系統安全上明顯要優于工頻運行。

3 變頻運行時凝泵跳閘

（1）凝泵變頻方式運行時跳閘處理要點：淤立即檢查工頻備用凝泵聯啟正常，否則手動啟動。于檢查除氧器30%，70%上水調門切除自動，立即手動關小2個上水調門，維持除氧器水位降至到正常值（2000～2200）mm。盂故障處理過程中要有專人調除氧器水位，本著就低不就高的原則，堅決避免除氧器水位高3值（保護值）情況發生，防止高加正常疏水、四抽電門等突關引起故障擴大。榆聯系檢修檢查變頻凝泵跳閘原因，未查明之前嚴禁重新啟泵。虞如工頻泵無法啟動，檢查變頻凝泵熱機和電氣開關及變頻器無明顯故障時，可以強合一次，但如再次跳閘或無法啟動應申請停機。

（2）凝泵變頻方式運行30%，70%上水調門故障或突關 處理要點：淤如運行中70%上水調門突關，應立即開啟除氧器上水旁路電動門維持除氧器水位正常，必要時可適當減低機組負荷。于如運行中30%上水調門突關，應立即解除70%除氧器上水調門維持除氧器水位正常，必要時可適當減低機組負荷。盂如運行發現30%，70%上水調門或變頻器頻率調節塊切為手動，立即手動調整除氧器和凝汽器水位，聯系檢修人員檢查原因。榆如長時間處理不了應倒位工頻泵運行。

4 凝泵工頻啟動風險及應對方法

（1）精處理超壓：凝泵工頻啟動，由于凝結水管道壓力突增，極易造成精處理區域凝結水壓力超限而造成凝結水系統漏水。且精處理區域有精處理段和凝泵變頻柜，若漏水噴射到這些電氣設備上，后果將不堪設想。應對方法：淤盡量選在高負荷進行。于凝泵工頻啟動前，通知化學值班員將精處理旁路門開啟。盂備用凝泵工頻啟動前，將運行變頻凝泵頻率提升至躍45 Hz，提升凝結水母管壓力至躍2.5 MPa。榆盡管熱工已做了備用凝泵工頻啟動后快開凝泵再循環門邏輯，為避免再循環門卡澀，備用凝泵工頻啟動前將再循環開啟至躍50%為好。

（2）低加水位高：備用凝泵工頻啟動后，由于2臺凝泵同時運行，若除氧器上水調門開度太大，通過5#，6#，7#低加的凝結水流量將會突增，大量抽汽會在5#，6#，7#低加內凝結，造成低加水位高。

應對方法：淤啟動備用凝泵前，除氧器上水調門開度不能開得太大，盡量控制在約30%。于備用凝泵啟動前后，通過除氧器上水調門和再循環調門控制使低加的凝結水流量穩定。盂嚴密監視低加水位，發現水位升高過快時，快速關小除氧器上水調門，開大低加正常疏水門，必要時可開啟低加事故疏水門，防止低加水位高引起低加跳閘。

（3）除氧器水位高：除氧器正常水位多維持在1900 mm，距離除氧器溢流、放水定值較近。切換時若控制不好，易造成除氧器水位高而引起除氧器溢流、放水門開啟。應對方法：淤切換前，將除氧器水位控制在1750 mm，應留有調整空間。于切換過程中，控制通過5#低加出口的凝結水流量的穩定。

表2 3#機組凝結水泵及變頻性能試驗測試數據

表3 各典型工況凝結水泵工頻運行和變頻運行對比分析

表4 1伊660 MW機組全年凝結水泵變頻節能數據