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#4A凝结水泵深度变频应用研究

发表时间：2021/5/13 来源：《中国电力企业管理》2021年2月作者：侯方宝满增银李博阮振

[导读] 在汽轮机热力系统中，凝汽器热水井出口到除氧器入口之间的所有设备及其连接管道所组成的系统称为凝结水系统。凝结水系统主要由凝结水泵、精处理装置、轴封加热器、低压加热器等组成。凝结水系统的主要作用是通过凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水打入除氧器进行除氧，为锅炉提供含氧量合格的给水，并且通过低压加热器加热凝结水，以提高热力循环效率。

中国石化集团胜利石油管理局有限公司胜利发电厂侯方宝满增银李博阮振

摘要：在汽轮机热力系统中，凝汽器热水井出口到除氧器入口之间的所有设备及其连接管道所组成的系统称为凝结水系统。凝结水系统主要由凝结水泵、精处理装置、轴封加热器、低压加热器等组成。凝结水系统的主要作用是通过凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水打入除氧器进行除氧，为锅炉提供含氧量合格的给水，并且通过低压加热器加热凝结水，以提高热力循环效率。
关键词：汽轮机；热力系统；凝结水泵；变频
        一、我厂二期凝结水泵运行现状
        二期凝结水系统设计为中压供水系统。系统设两台100%容量立式定速凝结水泵，正常一台运行一台备用。其中#4机组#4A凝结水泵进行变频改造，采用的是山东德尔电气科技有限公司的高压智能节电装置。对我厂2020年度凝结水系统厂用电统计分析，虽然#4A凝结水泵变频泵较#3机组工频泵有一定的节能效果，但是与同等机组容量的节能效果相比同样存在较大差值。#4A凝结泵变频改造后耗电率为0.31%，较同等机组容量凝结水泵耗电率0.19%仍有较大差距。因此，仍然有必要对#4A凝结水泵耗电率高的原因进行分析，并进行相应优化改进。
        二、凝结水泵耗电率高的原因
        1.凝结水泵设计选型容量偏大，水泵配置不合理。低负荷时，除氧器上水调节阀节流损失大，造成凝结水泵耗电率偏高。
        2.#4A凝泵变频改造后，受各种因素制约不能发挥最大节能潜力也是耗电率高重要原因。
        1）凝结水泵出口母管压力低联泵定值的限制。二期机组凝结水泵出口母管压力低于1.8MPa备用泵联启。（经过试验，#4机组凝泵出口压力在1.95MPa时，压力低开关报警联泵。）
        2）低压旁路减压阀减温水闭锁压力的限制。凝结水压力低于定值1.8MPa，低压旁路减压阀打不开。
        3）凝结水系统阀门节流及系统内漏的影响。通过对系统排查发现，凝结水小循环门、#1高加水侧放水门、#2高加管道放水门、#1高加紧急放水门、低压旁路减温水门等存在内漏现象。
        4）凝结水泵变频调节方式的影响。#4A凝结泵变频采用手动调节压力，除氧器水位通过上水调节门采用三冲量调节的方式。变频调节深度不够，除氧器上水门节流损失大。
        5）供热期间，热网疏水回水方式的影响。
        三、凝结水泵变速运行节能挖潜的途径
        受除氧器上水安全及凝结水用户需求的限制 ,凝结水泵变速运行时出口压力不能低于某一值 ,为了保证这一点 ,除氧器水位调节阀要参与控制 ,因此机组就存在这样一个负荷点 :在保证满足凝结水泵出口压力与除氧器上水量要求的前提下 ,除氧器水位调节阀全开 ,该点所对应的负荷点称为平衡点。
        机组负荷在平衡点以上时 ,可以单纯依靠增大凝结水泵转速来增加凝结水流量 ,以满足机组运行需要；机组负荷在平衡点以下时 ,必须结合除氧器水位调节阀的开度这一调节手段来进行凝结水流量的调节。
        在满足需要的情况下 , 手动逐渐减小凝结水泵转速 ,缓慢增大除氧器水位调节阀的开度 ,直到该阀全开 ,可以获得平衡点。为直观地分析凝泵深度变频的运行效果，将凝泵运行状态分工频、变频及深度变频三种运行方式。
        1.工频阶段，通过调节除氧器水位调节阀的开度实现除氧器水位控制，这种自动控制方式，节流损失大，能耗高。
        2.变频阶段，凝泵出口压力控制在一定值，仍然由除氧器水位调节阀控制除氧器水位，由凝泵转速来控制凝泵出口压力，虽然有一定节能效果，但仍有潜力可挖。
        3.深度变频后，在负荷平衡点以上时，除氧器水位调节阀手动全开或维持较大开度，通过凝泵转速来控制流量，调节除氧器水位。当机组负荷变化时，凝泵转速和流量跟随负荷变化而变化，而凝泵的工作点始终落在高效率点附近。当凝泵转速减小时，其电动机的能耗以其二次方的速率下降，节能效果非常显著。当机组负荷低于平衡点负荷时，除氧器水位调节阀参与水位调节。

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        四、凝泵深度变频控制策略的实施
        （一）系统查漏试验
        机组运行中存在泄漏情况，会造成凝结水泵出力不同程度的增大。为此我们对系统进行了排查，发现凝结水小循环门、#1高加水侧放水门、#2高加管道放水门、#1高加紧急放水门、低压旁路减温水门等存在内漏现象。
        2021年2月22日，我们做了系统查漏试验。通过隔绝凝结水小循环、疏水扩容器减温水、低压缸喷水等部分内漏阀门，检查对凝结水流量的影响。
        通过对比试验前后凝结水流量变化，发现凝结水流量下降了30吨/小时（红色曲线），凝泵出口压力上涨了0.01MPa。待机组检修时可对上述阀门进一步处理，减少阀门内漏对凝泵出力的影响。
测量#1高加水侧放水门温度达到150℃、#2高加管道放水门温度103℃，系统阀门存在严重内漏现象，造成有压放水排污冒汽严重，同时也增加了凝结水系统的出力。2021年3月4日高加解列检修。更换了#1高加水侧放水一、二次门、#2高加管道放水一、二次门。系统恢复后，重新测量阀体温度正常。
        （二）凝泵深度变频试验
        2021年2月7号进行了#4A凝结水泵压力联泵值实验。见图3。机组负荷150MW，凝结水流量510吨/小时。凝结水压力由2.32 MPa降至1.97 MPa（绿色曲线）（试验中凝结水泵出口母管压力1.94 MPa时，压力低开关信号发，达到备用泵连锁条件）；除氧器上水门主阀开度由25%开至30%（玫红色曲线）；凝结水泵电流由53A降低至45A（黄色曲线）。在低负荷凝结水泵出口压力到达备用泵联锁值时，除氧器上水门开度30%仍然较小，节流损失依然很大。此次的凝泵出口压力联锁值过高并不合理，凝结水变频调节仍有很大的下降空间。
        为了更好的实现深度变频效果，进一步完善热控逻辑，通过对凝结水泵压力、流量关系图，凝结水流量与除氧器上水主、辅调节阀关系图分析。当#4A凝结水变频泵故障#4B工频泵联启时，为防止除氧器水位大幅波动，初步建议除氧器上水主阀自动关至22%，辅阀自动关至70%（对应220MW）。同时，还应保证除氧器溢、放水阀门可靠备用。参照试验结果，提出凝结水母管压力联锁定值建议改为        1.2MPa，结合实际工况建议热控完善以下逻辑：
        1）除氧器上水主副调整门DCS指令开度与就地实际开度相符，阀门无卡涩故障。
        2）整定凝结水压力联启备用泵压力开关定值，原凝结水压力低1.8 MPa 联启备用泵（实际1.95 MPa压力低开关发），更改为1.2 MPa 联启备用泵。
        3）#4A变频泵运行时，建议增加联锁启动#4B凝结水泵逻辑条件。
        a、机组负荷≥140MW；b、除氧器水位低-200mm（三取中）；c、#4B凝结水泵在联锁自动投入状态。
        五、除氧器水位控制方式
        1、除氧器水位调节
        自动调节的另一部分为调节输出部分，经平衡模块后输出两路至函数发生器，分别输出至大阀（LCV-2315）和小阀（LCV-2314）。其中大阀LCV-2315的F2（x）是当调节输出为30%时F2（x）为0，当调节输出为100%时F2（x）为100%。而小阀LCV-2314的F1（x）是当调节输出为0时F2（x）为0，当调节输出为30%时F2（x）为100%。后改为当大阀LCV-2315的F2（x）是当调节输出为25%时F2（x）为0，小阀LCV-2314的F1（x）调节输出仍为30%时F2（x）为100%，造成一定的重叠度，从一定程度上改善大阀开启瞬间的对水位的扰动。
        2、变频运行控制方式
        控制方式一：除氧器水位调门在自动方式，凝泵变频转速控制在手动方式，除氧器水位、调门自动控制除氧器水位，变频泵手动控制凝结水压力。
        控制方式二：除氧器水位调门在自动方式，凝泵变频转速控制在自动方式，除氧器上水门从当前阀位以缓慢的速率开启或关闭至给定的阀位，阀位由凝结水总流量经函数块计算得来，水位由凝泵变频转速控制站设定除氧器水位设定值，除氧器水位由变频泵转速自动控制。
        控制方式三：除氧器水位调门在手动方式，凝泵变频在自动方式，除氧器水位和凝结水压力可通过变频转速控制或阀门控制。当满足以上条件时，#4A凝结水泵可以投入转速自动控制。并且当投入转速自动控制时，除氧器水位三冲量控制由除氧器上水阀门控制自动切换到#4A凝结水泵转速自动控制，除氧器上水主、辅调节阀自动切至手动。