凝結(jié)水泵變頻協(xié)調(diào)控制在節(jié)能改造中的應(yīng)用

朱延海

（1．神華江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇鹽城224631；2．神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100069）

凝結(jié)水泵變頻協(xié)調(diào)控制在節(jié)能改造中的應(yīng)用

朱延海1，2

（1．神華江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇鹽城224631；2．神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100069）

凝結(jié)水泵變頻改造后，其變頻器與除氧器水位調(diào)節(jié)閥有2種控制方式，一種是由除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，凝結(jié)水泵變頻控制凝結(jié)水母管壓力，另一種是除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水母管壓力，凝結(jié)水泵變頻控制除氧器水位。在對這2種控制方案的應(yīng)用情況進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的協(xié)調(diào)控制方案，以獲得最好的節(jié)能效果。

凝結(jié)水泵；變頻；水位調(diào)節(jié)；協(xié)調(diào)控制；節(jié)能

0 引言

為了降低廠用電率和提高機組效率，凝結(jié)水泵的變頻控制得到了應(yīng)用和推廣。凝結(jié)水泵變頻控制可以減少除氧器水位調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失和低負(fù)荷時凝結(jié)水再循環(huán)損失，但需要解決的問題是：在凝結(jié)水母管壓力滿足凝結(jié)水用戶要求的前提下，如何實現(xiàn)除氧器水位自動控制，以獲得最好的節(jié)能效果。

目前，凝結(jié)水泵變頻控制與除氧器水位調(diào)節(jié)閥有2種控制方式，一種是由除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，由凝結(jié)水泵變頻控制凝結(jié)水母管壓力；另一種是除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水母管壓力，凝結(jié)水泵變頻控制除氧器水位。在對某電力公司的5個凝結(jié)水泵改造項目采用上述2種控制方案的應(yīng)用情況進(jìn)行比較、分析后發(fā)現(xiàn)，在凝結(jié)水泵變頻調(diào)水位、水位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力方式下，凝結(jié)水出口壓力設(shè)定值越低，在低負(fù)荷下節(jié)能效果越明顯，否則節(jié)流損失越大，節(jié)能效果越差。在凝結(jié)水泵變頻調(diào)壓力、水位調(diào)節(jié)閥調(diào)水位方式下，在低負(fù)荷時若有較好的流量-壓力設(shè)定值擬合曲線，才能取得較好的節(jié)能效果，但在高負(fù)荷時，為保證留有調(diào)節(jié)裕度，水位調(diào)節(jié)閥不能處于全開狀態(tài)，存在節(jié)流損失，影響節(jié)能效果。同時，在這種調(diào)節(jié)方式下水位和壓力交叉調(diào)節(jié)互相影響，參數(shù)整定復(fù)雜，魯棒性差，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。為此，提出一種新的協(xié)調(diào)控制方案，并在江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司2號機組凝結(jié)水泵變頻改造項目中成功應(yīng)用。

1 新的除氧器水位協(xié)調(diào)控制思路

在保證凝結(jié)水母管壓力滿足凝結(jié)水用戶要求的前提下，凝結(jié)水泵變頻和除氧器水位調(diào)節(jié)閥都控制除氧器水位，即在高負(fù)荷時水位調(diào)節(jié)閥保持最大開度，凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)水位，在低負(fù)荷時凝結(jié)水泵變頻指令保持最低，由除氧器水位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)水位。但2個調(diào)節(jié)控制器設(shè)定值要求不同，例如，在正常情況下凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)控制器的水位設(shè)定值為-50 mm，而除氧器水位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)控制器的水位設(shè)定值為-10 mm；在高負(fù)荷時，凝結(jié)水泵變頻控制除氧器水位在-50 mm左右，除氧器水位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)控制器因設(shè)定值（-10 mm）高于實際值，其控制器輸出逐漸開大至100%，當(dāng)負(fù)荷降低時，凝結(jié)水泵變頻指令逐漸降低，當(dāng)達(dá)到最低限值時凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速不再降低，除氧器水位逐漸上升，當(dāng)水位上升超過-10 mm時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開始調(diào)節(jié)。該方式可以保證高負(fù)荷時除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開，低負(fù)荷時凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速最低，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

為了達(dá)到最佳節(jié)能效果，還必須確定凝結(jié)水母管壓力最低允許值，而在所有凝結(jié)水用戶中，受凝結(jié)水母管壓力限制的主要有2個：汽動給水泵密封水和汽輪機低壓旁路減溫水；另外還要克服除氧器的高度靜壓頭，保證除氧器持續(xù)上水。

2 除氧器水位協(xié)調(diào)控制方案

江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司2號機組為660 MW超超臨界機組，凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置2臺100%容量凝結(jié)水泵，1臺運行1臺備用，凝結(jié)水泵變頻改造采用一拖二方案，改造后相關(guān)設(shè)備控制都進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1 凝結(jié)水泵變頻控制

凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)除氧器水位，水位設(shè)定值為-50 mm，采用單級PID調(diào)節(jié)器，給水需求量（高加出口給水流量）與凝結(jié)水流量的差值（1%）作為調(diào)節(jié)器輸出前饋，以增加變負(fù)荷時除氧器水位的穩(wěn)定性，變頻指令輸出低限為30 Hz，控制邏輯如圖1所示。機組啟動上水時，變頻器手動定頻，由除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制水位。當(dāng)凝結(jié)水泵工頻運行或除氧器水位信號故障時，凝結(jié)水泵變頻控制切為手動。

2.2 除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制

圖1 凝結(jié)水泵變頻和除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制邏輯

保留原有的單沖量和串級三沖量控制邏輯，在凝結(jié)水泵變頻運行方式時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制設(shè)定值為-10 mm（運行根據(jù)需要可手動設(shè)定）。由于變頻器調(diào)節(jié)水位設(shè)定值為-50 mm（運行人員可以根據(jù)需要手動設(shè)定），所以正常運行時保持除氧器水位調(diào)節(jié)閥全開。只有當(dāng)除氧器水位高于-10 mm時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥才開始回關(guān)。在邏輯修改時刪除了原有的除氧器水位跟蹤，以防止調(diào)節(jié)器輸出達(dá)到限值及變頻切工頻時保持設(shè)定值不變，跟蹤由切換處理。

當(dāng)凝結(jié)水泵由變頻切為工頻時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度指令由負(fù)荷-開度函數(shù)曲線給定，并保持40 s。除氧器水位大于300 mm時，超弛關(guān)閉除氧器水位調(diào)節(jié)閥。當(dāng)除氧器水位信號故障，或除氧器水位調(diào)節(jié)閥指令與閥位偏差大于15%持續(xù)5 s或閥位故障時切除調(diào)節(jié)閥自動。

2.3 凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥控制

在凝結(jié)水泵變頻運行方式下，由凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水泵出口母管壓力（PI調(diào)節(jié)器），壓力設(shè)定值為4 MPa，以保證正常運行時凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。當(dāng)凝結(jié)水泵出口母管壓力超過4.2 MPa時，超弛開凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥100%；當(dāng)凝結(jié)水流量低于260 t/h時超弛開凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥30%。

在凝結(jié)水泵工頻運行方式下，凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥控制凝結(jié)水流量，當(dāng)凝結(jié)水流量低于320 t/h時，超弛開凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥30%。

當(dāng)凝結(jié)水泵由變頻切為工頻運行方式且負(fù)荷小于500 MW時，超弛開凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥（負(fù)荷為500 MW時，開度為30%；負(fù)荷為400 MW時，開度為40%）20 s，以防凝結(jié)水母管超壓。

2.4 聯(lián)鎖保護(hù)邏輯

（1）變頻運行，負(fù)荷大于300 MW，除氧器水位低于-400 mm時，聯(lián)啟備用工頻泵。

（2）變頻運行，壓力低于1.25 MPa時，聯(lián)啟備用工頻泵。

（3）變頻運行時，變頻器跳閘或變頻器重故障，聯(lián)啟備用工頻泵。

（4）工頻運行，壓力低于2.8 MPa或運行工頻泵跳閘時，聯(lián)啟備用工頻泵。

（5）在電氣回路內(nèi)實現(xiàn)電源開關(guān)互為閉鎖。

3 試驗分析

3.1 冷態(tài)試驗

冷態(tài)試驗時，在凝結(jié)水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開度為70%、凝結(jié)水泵變頻指令為26 Hz情況下，凝結(jié)水母管壓力為1.26 MPa，但在26～28 Hz區(qū)間2臺凝結(jié)水泵振動較大，所以將變頻指令限制在30 Hz（控制方案中變頻指令最低值以此為依據(jù)）。

3.2 熱態(tài)升降負(fù)荷試驗

（1）升降負(fù)荷時凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)與除氧器水位調(diào)節(jié)閥自動切換曲線如圖2所示。

圖2 凝結(jié)水泵變頻和除氧器水位調(diào)節(jié)閥協(xié)調(diào)控制曲線

當(dāng)機組負(fù)荷從450 MW降至360 MW時，隨著凝結(jié)水需求的減少，凝結(jié)水泵變頻指令降低至30 Hz，除氧器水位開始上升，至調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)設(shè)定值-19 mm時，調(diào)節(jié)閥指令開始下降，完成變頻調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的自動切換。負(fù)荷從330 MW升至470 MW時，隨著負(fù)荷增加，給水需求指令增大，為保持水位穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥指令增大，直至100%，當(dāng)除氧器水位持續(xù)下降至變頻調(diào)節(jié)設(shè)定值-50 mm時，變頻指令開始增大，維持水位在-50 mm左右，完成調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)的自動切換。在此升降負(fù)荷過程中，除氧器水位最高達(dá)16 mm，控制平穩(wěn)。

（2）機組負(fù)荷從660 MW降至300 MW動態(tài)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示，與穩(wěn)態(tài)負(fù)荷時的數(shù)據(jù)較為接近。

從凝結(jié)水泵變頻改造后的運行情況來看，控制效果良好，節(jié)能效果明顯，負(fù)荷在660 MW時，變頻指令在42 Hz，變頻器開關(guān)電流為133 A；負(fù)荷在390 MW以上時，除氧器水位調(diào)節(jié)閥能達(dá)到全開，凝結(jié)水母管壓力最低達(dá)1.4 MPa；負(fù)荷在300～390 MW時，變頻器控制指令限制在30 Hz，凝結(jié)水母管壓力最低為1.33 MPa，汽動給水泵密封水溫差控制穩(wěn)定，滿足安全需求。

3.3 相關(guān)建議

（1）在串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，高加出口給水流量作為主調(diào)節(jié)輸出的前饋，當(dāng)高加出口給水流量降低時，在高負(fù)荷運行時可能會導(dǎo)致除氧器水位調(diào)節(jié)閥回關(guān)，因此可將除氧器水位調(diào)節(jié)閥串級三沖量控制改為單級三沖量控制，或?qū)⒏闭{(diào)節(jié)器的偏差死區(qū)設(shè)置合適的數(shù)值，可避免高加出口給水流量快速變化引起水位調(diào)節(jié)閥的回關(guān)。當(dāng)水位調(diào)節(jié)閥開度在90%～100%時，凝結(jié)水流量無明顯變化，所以將副調(diào)節(jié)器積分分離門限設(shè)為90。

（2）因軸瓦油膜在低轉(zhuǎn)速下剛度變差，對軸瓦不利，轉(zhuǎn)速越低危害越大，廠家建議盡量不要長期在900 r/min（30 Hz）以下運行，所以采取必要的頻率指令限制措施。

（3）當(dāng)機組采用大于65%低壓自動旁路，且汽機跳閘時（低旁動作），聯(lián)啟工頻備用泵；當(dāng)機組采用小于55%低壓自動旁路，且汽機跳閘時（低旁動作），超弛將變頻泵轉(zhuǎn)速提升到工頻。同時應(yīng)做好聯(lián)啟工頻泵時除氧器水位調(diào)節(jié)門卡澀、變頻泵故障工頻泵不能正常聯(lián)啟等事故預(yù)案。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 改造前后參數(shù)分析

凝結(jié)水泵變頻改造后，機組運行在300～660 MW負(fù)荷區(qū)間的不同負(fù)荷點與工頻狀態(tài)下各參數(shù)的對比見表2所示。

從表2可以看出，在工頻運行方式下，凝結(jié)水泵電流為200 A左右，除氧器水位調(diào)節(jié)閥在整個負(fù)荷段處于節(jié)流狀態(tài)，負(fù)荷越低節(jié)流越大，在負(fù)荷450 MW時，凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥開啟，進(jìn)一步造成能量損失。在變頻運行方式下，凝結(jié)水泵電流、凝結(jié)水母管壓力隨著負(fù)荷降低而降低，在380 MW負(fù)荷以上，除氧器水位調(diào)節(jié)閥一直處于全開位置，在380 MW負(fù)荷以下，頻泵轉(zhuǎn)速降至最低值之后，除氧器水位調(diào)節(jié)閥才隨著負(fù)荷降低逐漸關(guān)小，但凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥一直處于全關(guān)狀態(tài)，減少了凝結(jié)水再循環(huán)造成的能量損失。從以上分析可知，在機組正常運行負(fù)荷區(qū)間變頻控制節(jié)能效果顯著。

表1 變負(fù)荷工況下凝結(jié)水系統(tǒng)數(shù)據(jù)

表2 變頻與工頻運行參數(shù)對比

4.2 改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

對凝結(jié)水泵變頻項目改造后1號、2號機組1個月的運行情況進(jìn)行比較和分析，1號機凝結(jié)水泵工頻運行全月電耗為廠用電的0．38%，而2號機凝結(jié)水泵改造后變頻運行電耗為廠用電的0．18%，2臺機組相差0．20%。綜合各種因素進(jìn)行分析，凝結(jié)水泵變頻改造前的工頻電耗為0．41%，改造后約為0．20%，單機發(fā)電量按年度發(fā)電40億kWh計，廠用電率降低0．20%，每年可節(jié)約廠用電800萬kWh，按平均上網(wǎng)電價0．35元/kWh計算，可節(jié)省280萬元。

5 結(jié)語

隨著節(jié)能減排工作的深入，凝結(jié)水泵變頻改造得到了應(yīng)用和推廣。凝結(jié)水泵變頻和除氧器水位調(diào)節(jié)閥協(xié)調(diào)控制方案在江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司2號機組的應(yīng)用取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，可為同類型機組凝結(jié)水泵變頻改造優(yōu)化控制提供參考。

[1]盛喜兵，李振強，杜化仲，等．330 MW機組凝結(jié)水泵變頻改造及系統(tǒng)運行優(yōu)化[J]．熱力發(fā)電，2011（9）∶86-88．

[2]郗成超，俞靜．660 MW機組凝結(jié)水泵變頻控制邏輯優(yōu)化[J]．熱力發(fā)電，2014，43（1）∶15-20．

[3]吾明良，鄭衛(wèi)東，陳敏．超超臨界1 000 MW機組凝結(jié)水泵深度變頻分析[J]．電力建設(shè)，2012，33（8）∶82-87．

（本文編輯：徐晗）

世界首座生物質(zhì)能與地?zé)崮芙Y(jié)合電廠投建

據(jù)意大利國家電力（EnelGreenPower）公司11月14日報道，該公司開始在意大利的托斯卡納區(qū)，動工建設(shè)全球首座使用生物質(zhì)能為地?zé)嵴羝訜幔瑥亩岣吣苄Ш碗娏枯敵龅牡責(zé)岚l(fā)電廠。

據(jù)悉，使用生物質(zhì)能可將進(jìn)入電廠的蒸汽從最初的150～160℃提高到370～380℃，從而提高發(fā)電的凈容量。該電廠是在已存在的廠址，利用2種可再生能源資源進(jìn)行發(fā)電，它不僅對環(huán)境沒有任何影響，且為全球新能源發(fā)電開辟了一條新的道路。

據(jù)介紹，該電廠將裝機容量為5 MW的生物質(zhì)能電廠裝入裝機容量為13 MW的地?zé)岚l(fā)電廠后，每年發(fā)電量可達(dá)37 GWh，可減少CO2排放17 000 t。

該項目Enel公司總投資1 500萬歐元，預(yù)計于2015年上半年完工。

來源：中電新聞網(wǎng)

Application of Coordinated Control of Variable Frequency in Energy-saving Transformation of Condensate Pump

ZHU Yanhai1，2
（1．Shenhua Jiangsu Guohua Chenjiagang Power Generation Co．，Ltd．，Yancheng Jiangshu 224631，China；2．Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co．，Ltd．，Beijing 100069，China）

Level regulating valves of frequency converter and deaerator have two control modes after variablefrequency transformation of condensate pump∶in the first mode，the deaerator level is adjusted by regulating valve，and main pipe pressure of condensate is controlled by frequency variation；in the other mode，main pipe pressure of condensate is controlled by deaerator level regulating valve，and deaerator level is controlled by frequency variation of condensate pump．On the basis of comparing the application of the two control schemes，the paper proposes a new coordinated control scheme for the purpose of energy-saving maximization．

condensate pump；variable frequency；water level regulating；coordinated control；energy-saving

TK39

：B

：1007-1881（2014）12-0041-05

2014-06-20

朱延海（1973-），男，江蘇淮陰人，高級工程師，從事熱工控制系統(tǒng)可靠性研究工作。