浙能乐清电厂#1机组凝结水泵深度变频控制策略及节能分析

陈双照

(浙江浙能乐清发电有限责任公司浙江乐清325609)

0 概述

如何降低火力发电厂发电成本、提高企业效益和机组运行的可靠性与经济性已成为发电企业目前面临的一个重大课题，而机组节能降耗是该课题中的一个重要环节。随着高压变频技术的日趋成熟，越来越多的发电企业对厂用高压电机进行了变频改造，将原来的工频泵（风机）改变其性能曲线，使其出口压力、流量及电机能耗达到最佳匹配，达到节能降耗的目的。

1 设备简介

浙能乐清发电有限公司工程建设规模为2×600MW国产超临界和2×660MW超超临界燃煤机组，本机组由上海汽轮机有限公司（STC）与西门子西屋联合设计制造的超临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、高中压合缸、反动凝汽式汽轮机。凝结水泵的主要作用是将凝汽器内的凝结水升压后，经凝结水精处理、轴封加热器和各低压加热器后送入除氧器，并还向各有关用户提供专项用水。

2 深度变频制约因素及控制对象

2.1 变频控制的制约因素

目前火力发电厂中凝结水系统在运行过程中存在除氧器水位调节阀开启不足、节流剧烈的现象非常普遍，造成此现象的主要原因有 ：（1）凝泵的设计量程裕量较大，设计院一般按最大凝结水量计算凝结水系统阻力时加10%～20%裕量。(2)辅机制造厂提供的低压加热器和轴封冷却器的保证压降偏大；（3）大容量机组除氧器采用滑压运行，其实际工作压力低于凝泵确定扬程采用的最大工作压力；（4）凝泵出口压力确保不低于最小允许值。一般情况下，低旁减温水、给泵密封水这两个用户对凝结水压力值要求较高，这也是制约凝泵出口压力降低的因素。实际上给泵密封水厂家要求的密封水压力一般有较大的裕量，可以通过试验适当降低，也可在逻辑上进行完善。低旁减温水通常是在启动或事故状态下使用，这个可以通过机组在不同运行状态下，凝泵变频采用不同的运行方式以及在事故状态下通过凝泵压力提升得以解决，从而达到在正常运行时的节能目的。

2.2 变频控制对象

凝结水系统在运行过程中存在除氧器水位调节阀开启不足、节流剧烈的现象严重，由节流产生的能量浪费是变频控制的关键，如何减小节流损失，降低凝泵电流是凝泵节能的主要切入点，为此我们在大量的试验基础上修改了凝结水系统的控制逻辑，且实践证明节能效果显著。

变频控制策略要在降低凝泵电流、节省能源的基础上保证除氧器水位、凝结水出口压力。那么变频控制的对象关键在于除氧器水位调节阀及凝泵转速，控制目标位除氧器水位和凝结水压力。

3 深度变频控制策略

3.1 凝泵变频控压模式

当机组处于启动或停机状态时（负荷小于100MW），高低压旁路运行，机组对凝结水压力要求较高，此时凝泵变频可采用控制凝结水母管压力的模式，凝水主、副调整门投入自动控制除氧器水位；机组启动时针对低旁及给泵密封式可能出现的各种状况，可使凝泵在事故状态下具备压力自动提升的功能，提供用户足够的水量，最大程度上保证机组安全。压力提升条件：当任一低旁后温度大于120℃（复归小于90℃）；或任一汽泵密封回水温度大于75℃（复归小于70℃）；或低旁开度指令大于5%（复归小于3%）且开高旁且无低旁快关；或低旁快开；或高旁快开。

经过多次试验，在变频控压模式下（负荷100MW以下控压力），凝结水母管压力设定值为以下取大值（负荷对应凝水母管压力函数值、除氧器压力+0.3MPa、压力提升条件触发（发5秒脉冲）时，压力为1.8MPa）叠加操作员设偏置。具体负荷对应凝结水母管压力如表1。

表1 变频控压模式下负荷对应凝结水母管压力

3.2 凝泵变频控水位模式

当机组负荷大于100MW凝泵变频采用控制除氧器水位，凝水主、副调整门按负荷对应的函数缓慢至全开，全开后由凝泵变频控制除氧器水位。同时为防止减负荷至较低时，凝结水压力达到低限后除氧器水位上升或从低负荷加至高负荷时水位降低，规定凝水副调整门当负荷小于295MW时，缓慢关闭；当负荷大于330MW时，缓慢开足。机组负荷对应凝结水母管压力如表2。

表2 变频控水位模式下机组负荷对应凝结水母管压力

变频控制减闭锁条件：凝结水母管压力小于负荷对应压力值时；低旁投用时凝结水母管压力小于1.8MPa。

3.3 除氧器主调控制策略

在变频水位控制模式下，为了能在不同的负荷下更准确快速的控制除氧器水位，设定除氧器主调门在100MW以上时投入自动，此时变频器控水位，主调门开度为负荷对应开度的函数区间内（表3），当主调整门控液位切至变频器控液位时主调门平滑开至某一位置。

表3 水位控制模式下负荷对应主调门开度

同时为防止事故状态下，凝结水压力提升引起除氧器水位过高，设定当压力提升条件触发或任一凝泵工频时发5秒脉冲，主调门阀位跟踪负荷函数（表4）

表4 压力提升触发后负荷对应主调门开度

4 节能分析

乐清电厂#1机组从168试运行至今，凝泵经历几番改造，从最早的工频运行到变频运行再到如今深度变频运行，节能效果逐步提高。

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。

4.1 变频阶段，变频阶段凝泵出口压力控制在2.3MPa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。虽然有一定的节能效果但仍有潜力可挖。

4.2 深度变频后在300MW以上负荷除氧器水位调节阀手动全开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，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三次方的速率下降节电效果非常显著。当机组在300MW以下负荷时凝泵出口压力控制在1.0MPa除氧器水位调节阀参于水位调节。

5 结语

本文通过对凝结水系统、凝泵及除氧器上水调门的全程控制策略进行优化，不但达到变频、工频泵的安全稳定运行，而且节能降耗效果显著。凝结水系统的自动控制能够在机组从启动到停机的任何状态下全程投入，也避免了炉干湿态转换对凝结水的扰动。各种事故状态下，凝结水的压力提升又能有效的保证凝结水各个用户的用水要求，从而保证机组安全稳定的运行。

[1]张宝，凝结水泵变频改造调试与节能潜力挖掘[J].浙江电力，2008,27（5）：33～35.

[2]程伟良，徐寿臣.电厂凝结水泵变频调节方式的经济性分析[J].华东电力，2004,32（8）：10～13.