600MW超臨界機(jī)組凝泵變頻控制及效果分析

（浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325609）卓魯鋒

隨著電力工業(yè)的發(fā)展和要求，節(jié)約電廠的廠用電，節(jié)能降耗，越來越多的電廠對(duì)重要用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行了技術(shù)改造或一開始建設(shè)期間就考慮到了節(jié)能降耗，對(duì)重要設(shè)備的電機(jī)采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)。為了推動(dòng)節(jié)能降耗工作的深入進(jìn)行，浙能樂清電廠結(jié)合自身情況，以挖掘大型電機(jī)的節(jié)能潛力為突破口，在#1機(jī)組大修期間進(jìn)行了凝結(jié)水泵電機(jī)的變頻改造，以達(dá)到進(jìn)一步降低廠用電量、降低發(fā)電成本的目的。

1 系統(tǒng)概述

浙能樂清電廠每臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)凝結(jié)水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。凝泵原設(shè)計(jì)為定速運(yùn)行，依靠除氧器水位調(diào)節(jié)閥來調(diào)整除氧器水位，調(diào)節(jié)閥線性度差，節(jié)流損失大，大量能耗損失在調(diào)節(jié)閥門上。凝泵電機(jī)變頻改造后凝泵由定速運(yùn)行變成變速運(yùn)行，其運(yùn)行特性改變較大，這也給凝結(jié)水系統(tǒng)帶來很大影響，整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)分布發(fā)生了很大變化。

凝泵為Ebara Corporation 生產(chǎn)的型號(hào)為800×400VYDB4M的筒形立式多級(jí)離心泵，額定轉(zhuǎn)速為1490 r/min，額定出口壓力為3.221 MPa，凝泵電機(jī)為TOSHIBA（TMEIC）生產(chǎn)，額定電壓為6kV，額定電流為243A。

在大修凝泵變頻改造中變頻器采用日本日立生產(chǎn)的HIVECTOL-HVI03000/6變頻器，變壓器為ZTSFGN-3000/6。采用一對(duì)一方式，不設(shè)置旁路柜。

2 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水系統(tǒng)的主要功能是將凝汽器熱井中的凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送出，經(jīng)除鹽裝置、軸加、除氧器水位調(diào)節(jié)站、低壓加熱器輸送至除氧器，同時(shí)還向各有關(guān)凝結(jié)水用戶提供用水。凝結(jié)水系統(tǒng)基本流程為：熱井→凝泵→精處理裝置（旁路）→軸加（旁路）→#8、#7低加（旁路）→#6（旁路）→#5低加（旁路）→除氧器。

凝結(jié)水系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：

（1）凝汽器兩個(gè)、400m3凝結(jié)水儲(chǔ)水箱一個(gè)；

（2）凝輸泵兩臺(tái)、100%容量的凝泵兩臺(tái)；

（3）凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)有最小流量再循環(huán)管路，從軸加后接出，并設(shè)有調(diào)節(jié)閥和旁路閥，在啟動(dòng)和低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，保證凝泵大于最小流量長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行；

（4）凝結(jié)水精處理裝置一套；

（5）軸加一臺(tái)、#5～#8低加，各加熱器帶有旁路管道（軸加有一旁路，#7低加、#8低加有一個(gè)大旁路，#5低加、#6低加各有一個(gè)旁路），必要時(shí)加熱器可撤出運(yùn)行；

（6）除氧器一臺(tái)，除氧器水位調(diào)節(jié)站一套（30%、70%調(diào)節(jié)閥和其旁路閥各一只）。

（7）#5低加出口有放水閥門，在水質(zhì)不合格時(shí)將水放至循環(huán)水排水。

3 凝泵變頻實(shí)現(xiàn)及原理

3.1 凝泵變頻電氣實(shí)現(xiàn)

每臺(tái)機(jī)組配一套變頻裝置，一臺(tái)變頻器只控制一臺(tái)凝泵，另一臺(tái)凝泵工頻備用。同時(shí)另外一臺(tái)工頻泵可以通過電氣開關(guān)的切換也可以實(shí)現(xiàn)變頻，實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，如果1A凝泵為變頻泵，1B凝泵為工頻泵，那么電氣開關(guān)KA1、KA3、KA4在合位，KA2在分位；同時(shí)KB1、KB2開關(guān)在合位KB3、KB4在分位。如果1B想切換為變頻泵，1A凝泵為工頻泵時(shí)，KA1、KA2在合位，KA3、KA4在分位，KB1、KB3、KB4在合位，KB2在分位。通過電氣開關(guān)可以靈活的實(shí)現(xiàn)變頻泵的需要，同時(shí)又節(jié)省了開支。

3.2 凝泵變頻節(jié)能原理及調(diào)試

未采用變頻器調(diào)節(jié)時(shí)，一般都是采用出口調(diào)閥控制，當(dāng)開度減小時(shí)，阻力增加，不適合大范圍調(diào)節(jié)流量，在低速區(qū)域軸功率減少不多，從節(jié)能的角度來說是不理想的。泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此用變頻器改變其轉(zhuǎn)速，可以獲得顯著的節(jié)能效果。

在進(jìn)行凝泵變速流量特性曲線時(shí)，凝泵再循環(huán)閥全關(guān)，除氧器水位調(diào)節(jié)閥旁路閥全關(guān)，改變除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度。主要試驗(yàn)?zāi)康氖牵簻y(cè)取除氧器水位調(diào)節(jié)閥不同開度時(shí)凝結(jié)水流量、壓力與凝泵轉(zhuǎn)速三者之間的關(guān)系；測(cè)取除氧器水位調(diào)節(jié)閥不同開度時(shí)的凝結(jié)水管路的管道特性。首先關(guān)閉除氧器水位調(diào)節(jié)閥，打開凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，啟動(dòng)凝泵定速到700r/min運(yùn)行，將除氧器水位30%調(diào)節(jié)閥全開，關(guān)閉凝泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄相關(guān)參數(shù)；保持30%調(diào)節(jié)閥全開，再依次將除氧器水位70%調(diào)節(jié)閥開到20%、40%、60%和100%開度，系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄相關(guān)參數(shù)；然后關(guān)小除氧器水位調(diào)節(jié)閥，維持凝泵較小流量運(yùn)行，將凝泵轉(zhuǎn)速提高到900r/min、1100r/min、1300r/min和1485r/min運(yùn)行，記錄相關(guān)參數(shù)和曲線，然后繪制凝結(jié)水泵變速特性曲線如圖2所示。

圖2 凝泵變速特性曲線示意圖

4 除氧器水位控制策略完善

除氧器水位控制分為單沖量控制和三沖量控制兩種方式，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于30%額定負(fù)荷時(shí)，除氧器水位控制采用單沖量控制，采用除氧器水位信號(hào)與除氧器水位設(shè)定值的偏差作為調(diào)節(jié)器的輸入，PID控制器的輸出對(duì)兩個(gè)除氧器水位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于30%且給水流量大于570t/h時(shí)，除氧器水位自動(dòng)切換為三沖量控制，用水位信號(hào)的偏差作為調(diào)節(jié)器主控制器的輸入，主控制器的輸出與凝結(jié)水流量的偏差作為副調(diào)節(jié)器的輸入，用給水流量信號(hào)作為前饋信號(hào)，當(dāng)給水流量增加時(shí)，快速反應(yīng)增加調(diào)節(jié)器的輸出，超前調(diào)節(jié)保持水位穩(wěn)定。

當(dāng)凝泵變頻控制后，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如果用除氧器水位控制閥和凝泵變頻同時(shí)控水位，控制閥的調(diào)節(jié)和凝泵變頻器的調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生相互影響，無法對(duì)除氧器水位進(jìn)行穩(wěn)定控制；如果除氧器水位調(diào)節(jié)閥不投自動(dòng)，定開度運(yùn)行，凝泵變頻器控水位，那么運(yùn)行人員在不同的負(fù)荷段，需要給調(diào)節(jié)閥不同的開度，這樣會(huì)增加運(yùn)行人員的難度，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)性造成一定的影響。經(jīng)過試驗(yàn)后，摸索出了一種穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性都良好的控制方式。除氧器兩個(gè)上水閥控制水位，凝泵變頻控制凝泵出口壓力，在前期采用30%輔助調(diào)節(jié)閥控制水位，當(dāng)輔助調(diào)節(jié)閥開度大于80%時(shí)，輔助調(diào)節(jié)閥跟蹤全開，70%主調(diào)節(jié)閥慢慢開啟進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，在高負(fù)荷段維持主調(diào)節(jié)閥在40%-60%的線性最佳調(diào)節(jié)范圍，整個(gè)過程凝泵變頻控制凝泵出口壓力。凝泵出口壓力設(shè)定值如表1所示，同時(shí)運(yùn)行可以進(jìn)行偏置設(shè)定，能靈活操作。同時(shí)凝泵變頻器有閉鎖減的回路，當(dāng)?shù)团栽谕哆\(yùn)過程中，凝泵出口壓力不能低于1.8MPa，保證低旁減溫水有一定的壓差進(jìn)行減溫；當(dāng)?shù)团匀P(guān)不在投運(yùn)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)凝泵出口壓力低于表2所示壓力時(shí)，閉鎖凝泵變頻控制器減，同時(shí)給變頻器增加一定量的短時(shí)轉(zhuǎn)速輸出。此方式控制方式符合實(shí)際應(yīng)用需要，同時(shí)兼顧凝泵變頻的經(jīng)濟(jì)性和除氧器水位控制的穩(wěn)定和良好控制。

圖1 變頻器電氣切換

表3 節(jié)能分析對(duì)照

表1 凝泵出口壓力設(shè)定值

表2 凝泵出口壓力閉鎖值

5 節(jié)能分析

根據(jù)不同的負(fù)荷段，對(duì)#1機(jī)組的凝泵變頻和#2機(jī)組的凝泵工頻控制的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了比較，如表3所示。

每臺(tái)機(jī)組增加一套變頻設(shè)備約需要投資180萬人民幣，若按照每臺(tái)機(jī)組每年6000利用小時(shí)計(jì)算，如今600MW機(jī)組調(diào)峰約為50%時(shí)間，機(jī)組全年帶450MW左右時(shí)間約為1500小時(shí)，每臺(tái)機(jī)組每年可能節(jié)約電量為[3000*(190-120)+1500*(172-72)+1500*(153-48)]*6.2=3208500度，按上網(wǎng)電價(jià)0.3元/度計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約費(fèi)用為3208500*0.3=962500元，兩年就能收回投資成本。

6 結(jié)論

實(shí)踐證明，浙能樂清電廠#1機(jī)組凝泵變頻改造的應(yīng)用是成功的，能大大降低生產(chǎn)成本，是一種有效的節(jié)能降耗途徑之一。隨著電力體制的改革深入，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，節(jié)能降耗，降低發(fā)電成本是提高電廠競(jìng)爭(zhēng)能力的有效途徑之一，也是電廠技術(shù)人員的努力方向和值得深入研究和探討的問題之一。

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