600MW机组凝结水系统节能优化运行分析

刘兴晖，任江波，马 力，郭大民

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

1 凝结水系统概况

华能国际电力股份有限公司上安电厂（简称“华能上安电厂”）3单元2台机组为国产600MW超临界直接空冷燃煤机组，每台机组配置2台功率为2 500kW、100%容量的筒袋型多级离心式凝结水泵，凝结水系统正常运行方式为1台凝结水泵运行，1台备用，采用除氧器上水调门节流控制除氧器水位。由于凝结水泵设计余量较大，工频运行方式下，调节阀线性差，节流损失大，凝结水母管压力偏高，引发凝结水管道振动大，精处理法兰泄露等一系列问题。在机组调试后期对B凝结水泵进行变频改造，解决了凝结水管道振动大，精处理法兰泄露等问题，且凝结水泵耗电率下降明显。正常情况下变频凝结水泵运行，机组负荷在380MW以上时除氧器上水调门自动全开，由DCS系统控制变频器自动调节转速，实现除氧器水位的调节［1］。380MW负荷以下时，由除氧器上水调门与变频器配合共同调节。机组正常运行中，凝结水泵需要满足凝结水系统压力和凝结水流量要求，维持除氧器水位。为满足凝结水系统压力的要求，机组负荷低至一定阶段后需除氧器上调门参与调节。由于380MW以上负荷段范围较宽，且此时系统流量较大，压力较高，可不考虑系统压力的影响，除氧器上水调门不参与控制。

2 存在的问题

机组凝结水系统如图1所示。对机组凝结水系统进行分析可知，受安装工艺及除氧器上水调门结构限制，即使在除氧器上水调门全开的情况下，除氧器上水调门处的局部阻力也会造成很大的节流损失。如何减小此处的节流损失成为进一步减小系统阻力，挖掘变频凝结水泵节能潜力的关键。

图1 凝结水系统示意

3 凝结水系统节能优化方法的确定与实施

从减小凝结水系统节流损失的角度考虑，减小除氧器上水调门处的节流损失较为容易实现。因除氧器上水调门都配置有100%容量旁路电动门，打开除氧器上水调门及其旁路电动门可以达到减小凝结水管道阻力，降低变频凝结水泵能耗的目的。在凝结水流量一定的情况下，管道阻力的减小势必带来凝结水泵出口母管压力的降低。汽动给水泵前置泵的机械密封水是凝结水系统的重要用户，在保持原有系统不变的情况下，要满足机械密封水压力的需要，就需要一个工况平衡点，即系统在该工况点运行时，打开除氧器上水调门及其旁路电动门后既能满足凝结水流量的要求又能满足凝结水母管压力的要求。机组在该工况平衡点以上运行时，可以打开除氧器上水调门及其旁路电动门，依靠变频凝结水泵调整转速来调节凝结水流量，满足机组凝结水系统运行需要；机组在该工况平衡点以下运行时，关闭除氧器上水调门及其旁路电动门，凝结水流量靠除氧器上水调门与变频凝结水泵转速共同调节。该工况点确定的负荷点高将影响节能效果，低则影响机组运行的安全性，因此该工况点是确保凝结水系统高效、安全运行的关键。

通过在1台机组上试验，在机组正常运行过程中，负荷在50%～100%时，除氧器上水调门及其旁路电动门保持全开，凝结水压力均能满足汽动给水泵前置泵机械密封水的要求。针对某些机组凝结水系统一些特定用户对压力要求较高但流量不大的情况，可对机组凝结水系统进行进一步优化，通过在凝结水特定用户管路上增加管道泵进行升压的方法，解决此类用户对凝结水母管压力的要求，凝结水压力只需满足除氧器上水要求即可。凝结水系统经上述优化后，可实现全工况下全开除氧器上水调门及其旁路电动门，完全依靠调节变频凝结水泵转速来维持除氧器水位，最大限度的减少系统节流损失，实现节能效果的最大化。

4 优化后的经济性分析

打开除氧器上水调门及其旁路电动门后，减少了凝结水系统阻力，在凝结水系统流量一定的情况下，变频凝结水泵的转速、电流相应下降，能耗减少，表1为机组负荷稳定工况下的凝结水泵参数统计值，表2为凝结水系统优化前后的凝结水泵耗电率对比。

表1 机组负荷稳定工况下的凝结水泵参数统计值

表2 凝结水系统优化前后的凝结水泵耗电率对比

打开除氧器上水旁路电动门后，理论上保守估计变频凝结水泵在原有节能基础上可每小时再降低能耗120～300kW。由表1、表2可知，通过对凝结水系统的运行优化，机组凝结水泵耗电率由优化前的0.21%降至0.15%，下降0.06%，节电效果十分显著。2台600MW机组2012年实发电量68.52亿kWh，以该电量为标准进行综合测算，年节约厂用电411万kWh，以上网电价0.43元/kWh计算，共计节约费用176.7万元，节能及经济效果十分显著。

5 优化后的安全性分析

正常运行中打开除氧器上水调门及其旁路电动门，改变了凝结水系统的运行方式，在没有增加设备投资的情况下创造了较大的经济效益，但同时也给机组的安全运行带来影响，主要体现在一些特定工况，具体分析如下。

5.1 变频凝结水泵跳闸时工频泵联起后对除

变频凝结水泵跳闸，工频凝结水泵联启后，凝结水流量将突然增加，在除氧器上水调门及其旁路电动门全开的运行工况下，将引起除氧器水位突升。负荷越低，变频凝结水泵跳闸工频泵联启后对除氧器水位的影响就越大，运行人员处理稍有不慎，就有可能造成除氧器满水事故。为减小变频泵运行中跳闸，定速泵联启后对凝结水流量的影响，对DCS控制逻辑进行了以下优化：

a.变频凝结水泵跳闸后自动联关除氧器上水调门及其旁路电动门（当出现旁路电动门卡涩时应立即派人到就地手动关闭除氧器上水旁路门）；

b.联锁打开精处理装置旁路电动门，防止精处理法兰超压泄露；

c.联锁开启凝结水再循环，以减少进入除氧器的凝结水量；

d.除氧器上水调门自动由F（X）控制转为PID调节（调节除氧器水位），并自动联关至要求开度，如表3所示。5s后释放自动调节。（除氧器上水调门及其旁路电动门开或关用时100s）。

表3 除氧器上水调门开度与负荷对应表

5.2 机组快速降负荷时对除氧器水位的影响

当机组重要辅机跳闸触发RB保护动作的情况下，配合机组负荷的快速下降需要给水流量及凝结水流量的快速减少。在除氧器上水调门及其旁路电动门全开的运行工况下，为保证凝结水流量在短时间内减至适合的流量，增加了如下控制逻辑：

a.机组RB保护动作时发信号联锁关除氧器上水调门及其旁路电动门；

b.除氧器水位高I值报警，联锁关除氧器上水调门及其旁路电动门。

5.3 机组跳闸后对除氧器水位的影响

机组突然跳闸时，给水泵联锁全停，除氧器上水调门联锁全关，凝结水泵变频器频率输出自动降低，此时因旁路电动门全开，运行人员处理不慎也有可能造成除氧器满水事故。针对这种情况增加了汽轮机跳闸联锁关除氧器上水调门及其旁路电动门和强制全开凝结水泵再循环调门的控制逻辑。

考虑到对系统运行的影响，为将此方案对机组运行的影响降至最低，一旦机组发生异常事件，应立即确认除氧器上水调门电动门的状态，并做好执行除氧器上水调门及其旁路电动门拒动或关门过程中发生卡涩时的处理预案，采取相应措施控制好除氧器上水流量，防止除氧器满水。目前对除氧器上水调门及其旁路电动门的开启由运行人员操作实现，关闭则由热工控制逻辑联锁发关指令实现，待有停机机会进行凝结水系统的优化后，实现机组50%负荷以上除氧器上水调门及其旁路电动门保持全开，以实现最大的节能效果。

6 结束语

机组在一定负荷以上运行时开启除氧器上水调门及其旁路电动门，既减小了系统的节流损失，又进一步挖掘了凝结水泵变频的节能潜力，简单易行并且有较好的节能效果。实践证明，采取有针对性的措施后，实施该方法所带来的风险在可控范围之内，机组凝结水泵耗电率得到大幅降低，经济效果显著，有较好的推广性，可为同类型机组降低凝结水泵能耗提供参考和借鉴。

［1］ 赵 浩，方文军.凝结水泵变速改造中常见问题以及应对措施［J］.广东电力，2010，23（10）：109－113.