1000 MW机组凝结水泵运行控制方式分析

邢立军，马永胜

(华电莱州发电有限公司，山东 莱州 261400)

1 问题的提出

随着火电技术的快速发展，超超临界火电机组已遍布全国。国内超超临界火电机组的控制系统大部分是Windows平台上的分散控制系统(DCS)，各系统和设备通过逻辑关系实现了控制的自动化。

1000 MW超超临界燃煤发电机组具有煤耗低、技术含量高、环保性能好、节约资源的特点，是今后我国火电机组的发展方向。此次探讨的2台机组各配置3台50%容量的多级离心式凝结水泵，凝结水系统设计运行方式为2台变频凝结水泵运行，1台工频凝结水泵备用。在正常运行方式下，1台变频凝结水泵运行，由除氧器上水调节门自动控制凝结水流量以保持除氧器水位稳定，人工调整凝结水泵变频器来实现节能降耗和确保凝结水母管压力在正常范围内;当运行凝结水泵出现故障时，备用工频凝结水泵自动投入运行，由除氧器上水调节门开度来控制除氧器水位。在正常运行情况下，负荷是变动的，为了实现节能降耗，运行人员必须不断对凝结水泵进行变频调节以适应负荷变化的需求。这样的控制调整存在以下问题:

(1)在正常运行过程中，机组投自动发电量控制(AGC)方式时，机组负荷随电网负荷需求上、下波动，特别是在机组低负荷区域，在保证凝结水流量的同时，必须保证凝结水母管压力不低于2.2MPa，否则会引起汽动给水泵轴承温度升高及轴承振动等。

(2)机组在低负荷时，必须进行人工干预，保证凝结水母管压力为2.5～3.5 MPa，降低了机组的自动化程度。

(3)在机组实际运行中，由除氧器上水调门控制除氧器水位，产生了节流损失，降低了凝结水泵变频节能运行方式的投入率。

(4)运行人员必须时刻监视、调整凝结水泵的变频转速，以保持凝结水母管压力不超限并达到节能的目的，无形中增加了运行人员的劳动强度。

在自动化控制技术高速发展的今天，凝结水母管压力和除氧器水位之间通过逻辑协调控制已成为可能。

2 凝结水系统构成

该凝结水系统设置3台50%容量凝结水泵，其中3台运行，1台备用。设置4台低压加热器、1台轴封冷却器及1套凝结水精处理装置。在凝结水精处理装置后设有各项减温喷水和杂项用水，在轴封冷却器后设有除氧器水位调节站，有2组调节阀以及电动旁路阀、凝结水最小流量再循环管路，泵的最小流量不超过额定流量的25%。凝结水泵泵轴为2段轴，用套筒式联轴器连接，共5级叶轮。该系统设计时考虑了运行的安全性，凝结水泵进口的电动水封闸阀与泵联锁，避免在进口阀关闭时启动凝结水泵，出口门为电动闸阀，也与凝结水泵电动机联锁，当凝结水泵启动后，出口电动门联动开启，凝结水泵停止后，联动关闭出口门。

3 凝结水泵参数及结构

凝结水泵技术参数:形式，立式筒袋型;型号，9.5LDTNB －5;级数，5;密封形式，机械密封;流量，1254 t/h;转速，1 480 r/min;效率，84%;制造单位，沈阳水泵厂。凝结水泵电动机技术参数:型号，YKSL560 －4;功率，1 500 kW;电压，10 kV;电流，102.4 A;转速，1 488 r/min;制造厂家，沈阳透平机械股份有限公司。凝结水泵各级外形如图1所示。

图1 凝结水泵各级外形

凝结水泵首级叶轮采用双吸叶轮结构，采用抗汽蚀性能较好的不锈钢材料(ZG1Cr13Ni)制造，并考虑防汽蚀措施。泵的第2级～第5级均为单侧进水，故每级都有1个在扩散蜗壳中运转的单侧进水叶轮。叶轮的吸入孔朝下对着前一级，还装有一个逆向颈环和平衡室以尽量减少水力载荷。扩散器通道将水流从每个叶轮的周缘引向下一级叶轮的吸入口。每级泵壳都设有一套凝结水润滑的轴承，用于支承泵轴，轴承材料为BBF6。叶轮用键固定在轴上，并由端部与轴肩紧贴的套筒进行轴向定位，从水泵最后一级排出的凝结水通过1根垂直管流出水泵。凝结水泵采用集装式机械密封，密封水系统平衡(泄压)水由水泵本体回收，装在凝结水泵电动机托架上的止推轴承和径向轴承承受转动部件的重量和所施加的水力载荷;轴承设有整装一体的油润滑系统。在正常运行中，推力轴承处的水平振动不大于0.06 mm，轴承的设计负载能力很大，能在一定超载的情况下运行。

4 凝结水泵正常运行方式

在正常情况下，A，C 2台凝结水泵变频运行，B凝结水泵投入联锁备用且出口门开启。当1台变频泵出现故障时，启动B凝结水泵(工频)，将无故障变频泵出力调整至额定出力，保持工频泵和变频泵并列运行，联系检修人员及时处理出现故障的变频泵，故障消除后将工频泵切为变频泵运行。在正常运行过程中，1台变频泵跳闸后应立即检查工频泵，保证工频泵联启正常，出口门联开，利用凝结水再循环阀调整凝结水母管压力至正常值，并将变频泵调整至额定出力。在正常运行过程中，A，C 2台凝结水泵在变频方式下长期运行，为保证B凝结水泵良好备用，应定期启动B凝结水泵运行一段时间后停运;凝结水母管压力保持在2.3～3.5 MPa，不允许大幅度波动;除氧器上水调节阀投入自动控制除氧器水位，使用凝结水泵变频主控手动调节凝结水母管压力。在汽动给水泵密封水回水温度60℃和汽动给水泵振动允许的情况下，尽量降低凝结水母管压力。机组负荷变化时应及时调整凝结水泵变频器出力和除氧器上水调阀开度，在保证除氧器水位和凝结水母管压力的前提下，降低变频器出力。

A，C凝结水泵在变频运行期间，除氧器上水调节门和凝结水泵变频主控不允许同时投入“自动”。为保证A，C凝结水泵变频投入自动期间凝结水母管压力不致过高和过低，当凝结水压力高于3.5 MPa或低于2.2 MPa时，A，C凝结水泵变频强制切为手动控制，此时运行人员应立即手动调整凝结水母管压力至正常值，并保证除氧器水位稳定。在调整凝结水母管压力时，应避免大幅波动，并注意以下3点:

(1)严密监视凝结水用户情况，防止电动给水泵和汽动给水泵的密封水回水温度大幅波动(电动给水泵和汽动给水泵的密封水回水温度不允许超过80℃)。

(2)严密监视给水泵振动变化情况，防止因汽动给水泵密封水温度变化而导致振动突增，必要时可解除密封水回水温度自动控制，手动调节正常后投入自动。

(3)手动调整凝结水泵变频应缓慢，防止自动控制调整不及时导致凝结水母管压力和除氧器水位大幅波动。

5 控制观点的提出

在正常运行调整中，为保证机组的安全、稳定运行，凝结水泵变频器和除氧器水位调节门只能投其中一种方式运行。

在除氧器水位调整门投自动，凝结水泵变频器在手动状态时，凝结水泵的变频器输出频率必须高于实际负荷所需要的频率，以适应负荷变化的需要，出现运行工况变动后运行人员可根据实际情况调节凝结水泵变频转速，以适应负荷的需求，同时保证凝结水母管压力正常。当除氧器水位发生波动时，通过DCS组态中以凝结水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3个参数构成的串级回路，输出开度指令至除氧器水位调整门，调整除氧器水位调整门的开度来保证凝结水流量，以稳定除氧器水位。这种调节总是滞后的，并且一直产生节流损失，不利于节能降耗，降低了凝结水泵变频器的投入率。这种调整方式基本类同于最早的除氧器水位调节方式，优点是依靠运行人员调节凝结水泵变频转速，维持凝结水母管压力在限值以内比较安全、可靠，是1 000 MW超超临界机组在凝结水流量控制中广泛采用的运行方式。

凝结水泵变频器在自动状态时，除氧器水位调整门保持在全开位。运行人员可根据实际情况控制除氧器水位调节门开度，保证凝结水母管压力正常，凝结水泵变频器通过输出频率的改变来调整凝结水泵的转速，从而控制凝结水泵到除氧器的上水量，保证除氧器水位稳定在运行人员设定的范围内。当除氧器水位发生波动时，通过DCS组态中以凝结水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3个参数构成的串级回路，输出转速指令至变频器，调整凝结水泵的上水量，以稳定除氧器水位。这种控制调节方式是660 MW以下容量机组在凝结水泵变频改造完成后普遍采用的控制方式，实现了凝结水泵在机组运行中的节能降耗且节能效果明显。这种控制方式虽然实现了节能的目的，但在机组运行中不能保证凝结水母管压力在正常范围，给辅机的安全运行留下了隐患。

上述2种凝结水调节方式都缺乏调整上的连续性，降低了机组的整体性能。根据机组协调控制系统(CCS)的特点，在凝结水控制中引入协调控制方式，通过对除氧器水位和凝结水母管压力的相互协调控制，实现凝结水泵变频器和除氧器水位调整门同时投自动，提高机组的自动化程度。

6 凝结水系统控制方式

6.1 基本控制方式

凝结水泵变频调节和除氧器水位调整门都在手动调整状态，运行人员可单独对凝结水泵变频器和除氧器水位调整门进行操作，维持除氧器水位和凝结水母管压力在规定范围内。

6.2 除氧器水位调整门跟随方式

除氧器水位调整门在自动状态，凝结水泵变频器在手动状态，除氧器水位调整门根据机组负荷的变化自动维持除氧器水位在正常范围内，运行人员根据凝结水母管压力的变化调整凝结水泵变频转速，维持母管压力正常。

6.3 凝结水泵变频跟随

凝结水泵变频器在自动状态，维持凝结水母管压力稳定;除氧器水位调整门在手动状态，由运行人员根据除氧器水位的变化来调整其开度，保持除氧器水位稳定。

6.4 凝结水泵变频与除氧器调整门协调控制

凝结水泵变频器和除氧器水位调节门都在自动方式运行，除氧器水位调整门主控凝结水流量(保持除氧器水位)与凝结水泵变频转速主控凝结水母管压力之间建立适当的协调关系。当机组负荷变化时，相应的凝结水流量也发生变化，凝结水泵变频器和除氧器水位调整门同时进行调整，响应机组负荷的同时维持除氧器水位和凝结水母管压力在正常值。考虑机组运行的经济性，在除氧器水位调节门保持全开的情况下，优先调节凝结水泵的变频转速，以实现节能降耗的目标。

7 结束语

在机组投产前，就机组的选型、设计、控制等进行优化，以最大限度地节能降耗。特别是在机组调试期间对机组的控制系统进行优化，能够使机组控制更加完善、合理，自动化程度更高，更能适应机组不同运行方式的控制，以保证机组的安全、经济和稳定运行。凝结水系统的控制在实际运行中占有重要地位，调节方式的好坏直接影响机组的安全运行。