高中压给水系统变频改造节能优化改造

李 俊 龙 涛

（广东惠州天然气发电有限公司，广东 惠州 516082）

1 给水系统概况和存在问题

1.1 系统概况

广东惠州天然气发电有限公司一期发电项目现有三台3×390MW 三菱M701F 燃气蒸汽联合循环机组，其中余热锅炉厂家为杭州锅炉厂，余热锅炉型式为卧式、三压、再热、自然循环锅炉。每台机组配备了两台100%容量的高中压电动给水泵，机组正常运行时给水泵一用一备，并且每台泵都具有10%的裕量。给水泵及配套电机参数见表1。

1.2 我厂给水系统原设计中存在的不足和问题

我厂的高中压给水系统原设计为泵额定转速运行，依靠泵出口调节阀来节能调节给水流量，在机组实际运行中发现这种调节方式带来了多种不足和弊端。

1）给水泵出口节流损失严重，不经济

项目实施前我厂委托电科院对给水系统进行了实验测试（具体见下表2）以评估本技改项目的节能潜力。试验发现高、中压给水调门压损情况非常严重，尤其在低负荷工况下给水系统存在着较大的节能损失。在满负荷时，高压调阀前后压损达到了2.19MPa，阀门开度仅为61%；中压调阀前后压损达到了1.29MPa，阀门开度为85.73%，以上数据表明高压给水系统存在着较大的节流损失，中压系统相比较节能损失小了很多。而在部分负荷条件下，高、中压调阀前后压损要更加严重，在240MW 最低稳定负荷工况点时，高压调阀前后压损达到了6.83MPa，调阀的开度仅有43.47%；中压调阀前后压损达到了2.94MW，调阀的开度仅有66.07%。

表1 高中压电动给水泵组参数表

表2 高、中压给水系统改造前试验数据表

2）给水系统原设计存在不合理之处，容易造成系统设备损坏，从而影响了整个机组的安全和可靠性

我厂的M701F 机组设计为两班制起停机组，机组起停非常频繁，并且在运行过程中变负荷的工况很多。在高中给水泵起动时，由于泵的转速瞬间达到3000r/min，对给水系统的管路、阀门冲击很大，经常出现较大的振动和异响，给水系统存在着极大的安全隐患。同时，在机组起停和低负荷运行时，高、中压给水调节阀前后压差过高，阀门极易损坏，在投产初期我厂多次发生过给水阀门损坏导致机组跳机的事件。

2 项目实施和系统优化

2.1 项目实施

通过调研和分析，我司采用了电机改变频的方案对全厂三台机组的给水泵进行改造，本方案尽管有投资高，占地面积大、后续维护成本高等缺点，但其优点则更加显著，可很好的解决本厂高中压给水系统存在的问题。

我厂原设计的高、中压给水泵为合泵带抽头运行，在这种条件下高压给水和中压给水同时采用一个变频调节的实现难度很大，另外中压给水节能潜力相对较小，如果中压、高压在一起变频调节会压缩高压给水的节能空间。因而，我厂最终决定再增设一台中压泵，并分别对高、中压泵的电机进行变频改造，具体措施如下：

1）新增加两台一用一备的中压给水泵代替原高-中压给水泵的中压抽头，中压给水泵选用了水平、多级离心泵。中压给水泵的设计容量满足机组正常运行时和事故状态下的中压给水、再热器减温水和高旁减温水的流量的总和。中压给水泵的再循环回水接至低压汽包，中压进水管从给水泵的进水总管引出，管道的引起位置也充分考虑过两条管道的压损，防止发生高-中压给水泵出现“抢水”现象，保证中压泵的进口管路的不会出现汽化问题。

2）中压给水泵电机的变频改造的方式均为两台泵均变频“一拖一带旁路”，即每台泵电机都加装一台变频器和设置旁路。

3）中压给水主调节阀重新选型，匹配中压给水泵变频调节。中压给水系统调节方式为中压给水泵最低转速设定为1800r/min，阀门全开后采用变频器频率调节水位。

4）原高-中压给水泵中压抽头用堵板堵住，单单作为高压给水泵使用，高压过热器减温水调节阀重新选型，匹配高压给水泵变频调节方式。高压给水泵变频改造选用的是北京利德华福电气技术有限公司的HARSVERT 高压变频器，泵电机变频改造的方式为：“一拖二加旁路”，即一台机组的两台高压泵电机共用一台高压变频器控制。这种方式可以相对节省投资，两台泵都可变频运行，并可定期切换、互为备用。

5）高压给水的主管路利用了原有的给水调节阀，将给水旁路的调节阀管段由原来的50%流量改成100%的电动管段阀旁路。机组起停阶段时采用主管路调节阀进行流量调节，而在机组带负荷后自动切换至给水旁路，此时电动阀旁路全开，通过变频调节泵的转速来控制汽包水位。由于旁路的电动关断阀的压损小，可最大程度的挖掘给水系统的节能潜力。

2.2 高中压给水系统优化及其逻辑控制的创新

高中压给水系统改造项目在实施工程中，我厂根据以往的运行经验及设备特性，对系统管路本身和逻辑控制等方面进行了优化和创新，也进一步提高了给水系统的安全和稳定性，最大程度的挖掘了系统的节能潜力。

1）水泵变频运行过程中存在发生跳泵而切换至工频运行的风险，由于当时给水调阀处于全开状态会导致高压给水流量剧增，极有可能导致高压汽包液位高跳机。为防止此类事件发生，高压给水调门设计了快关功能，保证事故切换泵的情况下汽包的水位保持平稳。

2）大程度的释放给水系统的节能潜力，我厂设计了变频器跟踪给水调节阀开度控制方式，基本原则为：在增加给水流量时，优先调节阀门的开度，然后在考虑调节变频器频率；反之在减小给水流量时，优先降低变频器频率，然后在考虑减少阀门的开度。

3）压汽包的水位出现较大偏差时，高压变频器立即停止对给水调阀指令的跟踪，直接进行水位跟踪控制，在这种情况下，变频器和给水调阀被控对象一致，动作方向也保持一致，能够尽快的消除汽包的水位偏差，具体如图1所示。

图1 频器快速水位控制调节图

3 给水系统改造后的节能效果和收益

为了检查高中压给水系统改造后的实际节能效果，我厂对改造后的高中压给水系统进行了效率测试。测试的结果表明系统改造后节能效果非常明显，机组在低负荷工况下运行时节能效果更加显著，给水泵的流量与效率的特性关系具体如图2所示。我厂先后对全厂全部三台机组进行了改造，改造完成后每年节约厂用电约675 万kW·h，节约电费为360 万元，项目改造后两年左右就可以收回投资，收益十分可观。

图2 泵流量Q 与效率η特性曲线

另外，给水系统改造完成后也彻底解决了改造前出现的起停时对管路、阀门冲击大，调节阀门易损坏等多项问题。给水泵改变频调节后真正实现了软起动，泵出口调节阀前后压差减小运行工况得到改善，阀门的寿命延长及故障率明显降低，极大的提升了整个机组的安全和可靠性，达到了本项目改造的最初目的。

4 实际运行中出现的问题和改进

给水系统改造后，总体运行情况良好，但也出现了一些问题，绝大部分问题都得到了解决，这些经验值得我们总结和改进。

1）系统改造完成后，机组出现过在某特定负荷维持不变时，变频器输出发生摆动，汽包水位波动较大的问题，将变频器控制切换至手动调节后汽包水位才能稳定。针对这个问题，我厂将变频器转速控制和给水调阀开度控制重新匹配和优化，目前变频器输出摆动的问题基本已解决。

2）高负荷时，由于中压给水泵出口压力较低，无法满足再热器减温水流量要求。为了解决减温水流量低问题，目前我厂减温水投用时，采用了提高中压给水泵转速，中压给水调节阀调节中压汽包水位的方式，但是这种方式有一定的风险，对运行要求要高，同时也牺牲了一定的节能效果。为了彻底解决这个问题，我厂考虑将再热器减温水管路用原高-中压给水泵的中压抽头来供，高负荷下满足减温水的流量。

3）电气接线错误导致高压给水泵发生反转造成泵轴和叶轮损坏。我厂对本次事故进行了认真总结 和反思，完善了检修质量验收标准、设备试运程序等多个方面，避免类似的事故再次发生。

4）中压给水泵出口逆止阀发生泄漏，导致备用泵发生反转，经处理及时未造成损失。目前我厂正考虑对逆止阀进行改型。

5 结论

我厂的高中压给水系统改造项目实施完成后，节能效果非常显著，获得了丰厚的效益。同时，本项目也提高了给水系统的安全和可靠性，解决了原系统存在的耗能高、起动和变负荷工况时给水管路和阀门受冲击大、设备易损坏等多项问题。在项目实施过程中，我厂根据以往实际运行经验和设备具体特性，对给水系统管路本身及其控制逻辑进行了多项的优化和改进，取得了不错的效果，是一项有益的探索和尝试。系统改造后在实际运行过程中也出现了一些新的问题，值得我厂认真总结和改进，相关经验和教训也可给其他类似项目提供借鉴。

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