供熱電廠高壓給水系統節能優化探索

肖 俊 曹俊水 謝勇翔

(馬鋼股份公司能環部 安徽馬鞍山 243000)

1 改造前現狀

馬鋼能環部發電一分廠擁有6臺蒸發量同為220 t/h的鍋爐和4臺總發電量230 MW的汽輪發電機組。鍋爐給水系統由1-6共六臺給水泵組成，其中#1泵為液力耦合器調速水泵，#5泵計劃改進為變頻調速水泵。六臺給水泵并列運行組成母管制鍋爐給水系統。 1-3泵額定流量:440 m/h、額定揚程:14.6 MPa，4泵額定流量:264 m/h、額定揚程:15.15 MPa，5泵額定流量:440 m/h、額定揚程:14.9 MPa，6泵額定流量:440 m/h、額定揚程:15.6 MPa。在燃料充足的情況下維持5爐4機3臺給水泵運行。

表1 1#—6#高壓給水泵性能參數

2 改造前存在的問題

由于鍋爐高壓給水系統設計選型的匹配問題(各泵設計出口壓力都在14.6 MPa以上)及由于燃氣供應情況多變造成負荷變動大，導致給水壓力經常維持在14 MPa以上運行，超過鍋爐設計需要的給水壓力11 MPa-13 MPa。造成:

鍋爐給水母管壓力過高，造成能源浪費；

過高的給水壓力加劇了設備管道、閥門、受熱面的沖刷，易造成泄漏、爆管停爐等事故；

由于發電一分廠鍋爐高壓給水系統采用的是母管制，母管壓力高。一旦系統泄露，隔絕操作量大且不易隔絕嚴密；

由于鍋爐高壓給水系統長期處于高壓狀態，鍋爐給水及給水減溫系統的閥門及閥門節流組件前后壓差大、調整裕量小，易卡澀和失靈影響設備安全運行；

由于運行水泵多、負荷變動量大、調整操作頻繁，造成鍋爐給水壓力波動大，同時由于調整操作頻繁操作人員易疲勞，嚴重影響鍋爐安全穩定運行；

3 節能優化改造技術思路：

給水泵降低揚程通常采用降低運行給水泵轉速和對給水泵泵體進行技術改造。而降低給水泵運行轉速一般方法為：對定速給水泵采用增加液力偶合器調節和對定速 給水泵采取增加變頻器變頻調速改造兩種節能改造方式。對給水泵泵體進行技術改造主要手段有給水泵葉輪外徑切削和給水泵幾級葉輪拆除。

液偶調節調速范圍廣可無級變速；轉速控制精準度高容易實現遠程調控。但需要重新灌筑高壓給水泵安裝基礎，重新安裝找正和調試高壓給水泵，建設周期長調節效果沒有變頻調速好。變頻調節調速范圍廣轉速控制精準度好，自動化程度高，無需變動基礎。但需要購買昂貴的變頻設備，并且現在高壓變頻器技術還不十分成熟，對工作環境要求高，可靠性不如液偶調節高。考慮到我廠為舊設備系統改造。各高壓給水泵之間距離短，放置高壓給水泵液力偶合器后空間比較局促，且需對高壓給水泵管道進行調整，施工難度大。而變頻器無需安裝在高壓給水泵邊，設備系統基本不需要變動。經過綜合分析比較我們計劃對#5高壓給水泵進行變頻改造。

高壓給水泵葉輪外徑切削可靠性高，投資小；但加工工藝相對復雜，關鍵是切割后無法恢復原狀，改造風險性大。高壓給水泵幾級葉輪拆除就是在拆掉的葉輪處裝上導流套，減少渦流損失并對轉子上相鄰其它部件進行固定。高壓給水泵其它部件無需改動，技術成熟、可靠性高，而且在需要的時候可以重新安裝恢復原貌。因此我們決定對#3高壓給水泵進行減級降壓改造。

#5高壓給水泵變頻改造和3高壓給水泵本體系統改造項目實施完成后，我們計劃通過高壓給水母管的降壓運行，預計發電一分廠給水泵單耗(單位時間內耗電量除以鍋爐蒸發量，單位：KWh/t)會降低1.0 KWh/t左右，同時由于高壓給水母管壓力降低造成各調整節流設備及鍋爐本體設備使用壽命和檢修周期的必然延長。

4 具體節能改造優化措施

4.1 5#高壓給水泵變頻改造

由于熱電總廠南區高壓給水系統原只有#1高壓給水泵為液偶調節變速給水泵，其他5臺高壓給水泵都為定速水泵。如四臺發電機組全部在線運行需維持三臺高壓給水泵運行。整個高壓給水系統調整裕度小，無法適應負荷的頻繁變化。造成高壓給水系統長期處于高水壓運行狀態。系統管道閥門卡澀損壞嚴重，給水泵單耗居高不下。為降低給水泵電耗，減少設備損壞，保證設備安全、經濟、穩定運行。因此我們進行了#5高壓給水泵變頻改造。

4.2 3#高壓給水泵進行減級降壓改造

雖然通過1給水泵的液偶調節級5給水泵的變頻調節，高壓給水母管壓力有所降低，但受并列運行定速高壓給水泵出口壓力高的影響，1、5高壓給水泵出口壓力并不能降的太多以防止出水不暢造成悶泵現象損壞設備。因此又對3高壓給水泵進行了改造，將水泵泵軸原本十級葉輪中的第六級葉輪拆除，安裝軸套保留相應導葉。完成后水泵轉子外送專業單位做轉子動平衡試驗，必須動平衡合格。在保證3泵流量小幅度減少的情況下，出口壓力預計會降低10%左右，達到13.2 MPa左右。提高了高壓給水系統對發電機組負荷變化的調整裕量及組產手段。

4.3 降低鍋爐給水母管壓力到13 MPa以下，降低能耗減少能源浪費

#5高壓給水泵變頻改造和#3高壓給水泵進行減級降壓改造全部完成，系統試運行正常后。在保證鍋爐安全、經濟、穩定運行的情況下，通過逐步整體降低發電一分廠高壓給水母管壓力，減小系統水阻。以達到減少管道和閥門沖刷、降低給水泵電耗、減少閥門卡澀的目的。

4.4 發電一分廠高壓給水母管壓力調整程控化，減少手動操作量為實現‘智慧電廠’做好準備

由于鍋爐燃燒受燃料供應影響波動較大給水需求不停變化，造成高壓給水系統操作人員調整工作頻繁，需要兼顧的調整參數多。長時間頻繁調整人員易疲勞發生誤操作。我們邀請南京協控自動化科技有限公司進行技術指導，通過進行1和5調速給水泵調節特性試驗，掌握給水母管壓力調節系統工藝特征和1和5給水泵流量特性曲線。搭建了給水母管壓力協調控制系統。將鍋爐及給水系統等相關控制信號接入優化控制系統，選用先進的多變量復合平衡協調控制策略，實現了給水泵調速自動控制功能，從而實現給水母管壓力的自動控制調節。

5 節能改造優化后的效果

表2 改造前后高壓給水泵能耗對比

通過該項改造和系統運行方式調整，我們完成了發電一分廠高壓給水母管壓力控制系統節能降耗優化，并制定了具體的操作手冊。以前給水壓力一般在13 MPa-15 MPa之間波動，給水電耗在6.6 kwh/t-6.4 kwh/t，實施了該項措施后，高壓給水母管壓力穩定在13 MPa,給水電耗穩定降低到5.4 kwh/h-5.6 kwh/t給水電耗平均下降約1.0 kwh/h。按發電一分廠每小時平均供水量1000 t，全年運行時間8000 h計算，全年可節省1.0×1000×8000=8000000度電 電價按每度0.58元計算折合人民幣464萬元。經濟指標明顯好轉，為降本增效做出了貢獻。高壓給水母管壓力控制系統調整操作改進為程序化控制后。在運行中，高壓給水母管壓力變得更加穩定，在降低給水電耗保持高壓給水系統工作穩定的同時，降低了鍋爐高壓給水崗位運行操作人員的勞動量和對運行調整人員的技能要求，緩解了高水平操作人員不足的矛盾。高壓給水系統壓力穩定運行，對于高壓給水管道設備沖擊損害減小，延長了設備使用壽命和檢修周期。各閥門前后壓差降低，減少了閥門卡澀現象，有效減少了事故的發生。也降低了給水泵汽蝕的可能性，系統經濟性和安全性都得到了很大的改善。