高中壓給水系統(tǒng)變頻改造節(jié)能優(yōu)化改造

李 俊 龍 濤

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082）

1 給水系統(tǒng)概況和存在問題

1.1 系統(tǒng)概況

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司一期發(fā)電項目現(xiàn)有三臺3×390MW 三菱M701F 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，其中余熱鍋爐廠家為杭州鍋爐廠，余熱鍋爐型式為臥式、三壓、再熱、自然循環(huán)鍋爐。每臺機組配備了兩臺100%容量的高中壓電動給水泵，機組正常運行時給水泵一用一備，并且每臺泵都具有10%的裕量。給水泵及配套電機參數(shù)見表1。

1.2 我廠給水系統(tǒng)原設計中存在的不足和問題

我廠的高中壓給水系統(tǒng)原設計為泵額定轉速運行，依靠泵出口調節(jié)閥來節(jié)能調節(jié)給水流量，在機組實際運行中發(fā)現(xiàn)這種調節(jié)方式帶來了多種不足和弊端。

1）給水泵出口節(jié)流損失嚴重，不經(jīng)濟

項目實施前我廠委托電科院對給水系統(tǒng)進行了實驗測試（具體見下表2）以評估本技改項目的節(jié)能潛力。試驗發(fā)現(xiàn)高、中壓給水調門壓損情況非常嚴重，尤其在低負荷工況下給水系統(tǒng)存在著較大的節(jié)能損失。在滿負荷時，高壓調閥前后壓損達到了2.19MPa，閥門開度僅為61%；中壓調閥前后壓損達到了1.29MPa，閥門開度為85.73%，以上數(shù)據(jù)表明高壓給水系統(tǒng)存在著較大的節(jié)流損失，中壓系統(tǒng)相比較節(jié)能損失小了很多。而在部分負荷條件下，高、中壓調閥前后壓損要更加嚴重，在240MW 最低穩(wěn)定負荷工況點時，高壓調閥前后壓損達到了6.83MPa，調閥的開度僅有43.47%；中壓調閥前后壓損達到了2.94MW，調閥的開度僅有66.07%。

表1 高中壓電動給水泵組參數(shù)表

表2 高、中壓給水系統(tǒng)改造前試驗數(shù)據(jù)表

2）給水系統(tǒng)原設計存在不合理之處，容易造成系統(tǒng)設備損壞，從而影響了整個機組的安全和可靠性

我廠的M701F 機組設計為兩班制起停機組，機組起停非常頻繁，并且在運行過程中變負荷的工況很多。在高中給水泵起動時，由于泵的轉速瞬間達到3000r/min，對給水系統(tǒng)的管路、閥門沖擊很大，經(jīng)常出現(xiàn)較大的振動和異響，給水系統(tǒng)存在著極大的安全隱患。同時，在機組起停和低負荷運行時，高、中壓給水調節(jié)閥前后壓差過高，閥門極易損壞，在投產初期我廠多次發(fā)生過給水閥門損壞導致機組跳機的事件。

2 項目實施和系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 項目實施

通過調研和分析，我司采用了電機改變頻的方案對全廠三臺機組的給水泵進行改造，本方案盡管有投資高，占地面積大、后續(xù)維護成本高等缺點，但其優(yōu)點則更加顯著，可很好的解決本廠高中壓給水系統(tǒng)存在的問題。

我廠原設計的高、中壓給水泵為合泵帶抽頭運行，在這種條件下高壓給水和中壓給水同時采用一個變頻調節(jié)的實現(xiàn)難度很大，另外中壓給水節(jié)能潛力相對較小，如果中壓、高壓在一起變頻調節(jié)會壓縮高壓給水的節(jié)能空間。因而，我廠最終決定再增設一臺中壓泵，并分別對高、中壓泵的電機進行變頻改造，具體措施如下：

1）新增加兩臺一用一備的中壓給水泵代替原高-中壓給水泵的中壓抽頭，中壓給水泵選用了水平、多級離心泵。中壓給水泵的設計容量滿足機組正常運行時和事故狀態(tài)下的中壓給水、再熱器減溫水和高旁減溫水的流量的總和。中壓給水泵的再循環(huán)回水接至低壓汽包，中壓進水管從給水泵的進水總管引出，管道的引起位置也充分考慮過兩條管道的壓損，防止發(fā)生高-中壓給水泵出現(xiàn)“搶水”現(xiàn)象，保證中壓泵的進口管路的不會出現(xiàn)汽化問題。

2）中壓給水泵電機的變頻改造的方式均為兩臺泵均變頻“一拖一帶旁路”，即每臺泵電機都加裝一臺變頻器和設置旁路。

3）中壓給水主調節(jié)閥重新選型，匹配中壓給水泵變頻調節(jié)。中壓給水系統(tǒng)調節(jié)方式為中壓給水泵最低轉速設定為1800r/min，閥門全開后采用變頻器頻率調節(jié)水位。

4）原高-中壓給水泵中壓抽頭用堵板堵住，單單作為高壓給水泵使用，高壓過熱器減溫水調節(jié)閥重新選型，匹配高壓給水泵變頻調節(jié)方式。高壓給水泵變頻改造選用的是北京利德華福電氣技術有限公司的HARSVERT 高壓變頻器，泵電機變頻改造的方式為：“一拖二加旁路”，即一臺機組的兩臺高壓泵電機共用一臺高壓變頻器控制。這種方式可以相對節(jié)省投資，兩臺泵都可變頻運行，并可定期切換、互為備用。

5）高壓給水的主管路利用了原有的給水調節(jié)閥，將給水旁路的調節(jié)閥管段由原來的50%流量改成100%的電動管段閥旁路。機組起停階段時采用主管路調節(jié)閥進行流量調節(jié)，而在機組帶負荷后自動切換至給水旁路，此時電動閥旁路全開，通過變頻調節(jié)泵的轉速來控制汽包水位。由于旁路的電動關斷閥的壓損小，可最大程度的挖掘給水系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

2.2 高中壓給水系統(tǒng)優(yōu)化及其邏輯控制的創(chuàng)新

高中壓給水系統(tǒng)改造項目在實施工程中，我廠根據(jù)以往的運行經(jīng)驗及設備特性，對系統(tǒng)管路本身和邏輯控制等方面進行了優(yōu)化和創(chuàng)新，也進一步提高了給水系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性，最大程度的挖掘了系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

1）水泵變頻運行過程中存在發(fā)生跳泵而切換至工頻運行的風險，由于當時給水調閥處于全開狀態(tài)會導致高壓給水流量劇增，極有可能導致高壓汽包液位高跳機。為防止此類事件發(fā)生，高壓給水調門設計了快關功能，保證事故切換泵的情況下汽包的水位保持平穩(wěn)。

2）大程度的釋放給水系統(tǒng)的節(jié)能潛力，我廠設計了變頻器跟蹤給水調節(jié)閥開度控制方式，基本原則為：在增加給水流量時，優(yōu)先調節(jié)閥門的開度，然后在考慮調節(jié)變頻器頻率；反之在減小給水流量時，優(yōu)先降低變頻器頻率，然后在考慮減少閥門的開度。

3）壓汽包的水位出現(xiàn)較大偏差時，高壓變頻器立即停止對給水調閥指令的跟蹤，直接進行水位跟蹤控制，在這種情況下，變頻器和給水調閥被控對象一致，動作方向也保持一致，能夠盡快的消除汽包的水位偏差，具體如圖1所示。

圖1 頻器快速水位控制調節(jié)圖

3 給水系統(tǒng)改造后的節(jié)能效果和收益

為了檢查高中壓給水系統(tǒng)改造后的實際節(jié)能效果，我廠對改造后的高中壓給水系統(tǒng)進行了效率測試。測試的結果表明系統(tǒng)改造后節(jié)能效果非常明顯，機組在低負荷工況下運行時節(jié)能效果更加顯著，給水泵的流量與效率的特性關系具體如圖2所示。我廠先后對全廠全部三臺機組進行了改造，改造完成后每年節(jié)約廠用電約675 萬kW·h，節(jié)約電費為360 萬元，項目改造后兩年左右就可以收回投資，收益十分可觀。

圖2 泵流量Q 與效率η特性曲線

另外，給水系統(tǒng)改造完成后也徹底解決了改造前出現(xiàn)的起停時對管路、閥門沖擊大，調節(jié)閥門易損壞等多項問題。給水泵改變頻調節(jié)后真正實現(xiàn)了軟起動，泵出口調節(jié)閥前后壓差減小運行工況得到改善，閥門的壽命延長及故障率明顯降低，極大的提升了整個機組的安全和可靠性，達到了本項目改造的最初目的。

4 實際運行中出現(xiàn)的問題和改進

給水系統(tǒng)改造后，總體運行情況良好，但也出現(xiàn)了一些問題，絕大部分問題都得到了解決，這些經(jīng)驗值得我們總結和改進。

1）系統(tǒng)改造完成后，機組出現(xiàn)過在某特定負荷維持不變時，變頻器輸出發(fā)生擺動，汽包水位波動較大的問題，將變頻器控制切換至手動調節(jié)后汽包水位才能穩(wěn)定。針對這個問題，我廠將變頻器轉速控制和給水調閥開度控制重新匹配和優(yōu)化，目前變頻器輸出擺動的問題基本已解決。

2）高負荷時，由于中壓給水泵出口壓力較低，無法滿足再熱器減溫水流量要求。為了解決減溫水流量低問題，目前我廠減溫水投用時，采用了提高中壓給水泵轉速，中壓給水調節(jié)閥調節(jié)中壓汽包水位的方式，但是這種方式有一定的風險，對運行要求要高，同時也犧牲了一定的節(jié)能效果。為了徹底解決這個問題，我廠考慮將再熱器減溫水管路用原高-中壓給水泵的中壓抽頭來供，高負荷下滿足減溫水的流量。

3）電氣接線錯誤導致高壓給水泵發(fā)生反轉造成泵軸和葉輪損壞。我廠對本次事故進行了認真總結 和反思，完善了檢修質量驗收標準、設備試運程序等多個方面，避免類似的事故再次發(fā)生。

4）中壓給水泵出口逆止閥發(fā)生泄漏，導致備用泵發(fā)生反轉，經(jīng)處理及時未造成損失。目前我廠正考慮對逆止閥進行改型。

5 結論

我廠的高中壓給水系統(tǒng)改造項目實施完成后，節(jié)能效果非常顯著，獲得了豐厚的效益。同時，本項目也提高了給水系統(tǒng)的安全和可靠性，解決了原系統(tǒng)存在的耗能高、起動和變負荷工況時給水管路和閥門受沖擊大、設備易損壞等多項問題。在項目實施過程中，我廠根據(jù)以往實際運行經(jīng)驗和設備具體特性，對給水系統(tǒng)管路本身及其控制邏輯進行了多項的優(yōu)化和改進，取得了不錯的效果，是一項有益的探索和嘗試。系統(tǒng)改造后在實際運行過程中也出現(xiàn)了一些新的問題，值得我廠認真總結和改進，相關經(jīng)驗和教訓也可給其他類似項目提供借鑒。

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