1 000 MW二次再热机组凝结水泵深度变频改造优化

徐江，梁海山，薛小宇

(国家能源集团泰州发电有限公司，江苏 泰州 225327)

0 引言

某公司建设2台1 000 MW二次再热超超临界机组，采用某汽轮机厂设计制造的超超临界、二次中间再热、五缸四排汽、单背压、反动式汽轮机。每台机组配备2台100%容量的凝结水泵，1台运行1台备用。受汽动给水泵密封水供水压力的影响，凝结水泵运行方式为：运行泵变频调节凝结水压力，备用泵工频备用。在这种运行方式下，除氧器水位调节阀无法全开，节流损失大[1]，因此，可深度挖掘凝结水泵变频的节能潜力。

1 机组相关设备概况

该公司凝结水泵为BDC 500-570/d+3S型立式筒形离心泵，配套电机功率为2 900 kW。凝结水泵主要技术参数见表1。凝结水泵变频器可调节的转速范围为900～1 485 r/min。凝结水系统并列布置除氧器水位主、副调节阀，无旁路，主调节阀管路为100%通流量，副调节阀管路为30%通流量。机组正常运行时副调节阀关闭，用主调节阀进行除氧器水位调节。

表1 凝结水泵技术参数Tab.1 Technical parameters of condensate pump

2 凝结水泵变频调节节能理论分析

凝结水泵运行时，由于外界负荷的变化而要求改变其工况时，需要对流量进行调节，而流量的大小取决于工况点的位置。泵在各个工况下的工作点为泵本身的性能曲线和管道特性曲线的交点[2]。全开除氧器水位调节阀，降低了管道阻力，凝结水泵变频降低转速改变了泵的性能曲线。在这种调节方式下，大大减少了附加的节流损失，凝结水泵在很大的变工况范围内都能保持较高的效率，从而降低凝结水泵在各个运行工况下的能耗。

3 凝结水泵深度变频的制约因素

原系统设计汽动给水泵密封水取自凝结水杂用户母管，汽动给水泵厂家要求密封水压力为1.8～3.8 MPa。为保证汽动给水泵密封水压力，通过凝结水泵变频来控制凝结水压力高于2.0 MPa(见表2)，用除氧器水位调节阀来控制除氧器水位在正常范围。在机组投入自动发电控制(机组负荷在550～1 000 MW之间调节)运行期间，除氧器水位副调节阀在全关状态，主调节阀开度在40%～60%，始终无法全开，节流损失较大，无法完全发挥凝结水泵变频调节的节能优势，且机组负荷越高，凝结水泵的节流损失越大，严重影响凝结水泵运行的经济性。

表2 凝结水压力控制Tab.2 Condensate water pressure control

由此可见，制约凝结水泵深度变频的主要因素是汽动给水泵密封水压力低。要实现凝结水泵深度变频调节除氧器水位，就必须解决汽动给水泵的密封水压力问题。

4 汽动给水泵密封水系统改造

4.1 密封水系统改造方案

除氧器水位调节阀全开和凝结水泵变频降低转速导致凝结水压力下降，汽动给水泵密封水压力也随之下降。凝结水泵深度变频后，低负荷工况下凝结水压力无法满足汽动给水泵的要求，因此必须对凝结水进行升压改造。此次改造采用的方案为：在原凝结水杂用户母管至汽动给水泵密封水滤网的管路上加装2台并联的增压泵(1运1备)及旁路[3]，如图1所示。密封水增压泵技术参数见表3。旁路设置逆止阀，每台增压泵均配置再循环管路，当2台增压泵均故障停运时，凝结水杂用水可以通过旁路和2台增压泵管路向汽动给水泵提供密封水，保证系统安全可靠运行且运行方式比较灵活。

图1 汽动给水泵密封水增压泵系统Fig.1 Sealing water booster pump system of team turbine-driven feedwater pump

表3 密封水增压泵技术参数Tab.3 Sealing water booster pump technical parameters

4.2 给水泵密封水增压泵、凝结水泵逻辑优化

凝结水泵深度变频改造除了对系统进行相应改造，还要对相关系统设备逻辑进行优化，以达到深度节能的目的[4]。此次改造对给水泵密封水增压泵和凝结水泵运行逻辑均进行了优化。

4.2.1 密封水增压泵逻辑优化

(1)增压泵启动允许(逻辑“与”)：1)给水泵密封水增压泵为远控操作；2)给水泵密封水增压泵无故障报警。

(2)增压泵联锁停止(逻辑“与”)：1)凝结水泵出口母管压力高于4.5 MPa；2)汽动给水泵密封水增压泵母管压力大于4.5 MPa；3)2台汽动给水泵进、出水端密封水出水温度小于60 ℃。条件满足后联锁跳闸A增压泵，延时5 s后停运B增压泵。

(3)联锁启动条件(逻辑“或”)：1)备用泵投联锁时运行汽动给水泵密封水增压泵跳闸 ；2)备用泵投联锁时汽动给水泵密封水增压泵母管压力小于当前负荷对应的凝结水压力设定值(该压力设定值为当前负荷指令对应的凝结水泵出口压力曲线值+压力偏置值)。

4.2.2 凝结水系统逻辑优化

(1)凝结水泵变频调节方式切换逻辑。

自动切换：小机A或B转速大于3 000 r/min且以下任一条件满足时自动切为压力调节方式：1)2台汽动给水泵密封水增压泵均跳闸；2)2台汽动给水泵密封水增压泵均不运行，延时10 s；3)密封水增压泵母管压力小于2.0 MPa。

手动切换：手动可在调压或调水位方式之间切换；正常运行中若凝结水泵存在自动方式切换至调压方式的条件，手动切至调水位模式无效，仍保持调压方式。

(2)增加逻辑。2台密封水增压泵均在停运状态且负荷大于150 MW时，将发生下列动作：1)将凝结水泵变频方式由除氧器水位自动切换为出口压力自动；2)发15 s脉冲将凝结水泵变频转速指令置为1 450 r/min；3)发5 s脉冲将除氧器水位主调节阀指令置50%；4)发30 s脉冲将A/B汽动给水泵进、出水端密封进水温度调节阀指令置100%。

(3)凝结水泵变频方式由除氧器水位自动切换为出口压力自动时，将除氧器水位主调节阀切换为自动模式，将除氧器水位辅助调节阀指令置为0%，此时除氧器水位设定值为原凝结水泵水位控制方式下的水位设定值。

(4)增加汽动给水泵密封水增压泵保护跳闸逻辑。凝结水泵出口母管压力大于4.5 MPa且汽动给水泵密封水增压泵出口母管压力大于4.5 MPa且汽动给水泵密封水温度低于60 ℃时，联锁停运A增压泵，延时5 s后联锁停运B增压泵。

(5)增加凝结水泵变频自动保护逻辑。凝结水压力低于1.5 MPa时禁止变频器转速指令降低。

(6)增加除氧器水位副调节阀逻辑：负荷为650～600 MW时，除氧器副调节阀在100%～0%自动；增加除氧器水位主调节阀逻辑：负荷为600～400 MW时，除氧器主调节阀在100%～42%自动。除氧器水位主、副调节阀自动节流，确保凝结水母管压力不低于1.5 MPa，仍然是凝结水泵变频调节除氧器水位。

(7)凝结水泵变频运行时，备用工频凝结水泵联锁启动定值由1.7 MPa改为1.3 MPa。

4.3 凝结水泵深度变频改造前、后对比

凝结水泵深度变频改造后，机组负荷500 MW以上时，同负荷下汽动给水泵密封水压力比优化前升高0.5～1.0 MPa，如图2所示。汽动给水泵密封水系统运行正常，汽动给水泵各运行参数均在正常范围内，未产生不利影响。

图2 深度变频改造前、后汽动给水泵密封水压力对比Fig.2 Sealing water pressure of team turbine-driven feedwater pump before and after deep frequency conversion transformation

凝结水泵深度变频改造后，机组负荷在650～600 MW时，除氧器副调节阀在100%～0%自动；机组负荷在600～400 MW时，除氧器主调节阀在100%～42%自动。在这种控制策略下，改造后凝结水泵的转速和出口压力均明显下降，如图3、图4所示。

图3 深度变频改造前、后凝结水泵转速对比Fig.3 Speed of condensate pump before and after deep frequency conversion transformation

图4 深度变频改造前、后凝结水泵出口压力对比Fig.4 Pressure at condensate pump outlet before and after deep frequency conversion transformation

给水泵密封水增压泵改造后，凝结水泵深度变频改造前、后消耗功率对比如图5所示。改造后凝结水泵消耗功率为凝结水泵本身消耗功率与汽动给水泵密封水增压泵消耗功率之和。在550 MW以上负荷段运行时，凝结水泵消耗功率平均降低约400 kW。

4.4 机组深度调峰时的运行情况

在深度调峰机组负荷降至400 MW时，除氧器水位调节阀开度为42%，此时汽动给水泵密封水压力为3.4 MPa，凝结水泵出口压力为1.8 MPa，凝结水泵转速为962 r/min，消耗功率675 kW。除氧器水位保持稳定，凝结水泵运行参数正常。汽动给水泵密封水系统及汽动给水泵密封水增压泵运行参数均在正常范围内，未出现异常情况。凝结水泵深度变频改造经受住了机组深度调峰的考验。

图5 深度变频改造前、后凝结水泵消耗功率对比Fig.5 Power consumption of condensate pumps before and after deep frequency conversion transformation

5 结束语

增加了密封水增压泵后，凝结水泵实现了深度变频，在机组负荷高于600 MW运行时，除氧器水位调节阀完全开启，最大限度地降低了节流损失，凝结水泵电流、转速和出口压力均进一步下降。在550 MW以上负荷段运行时，除去增压泵的能耗，凝结水泵平均能耗降低约400 kW，且负荷越高节能效果越明显。此次凝结水泵深度变频改造取得了较好的节能效果，可为同类型机组的相关节能改造提供参考。