火电厂大型凝结水泵的优化运行

杨群发， 侯剑雄， 黄碧亮

(广东珠海金湾发电有限公司， 广东珠海 519050)



火电厂大型凝结水泵的优化运行

杨群发， 侯剑雄， 黄碧亮

(广东珠海金湾发电有限公司， 广东珠海 519050)

摘要：介绍了某电厂大型凝结水泵高压变频改造后的节能效果及存在问题；阐述了改造后为优化运行实施降压的试验方法，通过试验得出降压的受限边界条件，并采取针对性的改造措施，最终实现最大程度节能。实践证明：通过降压可显著降低凝结水母管压力，并实现高负荷时与低负荷接近的节能效果，达到全工况节能。实施降压后，凝结水泵及其电动机运行正常，凝结水泵可长期稳定运行。

关键词：凝结水泵； 高压变频； 节能改造； 深度降压

大型火力发电厂由于凝结水系统存在除氧器上水阀的节流运行，近几年来，普遍通过对凝结水泵(简称凝泵)增加高压变频装置来实现节能降耗运行。通过降低凝泵转速，减少了除氧器上水阀的节流，起到了显著的节能效果。但高压变频装置投运后，仍存在两个问题：一是大部分负荷段下，除氧器上水阀虽然节流减少，但并未全开，仍有节流；二是高负荷时除氧器两个上水阀即使全开，此时凝结水母管压力仍然很高，即除氧器上水阀全开也存在较大节流，高负荷时几乎没有节能效果[1]。

为解决这两个问题，深度挖掘凝泵变频节能空间，通过现场试验来摸索出各负荷段的降压受限因素，并对这些因素进行分析和研究，据此采取针对性的解决措施，实现凝泵最大程度的节能。

1凝结水系统

某电厂2台600 MW超临界机组于2007年投入商业运行，2013年11月，对4号机组凝泵进行了高压变频节能改造，该凝泵为立式筒袋型多级离心式凝泵，型号为NL500-570X4S，马达型号为YLKS630-4。凝泵高压变频装置技术上采用交直交转换、单元串联多电平拓扑结构、高-高变换形式，冷却方式为空-水冷却，配置方式为一拖二带手动旁路。凝结水系统见图1，凝泵参数见表1。

图1　凝结水系统图

凝结水系统杂项用水从精处理装置后引出，用户主要有汽动给水泵机械密封(简称汽泵机封)水、低旁减温水、低压轴封减温水、给水泵汽轮机排汽减温水、真空泵密封水、辅汽减温水、凝汽器疏水扩容器减温水、闭式水高位水箱补水等。凝泵变频运行时，由变频器控制除氧器水位，由除氧器上水调节阀控制凝结水母管压力。除氧器有3个上水阀，主调节阀、辅调节阀、电动旁路阀的内径分别为250 mm、150 mm、250 mm。

汽泵采用迷宫式密封，密封水来自凝结水，回水分2级，分别回前置泵入口和凝汽器。机封水管路配温度调节阀带手动旁路阀，两侧分开各自调节，原设计该调节阀控制回水温度在50 ℃，实际上此调节阀未曾投入使用，由旁路阀保持固定开度维持机封水压力在1.50 MPa(600 MW时)。

2改造后节能效果及问题

凝泵变频改造完成后，负荷越低，凝泵电流下降幅度越大，节能效果越明显。节能数据见表2，运行数据见表3[2-3]。

表2　凝泵变频改造后节能效果

表3　凝泵变频改造后运行数据

由表2、表3可以看出：在300～600 MW调峰负荷范围内，凝泵出口处的凝结水母管压力均在2.0 MPa以上，全程除氧器2个调节阀均未全开，存在节流现象，能量损失较严重；相比于中低负荷，高负荷时节能效果仅约低负荷时的30%。为解决这两个问题，优化凝泵变频运行，深度挖掘凝泵变频节能空间，通过试验摸索出各负荷段的降压受限原因，并据此采取对应的解决措施[4-5]。

3降压运行优化

3.1 降压过程试验方法

3.1.1 降压过程风险分析

凝结水母管降压后除了要保证除氧器正常上水外，还有可能影响到凝泵振动、凝结水杂项用户、变频器输出比、精处理装置压差等，因此降压试验必须考虑以上因素。凝结水杂项用户中，受影响最大的是汽泵机封水、低旁减温水和低压轴封减温水，因此这3个是重点监控对象。高负荷时可能会出现除氧器上水阀全开、除氧器水位低的情况，低负荷时可能会出现低旁减温水压力过低、低压轴封减温水不足的情况，全程试验过程中可能会出现凝泵振动高、汽泵机封冒水的情况[6]。

由于汽泵机封水调节阀未投入运行，负荷变化时汽泵机封水压力无法自动调节，且仅靠手动旁路阀容量不足，机封容易冒水[7]。

3.1.2 安全原则

试验过程中要把握的安全原则有：

(1) 除氧器上水调节阀和变频器控制保持在自动，除氧器正常上水。

(2) 凝泵变频输出≥60%。

(3) 如出现变频凝泵振动突增或轴承温度异常升高的情况，应调整变频输出避开此工况。

(4) 汽泵机封水压力>前置泵入口压力0.15 MPa，汽泵机封水温度<50 ℃，汽泵机封不冒水。

(5) 低旁减温水压力>1.6 MPa(低报警值1.45 MPa)。

(6) 低压轴封温度调节阀开度<100%。

3.2 降压受限边界条件试验

3.2.1 降压试验受限分析

为摸索各负荷段深度降压的受限边界条件，先后进行了2次降压试验，各负荷段凝泵出口母管压力降至最低时的数据见表4。

表4　凝泵出口母管压力降至最低时的数据

(1) 300 MW工况。

随着凝泵出口母管压力的降低，变频器输出逐渐降低，当压力降至1.379 MPa时，变频器到达65%时低限闭锁值，不能再继续降压。将变频器低限设低至60%，当凝泵出口母管压力降至1.25 MPa时，变频器输出已降至62%，接近60%低限，凝泵出口母管压力不能再继续降低。同时低旁减温水压力最低至1.12 MPa，若按此压力运行，低旁开启后其减温安全问题将突显。

(2) 汽泵机封水压力试验。

300 MW时将凝泵变频输出加至100%，模拟低负荷时变频泵故障切换至工频泵运行时，汽泵机封水压力突然升高的工况。逐渐提高汽泵机封水压力，当汽泵机封水压力提高至1.80 MPa时，现场观察机封开始冒水。说明目前汽泵机封水压力已合适，不能通过调高汽泵机封水压力来继续降低凝泵出口母管压力。

将汽泵机封水压力降至大于前置泵入口压力0.15 MPa，观察此时汽泵机封不冒水。

(3) 450 MW工况。

凝泵出口母管压力最低降至1.42 MPa，此时汽泵机封水回水温度上升至55 ℃，机封水旁路阀已全开，如再降凝泵出口母管压力，机封水回水温度将超限。同时，除氧器上水主、辅调节阀均100%全开，上水电动旁路阀需开启25%才能维持除氧器水位。

(4) 500 MW工况。

凝泵出口母管压力最低降至1.53 MPa，此时汽泵机封水回水温度上升至45 ℃，机封水旁路阀已全开，如再降凝泵出口母管压力，机封水回水温度将超限。同时，除氧器上水主、辅调节阀均100%全开，上水电动旁路阀需开启70%才能维持除氧器水位。

(5) 600 MW工况。

凝泵出口母管压力最低降至1.865 MPa，此时除氧器上水主、辅调节阀，电动旁路阀均100%全开，凝泵出口母管压力受限于此，无法再降低。

3.2.2 解决措施

(1) 变频器输出低限问题。变频器输出设低限是为了防止凝泵突然打不出水。某电厂曾发生变频器输出降至45%时凝泵突然打不出水的情况。考虑安全余量，变频器输出低限最低只能降至60%。

(2) 对低旁减温水调节阀改造。增大该阀通径，由50 mm增大至159 mm，使低旁减温水阀前压力降低至0.8 MPa时仍能满足低旁减温水流量要求。

(3) 对汽泵机封水温度调节阀功能进行修复，使其可投入使用，以解决中间负荷时汽泵机封水压力低问题。修复后汽泵机封水调节阀兼顾控制供水压力和回水温度，其控制逻辑为：在保证机封水压力>前置泵入口压力0.15 MPa的前提下，控制机封水回水温度<50 ℃。

(4) 改造汽泵机封水水源。原凝结水杂项用户母管从凝结水精处理装置后引出。为提高汽泵机封水压力，从凝结水精处理装置前的凝结水母管新增引出1根管路，专供汽泵机封水，可将汽泵机封水供水压力提高0.10 MPa。新增管路的缺点是其水没有经过精处理装置处理，但由于汽泵机封水用水量小，故可忽略此影响。汽泵机封水两路供水均设置逆止阀，防止两路水互窜。

(5) 改造除氧器上水调节阀，增大其通流量。原除氧器水位主调节阀为笼罩式结构，通流阻力系数较大，通流面积较小，存在较大的节流损失。根据试验结果，改造后主、辅调节阀的总通流量比现有3个上水阀的总通流量略大，可保证600 MW时凝结水母管压力进一步降低。为防止阀门运行中出现振动，改造时要同时考虑工频泵和变频泵的运行工况，即阀门工作压力范围广，既要考虑总通流量，也要考虑主、辅阀的匹配。经厂家计算，改造方案为：对上水主调节阀的阀芯、阀座进行更换，阀门行程由10 cm改为12 cm，阀体及执行机构不变。通过增大通流面积，改造后最大流量增加90 t/h，辅调节阀和电动旁路阀则保持不变。

3.3 设备改造后的降压试验

3.3.1 试验中的问题及措施

(1) 汽泵机封水回水温度调节阀流量不足。开启其手动旁路阀部分开度可满足流量要求。

(2) 凝泵机封水压力问题。正常运行时由凝结水母管提供，经节流孔降压。凝泵变频降压后，需选用大孔径节流孔才能满足凝泵机封水压力(0.6 MPa)要求，但此时若工频泵启动，凝泵机封水压力却超限，达1.5 MPa。经试验验证，凝泵机封没有损坏。

3.3.2 最终压力定值与逻辑修改

300 MW以下时，随着负荷的降低，凝泵变频器输出将会进一步降低，为防止变频器输出<60%，同时考虑机组安全性，凝泵出口母管压力采取逐渐上升的控制方法。200 MW及以下时凝结水母管压力为固定值。以上两点结合降压试验结果，得出了最终优化的压力定值。最终降压运行优化后运行数据见表5，从表中可看出凝泵出口母管压力显著降低。

表5　最终降压运行优化后运行数据

报警值和联锁定值的修改：

(1) 修改变频泵运行时凝泵出口母管压力低报警值、工频泵联锁启动值。

凝泵出口母管压力低报警值由“负荷对应的压力设定值的0.8倍与1.60 MPa取大值”修改为“负荷对应的压力设定值的0.8倍与1.20 MPa取大值”。联锁启动工频泵值由“负荷对应的压力设定值的0.7倍与1.6 MPa取大值”修改为“负荷对应的压力设定值的0.7倍与1.05 MPa取大值”。

(2) 工频泵运行时，凝泵出口母管压力低报警值为1.80 MPa，联锁启动变频泵压力值为1.70 MPa。

(3) 汽泵机封水与前置泵入口压力压差设定值为0.15 MPa，低报警值为0.10 MPa，高报警值为0.75 MPa。

(4) 低旁减温水压力低报警值由1.3 MPa改为0.90 MPa。

4降压运行优化后节能效果

实现了除氧器上水阀节流损失的最低化，同时高负荷实现了与低负荷接近的深度节能。按照凝结水系统一年运行7 000 h、负荷率为75%计算，每年可节电6.0×106kW·h，若电价为0.40 元/(kW·h)，每年可节约电费240万元，相当于1年内可回收投资成本。凝泵深度降压后的节能效果见表6。

表6　深度降压后节能效果

5结语

(1) 该电厂凝泵经过变频改造，节能效果明显，取得了良好的经济效益。

(2) 通过实施降压运行优化，明显降低了凝泵出口母管压力，300 MW时降至1.35 MPa，600 MW时降至1.80 MPa。节能的同时，进一步降低凝结水系统管道发生振动的可能性。

(3) 通过实施降压运行优化，实现了高负荷时与低负荷接近的节能效果，并最大化减少了除氧器上水阀的节流损失。

(4) 降压运行优化后，凝泵及其电动机的轴承温度和振动无异常上升，除氧器水位控制平衡，凝泵可长期稳定运行。

(5) 降压运行优化时除了要保证除氧器正常上水外，还有可能影响到凝泵振动、凝结水杂项用户、变频器输出等，部分电厂还要考虑精处理装置的压差。凝结水杂项用户中，受影响最大的是汽泵机封水、低旁减温水，对此要特别留意。

参考文献：

[1] 吾明良，郑卫东，陈敏. 超超临界1 000 MW机组凝结水泵深度变频分析[J]. 电力建设，2012，33(8)：82-87．

[2] 邸若冰，崔学英. 火电厂凝结水泵变频改造中的常见问题[J]. 电力安全技术，2011，13(9)：55-58．

[3] 张彩，张宝. 凝结水泵变频改造中的问题与对策[J]. 电力科学与工程，2013，29(1)：77-78．

[4] 钱能，金生祥，王琪，等. 凝结水节流控制与经济效益分析[J]. 中国电力，2014，47(3)：69-73.

[5] 陈世和，朱亚清，张曦. 基于压力自适应的凝结水节能控制技术[J]. 中国电力，2011，44(11):43-45.

[6] 张华伦. 1 000 MW机组凝结水泵配置[J]. 中国电力，2011，44(2):66-68.

[7] 俞震华. GW级机组凝结水泵变频运行性能分析[J]. 中国电力，2010，43(7):53-56.

Operation Optimization for the Large Condensate Water Pump in a Thermal Power Plant

Yang Qunfa, Hou Jianxiong, Huang Biliang

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519050, Guangdong Province, China)

Abstract：Energy-saving effects and remaining problems of the large condensate water pump in a thermal power plant were introduced after frequency conversion retrofit. For optimization purposes, the water pump was operated at reduced pressures, while the boundary condition of pressure limits was obtained through experimental tests, following which corresponding countermeasures were taken to achieve maximum effects of energy saving. Results show that the pressure in main condensate pipe can be lowered in the mode of reduced pressure operation, when energy-saving effects at low load approach to that at high load, achieving energy-saving purposes under all conditions. Both the condensate water pump and the motor can operate normally at reduced pressures, indicating high operation stability of the condensate water pump.

Keywords：condensate water pump; high-voltage inverter; energy-saving retrofit; deep reduction of pressure

收稿日期：2015-10-20

作者简介：杨群发(1967—)，男，高级工程师，从事火电厂生产管理与技术研究。E-mail: afayang@126.com

中图分类号：TK264.12

文献标志码：A

文章编号：1671-086X(2016)03-0197-05