基于六西格瑪在給水泵母管制運行節能降耗的應用

王磊 白成友 張華

摘要：給水除氧系統是發電廠熱力系統的重要組成部分。某大型化工廠配套自備電廠給水泵電耗約占總廠用電的50%，因此，降低給水泵的電耗是提高發電廠的供電能力、降低生產成本的一個重要因素。以某熱電廠給水泵為對象，基于六西格瑪DMAIC模型支撐，通過Minitab軟件提供的圖形組態建模分析計算參數，掌握給水系統運行特性，得出不同給水泵組合方式下的電耗，進而優化出給水系統的經濟運行方式，對提高全廠機組運行的經濟性具有重要意義。

關鍵詞：母管制;給水壓力;給水泵組合

1前言

某大型化工廠配套自備電廠4×125MW機組配套除氧給水系統為四臺除氧器分別經各自的除氧器甲乙下水管接入低壓給水母管，分別由六臺給水泵﹙四用兩備﹚、出口進入各機組的#1、2高壓加熱器加熱后，進入各自的鍋爐給水母管，給水泵采用液力偶合器調速，在運行中給水泵采用單元制供對應鍋爐給水。

給水系統是發電廠熱力系統的重要組成部分，它的作用是將除氧器水箱中的水經過給水泵組升壓、機組高壓加熱器升溫后提供給鍋爐。由于給水系統在任何工況下都要保證不間斷向鍋爐供水，其運行方式的安全性、經濟性對發電廠的生產與節能降耗具有重要意義。某自備電廠給水經濟運行方式主要是利用實時監測系統，通過鍋爐流量、汽包壓力，從而計算出給水泵勺管開度。隨著計算機技術在指導電站生產上的深入應用，利用軟件建模為母管制給水泵組的節能提供了新的研究方法。基于Minitab軟件，該軟件是一款質量統計分析的軟件，用于質量控制，內置質量分析的工具：如能力分析（Cp/Cpk），控制圖、Pareto、Fishbone、可靠性分析、公差區間等，同時也有大量統計分析工具：假設檢驗、回歸分析、方差分析、DOE、時間序列分析等。能夠真實模擬給水泵運行系統、控制系統的動靜態特性。本文通過六西格瑪DMAIC模型支撐對母管制給水系統建模，通過Mintable軟件對其進行試驗DOE分別使用相應優化器和等值線圖觀測，計算出不同給水泵組合方式下的系統功耗，綜合得出一套合理的運行方案。

2 給水系統的建模分析

對自備電廠二期配備3臺給水泵進行建模分析，其中：二期鍋爐額定容量為480t/h，配套#4、#5、#6給水泵為液力耦合器調整泵，3臺給水泵的額定流量為616 t/h。在正常運行時，各機組除氧水箱中的出水經低壓冷給水母管相互連通，給水泵從該母管中取水。給水泵升壓后，經高壓冷給水母管相互連通。給水經高壓加熱器加熱后單元制供四臺鍋爐用水。機組運行中低壓冷母管是母管制運行、高壓冷母管是母管制運行。因此，DMAIC以除氧器壓力作為給水系統的起點，其壓力被設定為0.5MPa。鍋爐在正常運行時，汽包壓力為10.9MPa，該值作為系統的末端壓力固定。以此為基礎收集每個系統獨立的屬性參數，通過Mintable軟件對其進行試驗DOE計算

3 給水泵母管制運行模型建立

給水泵是給水系統中最重要的一個環節。Mintable軟件對給水泵運行參數根據不同運行方式進行切換進行單因子方差分析，并繪制箱線圖來模擬給水泵不同運行方式耗電情況的變化見圖1。

通過給水泵運行方式方差分析完畢后，將給水泵的一些主要運行參數集中起來，單獨做使用Mintable軟件對給水泵運行參數及運行方式進行DOE試驗設計。主要試驗參數包括母管壓力、給水調門開度、給水泵的出口壓力、勺管開度、給水調門前后壓力。試驗過程見圖2，結合主效應圖得知，給水泵電流、勺管流量、給水壓力成正相關。

通過主效應圖得知給水泵電流、勺管流量、給水壓力成正相關。對給水泵的勺管流量和給水壓力使用相應優化器和等值線圖觀測是否達到最佳性能。

通過等值線、響應優化器得知：當勺管流量處于低水平 （80%）和給水壓力處于低水平（12.5MPa）時，運行電流最低，最為省電。通過軟件分析后，調整給水泵運行方式后廠用電降低了0.38%。

4 結語

（1）通過Mintable軟件對某電廠給水系統進行建模并使用優化器進行試驗，為母管制給水系統的經濟性運行提供有效的控制措施。該軟件采用運行參數分析、圖形建模，操作起來簡單方便，自動化程度高，通過試驗優化與實際運行參數比較，表明其準確程度能滿足運行需要。

（ 2）在相同的給水負荷下，當給水泵采取比較母管制運行采用優化器試驗措施，不會對汽輪機做功產生影響，完善給水泵母管制運行分配對整個機組影響的分析。

（ 3）在模型中，通過對給水泵的運行方式操作、運行壓力、流量等參數進行響應優化得出不同給水泵組合方式下的電耗。使給水泵的運行方式更加經濟和靈活。DOE中表明，運行中應盡量保證給水泵母管制運行、低水平參數運行等措施可以有效降低給水泵電耗。對于其他機組具體使用軟件分析，還需參照工廠的實際運行參數狀況。

參考文獻：

[1]武學素，劉振，文尚曦，等.母管制電廠給水經濟調度的研究[J].熱力發電，2000（ 6）：17-18.

[2]裴東升.熱力發電廠母管制給水系統優化運行及研究[D].南京：東南大學，2006.