1000 MW機組凝結(jié)水泵運行控制方式分析

邢立軍，馬永勝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

1 問題的提出

隨著火電技術(shù)的快速發(fā)展，超超臨界火電機組已遍布全國。國內(nèi)超超臨界火電機組的控制系統(tǒng)大部分是Windows平臺上的分散控制系統(tǒng)(DCS)，各系統(tǒng)和設(shè)備通過邏輯關(guān)系實現(xiàn)了控制的自動化。

1000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點，是今后我國火電機組的發(fā)展方向。此次探討的2臺機組各配置3臺50%容量的多級離心式凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計運行方式為2臺變頻凝結(jié)水泵運行，1臺工頻凝結(jié)水泵備用。在正常運行方式下，1臺變頻凝結(jié)水泵運行，由除氧器上水調(diào)節(jié)門自動控制凝結(jié)水流量以保持除氧器水位穩(wěn)定，人工調(diào)整凝結(jié)水泵變頻器來實現(xiàn)節(jié)能降耗和確保凝結(jié)水母管壓力在正常范圍內(nèi);當(dāng)運行凝結(jié)水泵出現(xiàn)故障時，備用工頻凝結(jié)水泵自動投入運行，由除氧器上水調(diào)節(jié)門開度來控制除氧器水位。在正常運行情況下，負荷是變動的，為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，運行人員必須不斷對凝結(jié)水泵進行變頻調(diào)節(jié)以適應(yīng)負荷變化的需求。這樣的控制調(diào)整存在以下問題:

(1)在正常運行過程中，機組投自動發(fā)電量控制(AGC)方式時，機組負荷隨電網(wǎng)負荷需求上、下波動，特別是在機組低負荷區(qū)域，在保證凝結(jié)水流量的同時，必須保證凝結(jié)水母管壓力不低于2.2MPa，否則會引起汽動給水泵軸承溫度升高及軸承振動等。

(2)機組在低負荷時，必須進行人工干預(yù)，保證凝結(jié)水母管壓力為2.5～3.5 MPa，降低了機組的自動化程度。

(3)在機組實際運行中，由除氧器上水調(diào)門控制除氧器水位，產(chǎn)生了節(jié)流損失，降低了凝結(jié)水泵變頻節(jié)能運行方式的投入率。

(4)運行人員必須時刻監(jiān)視、調(diào)整凝結(jié)水泵的變頻轉(zhuǎn)速，以保持凝結(jié)水母管壓力不超限并達到節(jié)能的目的，無形中增加了運行人員的勞動強度。

在自動化控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，凝結(jié)水母管壓力和除氧器水位之間通過邏輯協(xié)調(diào)控制已成為可能。

2 凝結(jié)水系統(tǒng)構(gòu)成

該凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置3臺50%容量凝結(jié)水泵，其中3臺運行，1臺備用。設(shè)置4臺低壓加熱器、1臺軸封冷卻器及1套凝結(jié)水精處理裝置。在凝結(jié)水精處理裝置后設(shè)有各項減溫噴水和雜項用水，在軸封冷卻器后設(shè)有除氧器水位調(diào)節(jié)站，有2組調(diào)節(jié)閥以及電動旁路閥、凝結(jié)水最小流量再循環(huán)管路，泵的最小流量不超過額定流量的25%。凝結(jié)水泵泵軸為2段軸，用套筒式聯(lián)軸器連接，共5級葉輪。該系統(tǒng)設(shè)計時考慮了運行的安全性，凝結(jié)水泵進口的電動水封閘閥與泵聯(lián)鎖，避免在進口閥關(guān)閉時啟動凝結(jié)水泵，出口門為電動閘閥，也與凝結(jié)水泵電動機聯(lián)鎖，當(dāng)凝結(jié)水泵啟動后，出口電動門聯(lián)動開啟，凝結(jié)水泵停止后，聯(lián)動關(guān)閉出口門。

3 凝結(jié)水泵參數(shù)及結(jié)構(gòu)

凝結(jié)水泵技術(shù)參數(shù):形式，立式筒袋型;型號，9.5LDTNB －5;級數(shù)，5;密封形式，機械密封;流量，1254 t/h;轉(zhuǎn)速，1 480 r/min;效率，84%;制造單位，沈陽水泵廠。凝結(jié)水泵電動機技術(shù)參數(shù):型號，YKSL560 －4;功率，1 500 kW;電壓，10 kV;電流，102.4 A;轉(zhuǎn)速，1 488 r/min;制造廠家，沈陽透平機械股份有限公司。凝結(jié)水泵各級外形如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水泵各級外形

凝結(jié)水泵首級葉輪采用雙吸葉輪結(jié)構(gòu)，采用抗汽蝕性能較好的不銹鋼材料(ZG1Cr13Ni)制造，并考慮防汽蝕措施。泵的第2級～第5級均為單側(cè)進水，故每級都有1個在擴散蝸殼中運轉(zhuǎn)的單側(cè)進水葉輪。葉輪的吸入孔朝下對著前一級，還裝有一個逆向頸環(huán)和平衡室以盡量減少水力載荷。擴散器通道將水流從每個葉輪的周緣引向下一級葉輪的吸入口。每級泵殼都設(shè)有一套凝結(jié)水潤滑的軸承，用于支承泵軸，軸承材料為BBF6。葉輪用鍵固定在軸上，并由端部與軸肩緊貼的套筒進行軸向定位，從水泵最后一級排出的凝結(jié)水通過1根垂直管流出水泵。凝結(jié)水泵采用集裝式機械密封，密封水系統(tǒng)平衡(泄壓)水由水泵本體回收，裝在凝結(jié)水泵電動機托架上的止推軸承和徑向軸承承受轉(zhuǎn)動部件的重量和所施加的水力載荷;軸承設(shè)有整裝一體的油潤滑系統(tǒng)。在正常運行中，推力軸承處的水平振動不大于0.06 mm，軸承的設(shè)計負載能力很大，能在一定超載的情況下運行。

4 凝結(jié)水泵正常運行方式

在正常情況下，A，C 2臺凝結(jié)水泵變頻運行，B凝結(jié)水泵投入聯(lián)鎖備用且出口門開啟。當(dāng)1臺變頻泵出現(xiàn)故障時，啟動B凝結(jié)水泵(工頻)，將無故障變頻泵出力調(diào)整至額定出力，保持工頻泵和變頻泵并列運行，聯(lián)系檢修人員及時處理出現(xiàn)故障的變頻泵，故障消除后將工頻泵切為變頻泵運行。在正常運行過程中，1臺變頻泵跳閘后應(yīng)立即檢查工頻泵，保證工頻泵聯(lián)啟正常，出口門聯(lián)開，利用凝結(jié)水再循環(huán)閥調(diào)整凝結(jié)水母管壓力至正常值，并將變頻泵調(diào)整至額定出力。在正常運行過程中，A，C 2臺凝結(jié)水泵在變頻方式下長期運行，為保證B凝結(jié)水泵良好備用，應(yīng)定期啟動B凝結(jié)水泵運行一段時間后停運;凝結(jié)水母管壓力保持在2.3～3.5 MPa，不允許大幅度波動;除氧器上水調(diào)節(jié)閥投入自動控制除氧器水位，使用凝結(jié)水泵變頻主控手動調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力。在汽動給水泵密封水回水溫度60℃和汽動給水泵振動允許的情況下，盡量降低凝結(jié)水母管壓力。機組負荷變化時應(yīng)及時調(diào)整凝結(jié)水泵變頻器出力和除氧器上水調(diào)閥開度，在保證除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力的前提下，降低變頻器出力。

A，C凝結(jié)水泵在變頻運行期間，除氧器上水調(diào)節(jié)門和凝結(jié)水泵變頻主控不允許同時投入“自動”。為保證A，C凝結(jié)水泵變頻投入自動期間凝結(jié)水母管壓力不致過高和過低，當(dāng)凝結(jié)水壓力高于3.5 MPa或低于2.2 MPa時，A，C凝結(jié)水泵變頻強制切為手動控制，此時運行人員應(yīng)立即手動調(diào)整凝結(jié)水母管壓力至正常值，并保證除氧器水位穩(wěn)定。在調(diào)整凝結(jié)水母管壓力時，應(yīng)避免大幅波動，并注意以下3點:

(1)嚴(yán)密監(jiān)視凝結(jié)水用戶情況，防止電動給水泵和汽動給水泵的密封水回水溫度大幅波動(電動給水泵和汽動給水泵的密封水回水溫度不允許超過80℃)。

(2)嚴(yán)密監(jiān)視給水泵振動變化情況，防止因汽動給水泵密封水溫度變化而導(dǎo)致振動突增，必要時可解除密封水回水溫度自動控制，手動調(diào)節(jié)正常后投入自動。

(3)手動調(diào)整凝結(jié)水泵變頻應(yīng)緩慢，防止自動控制調(diào)整不及時導(dǎo)致凝結(jié)水母管壓力和除氧器水位大幅波動。

5 控制觀點的提出

在正常運行調(diào)整中，為保證機組的安全、穩(wěn)定運行，凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)節(jié)門只能投其中一種方式運行。

在除氧器水位調(diào)整門投自動，凝結(jié)水泵變頻器在手動狀態(tài)時，凝結(jié)水泵的變頻器輸出頻率必須高于實際負荷所需要的頻率，以適應(yīng)負荷變化的需要，出現(xiàn)運行工況變動后運行人員可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負荷的需求，同時保證凝結(jié)水母管壓力正常。當(dāng)除氧器水位發(fā)生波動時，通過DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3個參數(shù)構(gòu)成的串級回路，輸出開度指令至除氧器水位調(diào)整門，調(diào)整除氧器水位調(diào)整門的開度來保證凝結(jié)水流量，以穩(wěn)定除氧器水位。這種調(diào)節(jié)總是滯后的，并且一直產(chǎn)生節(jié)流損失，不利于節(jié)能降耗，降低了凝結(jié)水泵變頻器的投入率。這種調(diào)整方式基本類同于最早的除氧器水位調(diào)節(jié)方式，優(yōu)點是依靠運行人員調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，維持凝結(jié)水母管壓力在限值以內(nèi)比較安全、可靠，是1 000 MW超超臨界機組在凝結(jié)水流量控制中廣泛采用的運行方式。

凝結(jié)水泵變頻器在自動狀態(tài)時，除氧器水位調(diào)整門保持在全開位。運行人員可根據(jù)實際情況控制除氧器水位調(diào)節(jié)門開度，保證凝結(jié)水母管壓力正常，凝結(jié)水泵變頻器通過輸出頻率的改變來調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制凝結(jié)水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩(wěn)定在運行人員設(shè)定的范圍內(nèi)。當(dāng)除氧器水位發(fā)生波動時，通過DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3個參數(shù)構(gòu)成的串級回路，輸出轉(zhuǎn)速指令至變頻器，調(diào)整凝結(jié)水泵的上水量，以穩(wěn)定除氧器水位。這種控制調(diào)節(jié)方式是660 MW以下容量機組在凝結(jié)水泵變頻改造完成后普遍采用的控制方式，實現(xiàn)了凝結(jié)水泵在機組運行中的節(jié)能降耗且節(jié)能效果明顯。這種控制方式雖然實現(xiàn)了節(jié)能的目的，但在機組運行中不能保證凝結(jié)水母管壓力在正常范圍，給輔機的安全運行留下了隱患。

上述2種凝結(jié)水調(diào)節(jié)方式都缺乏調(diào)整上的連續(xù)性，降低了機組的整體性能。根據(jù)機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)的特點，在凝結(jié)水控制中引入?yún)f(xié)調(diào)控制方式，通過對除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力的相互協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門同時投自動，提高機組的自動化程度。

6 凝結(jié)水系統(tǒng)控制方式

6.1 基本控制方式

凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和除氧器水位調(diào)整門都在手動調(diào)整狀態(tài)，運行人員可單獨對凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門進行操作，維持除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

6.2 除氧器水位調(diào)整門跟隨方式

除氧器水位調(diào)整門在自動狀態(tài)，凝結(jié)水泵變頻器在手動狀態(tài)，除氧器水位調(diào)整門根據(jù)機組負荷的變化自動維持除氧器水位在正常范圍內(nèi)，運行人員根據(jù)凝結(jié)水母管壓力的變化調(diào)整凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，維持母管壓力正常。

6.3 凝結(jié)水泵變頻跟隨

凝結(jié)水泵變頻器在自動狀態(tài)，維持凝結(jié)水母管壓力穩(wěn)定;除氧器水位調(diào)整門在手動狀態(tài)，由運行人員根據(jù)除氧器水位的變化來調(diào)整其開度，保持除氧器水位穩(wěn)定。

6.4 凝結(jié)水泵變頻與除氧器調(diào)整門協(xié)調(diào)控制

凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)節(jié)門都在自動方式運行，除氧器水位調(diào)整門主控凝結(jié)水流量(保持除氧器水位)與凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速主控凝結(jié)水母管壓力之間建立適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)關(guān)系。當(dāng)機組負荷變化時，相應(yīng)的凝結(jié)水流量也發(fā)生變化，凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門同時進行調(diào)整，響應(yīng)機組負荷的同時維持除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力在正常值?？紤]機組運行的經(jīng)濟性，在除氧器水位調(diào)節(jié)門保持全開的情況下，優(yōu)先調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的變頻轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

7 結(jié)束語

在機組投產(chǎn)前，就機組的選型、設(shè)計、控制等進行優(yōu)化，以最大限度地節(jié)能降耗。特別是在機組調(diào)試期間對機組的控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，能夠使機組控制更加完善、合理，自動化程度更高，更能適應(yīng)機組不同運行方式的控制，以保證機組的安全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行。凝結(jié)水系統(tǒng)的控制在實際運行中占有重要地位，調(diào)節(jié)方式的好壞直接影響機組的安全運行。