300 MW机组凝结水泵及相关系统运行优化

张树同， 刘启亮， 梁小丽， 靳红辉

(国电菏泽发电有限公司， 山东菏泽 274032)



运行与改造

300 MW机组凝结水泵及相关系统运行优化

张树同， 刘启亮， 梁小丽， 靳红辉

(国电菏泽发电有限公司， 山东菏泽 274032)

针对机组凝结水泵耗电量较高、耗水量较多、负荷低谷阶段出力余量较大和系统启停不科学等情况，提出了合理的优化措施，提高了凝结水系统的运行效益，获得了良好的经济效果。

火电机组； 凝结水泵； 系统优化

凝结水泵是汽轮发电机组中广泛采用的一种上水设备，它在机组启停及正常运行中起着对除氧器上水、冷却排汽温度等作用；但是凝结水泵及相关系统在启停、运行过程中存在除盐水浪费严重，低负荷富裕余量大，功耗大等现象。因此开展凝结水泵及相关系统运行方式优化研究，对深挖汽轮发电机组节能潜力、降低机组辅机耗电率具有十分重要的意义。

1　设备概况

某发电公司2台300 MW汽轮发电机组，配备了多级离心式凝结水泵，具体参数见表1。该凝结水系统配备2台凝结水泵(简称凝泵)、2台凝结水补水泵，凝结水泵密封水、冷却水均有闭式水系统提供。

表1　凝泵基本参数

2　凝泵及相关系统存在的问题

目前正常情况下2台凝泵采用“一运一备”运行方式，低负荷阶段通过凝结水主调节阀和副调节阀调节、关闭、节流来满足除氧器上水需要，凝结水由凝泵加压依次经过凝结水精处理装置、轴封加热器、低压加热器进入除氧器，此种运行方式对于凝泵和凝结水系统在低负荷阶段是超富裕出力运行，造成机组低负荷阶段厂用电率升高；凝泵低负荷高压力运行对凝泵叶轮、系统相关阀门磨损都比较严重，功率消耗和节流噪声都比较大。

3　节能改造及运行优化

3.1 凝泵改造及优化

该公司3号、4号机组共4台凝泵,每台机组的2台凝泵采用“一用一备”运行方式,凝泵流量的调节方式采用挡板调节。由于这种原始的调节方法仅仅是改变管道的流通阻力,而驱动源的输出功率改变不大,节流损失相当大,浪费了大量电能,致使厂用电率高,发电成本不易降低；同时,电动机启动时会产生6倍的冲击电流,对电动机构成损害。改造采用每台机组2台凝泵变频调速系统与电动机采用“一拖二”方式,旁路使用真空开关,手动切换,变频器把6 kV电压通过干式隔离变压器降压,通过功率模块整流逆变,根据要求得到不同频率的电压,达到变频调速的目的。具体运行方式见图1。考虑凝泵变频器运行安全性，将凝泵控制逻辑进行了系列优化[1](见表2)。

表2　凝泵控制逻辑优化方案

凝泵变频改造前后运行参数见表3。由表3可以看出：改造后凝泵平均耗电率(凝泵耗电量占发电量的百分比)由0.32%下降至0.2%，厂用电率平均降低0.12%。在实际运行中，为深挖节能潜力，在机组负荷180 MW以上时，在保持除氧器水位主、副调节阀全开的情况下，将旁路电动阀打开，可进一步减少阻力，降低凝泵运行耗电率。

表3　凝泵变频改造前后参数

3.2 凝结水系统运行流程优化

原设计是低温水经过变频给水泵加压后经过A、B侧低温省煤器加热汇入5号低压加热器入口(见图2)，借助调节阀和变频泵自动可以实现运行参数的自动调节，达到低温省煤器设计运行参数。运行一段时间后，发现变频泵电动机(电动机型号为Y2-280M-4)的电耗，抵消了相当一部分余热利用所带来的效益。为实现设备节能运行，将变频给水泵停止运行，全开低温省煤器进水旁路门，依靠凝结水压力及6号、7号、8号低压加热器间的压差，使部分凝结水流经低温省煤器，流量和温度由低温水和高温水调节阀控制。结果表明：此种运行更能实现节能目标，基本达到原设计运行参数(见表4)。

表4　低温省煤器运行参数

表4(续)

注：1)运算参数为变频给水泵未运行工况。

通过凝结水运行流程优化，大量烟气余热进入回热系统，这是在没有增加锅炉燃料量的前提下，获得的额外热量，它以一定的效率转变为电功。这个新增功量要远大于排挤抽汽和汽轮机真空微降所引起的功量损失，所以机组的经济性是提高的。另外，运行优化后，节省了低温省煤器变频给水泵运行电耗。对于300 MW机组，供电煤耗一般下降1.0～1.5 g/(kW·h)；其次，低温省煤器运行后有助于降低脱硫系统的水耗。加装低温省煤器后，可取消脱硫系统的喷水降温装置或事故(喷淋)降温装置，实现脱硫系统的深度节能。

3.3 凝泵密封水及密封水回收改造

凝泵密封为浮动环密封，需要外供密封水，设计密封水压力保持在0.25～0.40 MPa。凝泵所需密封水由闭式循环水泵供给，压力为0.7～0.8 MPa，通过运行实践，密封水压力保持在0.4 MPa左右时，凝汽器真空严密性试验不合格，凝结水容氧大大超标，排查漏点发现是从该浮动密封环处漏入空气所致；调整密封水压力至0.6 MPa左右，真空严密性试验合格，但凝结水容氧多次出现超标现象。经过计算论证，利用停机时间，将密封水增设凝结水母管一路(见图3)，凝泵密封水压力能随时跟踪泵出口压力，密封效果更优良。而由此造成的密封水外泄，通过加装接水盘、接水管及回水水箱，最终又循环至凝汽器(见图4)。

通过积极优化凝泵密封水运行方式，实现了凝泵密封水压力基于凝泵出口压力自适应全程自动调节控制[2]，保证了凝泵及真空系统的安全运行，闭式水用户的减少又达到了较好的节能效果。密封水外漏回收，按一台泵回收除盐水约3.0 t/h，除盐水以12元/t计算，每台泵一天可节约864元，全年可节约31.5万元，双泵则可节约63万元，经济效益可观。

3.4 凝结水系统启停方式优化

除氧器设置于22.5 m平台除氧间(见图5)，型号为IS100-65-250凝结水补水泵(参数见表5)设置于0 m，高度差为22.5 m，而凝结水补水泵设计流量为100 m3/h,设计扬程为80 m，远远超过上水需要的压头。即使考虑到管道及阀门系统阻力，按照经验估算只要泵出口压力p1高于除氧器p2压力1.25倍就能完成上水。

表5　凝结水补水泵基本参数

这里的p2=0.46 MPa。由此看以看出：在除氧器压力小于0.46 MPa的工况下，凝结水补水泵皆能完成除氧器上水任务。根据现有设备装置情况，将机组启动上水方案优化如下：充分利用凝结水补水泵的功能，开启凝结水补水至凝杂水母管充水手动门，给除氧器上水，凝泵作为备用。

机组停运时，锅炉上水完毕后，凝泵运行继续对除氧器小流量上水，同时稍开除氧器溢流维持除氧器水温稳定，因凝结水温度低，除氧器内水温逐渐降低至50 ℃以下后停止上水。该操作优化可以大大加快低压缸及排汽温度的温降速度，一般可缩短循环水泵运行时间24 h。循环水泵额定功率为1 600 kW,单泵实测运行功率为1 100 kW左右，大约节电26 400 kW·h，按照0.3元/(kW·h)计算，每次停机可节省电费7 920元。

4　优化后效果分析

通过对凝泵及相关系统进行变频节能改造、运行流程及启停方式优化等，凝泵运行效率得到大幅度提高，在负荷180 MW、240 MW、300 MW三种工况及发电量(33×108kW)一定情况下，凝泵平均耗电率从优化前的0.32%降低至0.18%(见表6)，厂用电率平均降低0.14%，根据该单元机组全年发电量33×108kW·h计算，每年可节约厂用电量462×104kW·h，每度电按照0.35元计算，每年创造经济效益为161.7万元。另外，加上水耗节约费用，年可产生经济效益224.7万元。运行优化后凝泵维护费用也逐渐下降，机组运行安全系数得到进一步提升。

表6　凝泵优化运行前后参数对比

5　结语

经过对凝泵及凝结水系统优化，降低了凝结水系统耗水量、厂用电率，凝泵叶轮磨损增大趋势得到遏制，凝泵持续运行时间大大延长，保证了机组安全、稳定运行，降低了凝结水系统运行维护成本，企业经济效益与社会效益得到较大提高。

[1] 盛喜兵, 李振强, 杜化仲, 等. 330 MW机组凝结水泵变频改造及系统运行优化[J]. 热力发电, 2011, 40(9): 86-88.

[2] 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.

Operation Optimization of Condensate Water Pump and Relevant Systems in a 300 MW Unit

Zhang Shutong, Liu Qiliang, Liang Xiaoli, Jin Honghui

(Guodian Heze Power Generation Co., Ltd., Heze 274032, Shandong Province, China)

To solve the problems of high power consumption, high water consumption, insufficient output at low load and unreasonable start up and shut down process of relevant systems existing in the condensate water pump of a 300 MW unit, optimization measures are proposed, which have helped to improve the operation effectiveness of the condensate water system, with good economic benefits obtained.

thermal power unit; condensate water pump; system optimization

2016-03-15

张树同(1979—)，男，工程师，主要从事发电机组经济运行工作。

E-mail: hfd19403@163.com

TK264.12

A

1671-086X(2016)05-0338-04