機組啟動過程中給水系統(tǒng)操作方式優(yōu)化探討

潘干忠

摘 要：文章首先介紹了某聯(lián)合循環(huán)機組高壓給水泵變頻器和高壓給水調(diào)閥在啟機過程中的兩種常見操作方法。而后，在分析二者優(yōu)缺點的基礎上，提出了進一步優(yōu)化操作的具體措施。最后通過實際案例簡要說明了所提優(yōu)化措施的可行性和在節(jié)能、安全方面上的優(yōu)勢。文章所述內(nèi)容可作為進一步開展運行優(yōu)化操作的參考。

關鍵詞：機組啟動；給水系統(tǒng)；優(yōu)化；探討

中圖分類號：TK22315+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0027-02

1 汽包水位調(diào)節(jié)簡述

1.1 給水泵變頻改造前的運行方式

某電廠三菱M701F燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組投產(chǎn)初期，余熱鍋爐高、中壓給水合用一臺定速給水泵，只需通過調(diào)節(jié)高、中壓給水調(diào)閥即可實現(xiàn)對高、中壓汽包水位的控制。由于該泵只能工頻運行，給水泵耗電較大，特別是機組啟動和低負荷運行期間，給水調(diào)閥存在很大的節(jié)流損失，電能浪費嚴重。此外，這種運行方式下的系統(tǒng)管路壓力高，也存在較大的安全風險。給水泵改造前的系統(tǒng)簡圖，如圖1所示。

2 給水泵變頻改造后的運行方式

2013～2014年，該電廠分別對三臺機組高中壓給水泵進行了變頻改造，將原來的高中壓給水泵改為高壓給水泵，另外還增加了兩臺中壓給水泵。改造后的高、中壓給水泵均實現(xiàn)了變頻運行，節(jié)能效果明顯。給水泵改造后的系統(tǒng)簡圖，如圖2所示。

3 啟機過程的汽包水位控制操作現(xiàn)狀分析

多年來，在機組啟動初期，運行人員一般都采用手動方式來實現(xiàn)對汽包水位的調(diào)節(jié)控制。給水泵變頻改造前，啟機過程中的汽包水位調(diào)整，只需操作給水調(diào)閥即可，比較單一，也較為容易。正常情況下，只要總結(jié)出水位波動的幾個關鍵點，提前預判操作，即可將水位控制在安全范圍內(nèi)。

給水泵變頻改造后，啟機過程中的汽包水位調(diào)整，不僅需要對給水調(diào)閥進行操作，同時也要對變頻器的輸出進行控制。由于啟機過程復雜多變，很難有統(tǒng)一、規(guī)范的啟機階段汽包水位調(diào)整操作標準。通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，目前，主要形成了兩種操作方法，現(xiàn)以高壓汽包水位控制為例進行介紹。

3.1 操作方式一：維持高壓給水泵變頻器較高輸出值

啟機過程中，將高壓給水泵變頻器手動調(diào)節(jié)至較高輸出值，如維持在80%的額定輸出，以保證高壓給水壓力滿足上水需要，而后依靠手動控制高壓給水調(diào)閥來實現(xiàn)對高壓汽包水位的調(diào)節(jié)。

這種調(diào)節(jié)方式和給水泵變頻改造前的調(diào)節(jié)方式較為接近，對運行人員來說，這種調(diào)節(jié)方式的操作較為簡單，但并不能達到最好的節(jié)能效果。因為機組啟動前，需將高壓汽包上至啟動水位，在之后的整個啟機過程中，高壓汽包需要的補水量不大，維持給水泵變頻器最低出力時即可滿足汽包的補水要求。所以，在啟機過程中維持高壓給水泵變頻器在較高輸出值會造成不必要的浪費。

3.2 操作方式二：維持高壓給水泵變頻器自動運行

在啟機過程中，將高壓給水泵變頻器投自動，手動控制給水調(diào)閥來控制水位。

在節(jié)能效果方面，這種操作方式較操作方式一有所提高，但這種操作方式同樣存在較大的弊端。首先，由于變頻器自動調(diào)節(jié)的滯后性，這種方式容易引起汽包水位不必要的波動。其次，在整個啟機過程中，為維持汽包水位穩(wěn)定，變頻器會根據(jù)水位偏離設定值的幅度進行相應頻率的變化調(diào)節(jié)。實際過程中，這種調(diào)節(jié)比較頻繁，有時甚至會出現(xiàn)頻率大幅波動的情況，從而導致給水泵出口壓力也發(fā)生相應的大幅波動。根據(jù)給水系統(tǒng)的運行原理和多年運行經(jīng)驗，給水泵出口壓力頻繁、快速的大幅度波動，會對給水泵泵體及給水管道系統(tǒng)產(chǎn)生較為嚴重的損害。而且，變頻器變頻調(diào)節(jié)的速率越快，調(diào)節(jié)的幅度越高，壓力波動的速率則越大，對設備造成的損害也越大。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，當高壓給水泵變頻器頻率大幅度變化時，泵體及其相應管道會有較為明顯的振動，有較大的安全隱患。

4 給水系統(tǒng)操作方法改進措施

鑒于上述兩種典型操作方式的優(yōu)缺點，從確保安全和挖掘節(jié)能空間的角度出發(fā)，經(jīng)長期的實際啟機摸索，逐步總結(jié)出以下給水系統(tǒng)啟機優(yōu)化操作措施。

4.1 變頻器控制操作方式的改進措施

啟動給水泵前，將變頻器輸出調(diào)至最小值；啟機過程中，盡量將給水泵變頻器維持在手動及最低頻率狀態(tài)運行。

4.2 高壓給水調(diào)閥控制操作方式的改進措施

啟機初期，給水調(diào)閥應盡量維持手動控制，根據(jù)水位的變化情況選擇適當時機投入自動控制；而且投入自動控制后仍需密切關注其調(diào)節(jié)情況，如因虛假水位導致汽包水位波動較大，則應及時將給水調(diào)閥切手動控制。

4.3 變頻器和給水調(diào)閥的配合操作

在啟機程中，若高壓汽包需要大量補水，可適當調(diào)高高壓變頻器輸出，確保給水壓力高于汽包壓力，待水位穩(wěn)定后再將高壓變頻器輸出調(diào)至最低。當汽機進汽后，高壓給水調(diào)閥開度大于90%時，可將變頻器投入自動運行，但需監(jiān)視變頻器的調(diào)節(jié)是否穩(wěn)定，避免變頻器調(diào)節(jié)幅度過大。啟機過程中高壓變頻器維持60%輸出值時的汽包水位波動情況，如圖3所示。

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和大量實操經(jīng)驗，在汽輪機進汽前，高壓給水泵變頻器盡量維持在最低頻率運行的操作方式能滿足高壓汽包水位的調(diào)節(jié)要求，汽包水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定，且能達到良好的節(jié)能效果。

5 分析總結(jié)

5.1 節(jié)能分析

選取兩種操作方式的典型熱態(tài)啟機案例，其關鍵參數(shù)歷史趨勢，如圖4和圖5所示。

如圖4所示，在整個啟機過程中，高壓變頻器基本保持在80%出力，此時高壓給水泵的電流約為66 A。

如圖5所示，在機組進汽之前，高壓變頻器基本都是維持在最低出力60%，此時高壓給水泵的電流只有28 A。

M701F聯(lián)合循環(huán)機組熱態(tài)啟動過程中，機組從啟動到汽輪機進汽約需耗時45 min。在理想狀態(tài)下，對比以上兩種操作方式，可以計算出僅是高壓給水泵在這個過程中可節(jié)省的電能：

W節(jié)省=W80%-W60%=■UI80% ？漬-■UI60%？漬

=1.732×6×66×0.85×0.75-1.732×6×28×0.85×0.75

=437.2-185.5=251.7 kwh

雖然以上計算所得的節(jié)電量是基于理想狀態(tài)的，但仍可看出其中的節(jié)能空間是不容忽視的。而且，以上的計算只是針對熱態(tài)啟動的情況，如果是冷態(tài)、低溫態(tài)、高溫態(tài)的啟機過程，這種操作方式的節(jié)能空間將更為顯著。

該廠機組運行方式為兩班制運行，每年機組的啟動次數(shù)為541次，其中熱態(tài)啟動為420次。如果均按上述兩種方式操作，且全部按熱態(tài)啟動計算，那么這兩種方式產(chǎn)生的成本差值至少為：

W差值=257.7×541×0.533÷10 000=7.3萬元

在現(xiàn)階段，在運行優(yōu)化工作在電廠已深入開展，現(xiàn)有節(jié)能降耗空間已較為狹窄的當前，采用高壓給水泵變頻器盡量維持在最低頻率運行的操作方式所節(jié)省的成本還是較為可觀的。

4.2 安全分析

前文已述，給水泵出口壓力的劇烈波動會對泵體及給水管道系統(tǒng)造成嚴重的損害。

在機組啟動初期，維持給水泵變頻器輸出為60%時，給水泵出口壓力在啟機過程中的變化趨勢較為平穩(wěn)；而變頻器投自動時，給水泵的出口壓力波動則較為劇烈，若幅度過大，則會對給水泵、給水管道、閥門、儀表、支撐等給水系統(tǒng)設備造成較大的沖擊，威脅給水系統(tǒng)及機組的安全運行。給水泵變頻改造以來的給水系統(tǒng)實際檢修情況也反映了快速、大幅的給水壓力波動造成的設備傷害是較為突出的。

通過實際操作總結(jié)出高壓給水系統(tǒng)的合理操作方法：汽輪機進汽前，手動維持高壓給水泵變頻器在較低的頻率運行，期間若遇到突發(fā)需要緊急補水的情況，則視給水壓力適當調(diào)節(jié)變頻器輸出以到上水要求；汽輪機進汽后，選擇最佳時機將給水泵變頻器投自動。采取這種操作方法既可以節(jié)省用電，又可以確保給水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

6 中壓給水系統(tǒng)的優(yōu)化操作建議

啟機過程對中，中壓給水系統(tǒng)也可采取與高壓給水系統(tǒng)類似的優(yōu)化操作方法，但因中壓汽包水位的波動比高壓汽包明顯，且中壓給水泵節(jié)能空間較小、系統(tǒng)壓力波動也不大，對設備的損害也較小，因此，可暫時不考慮對中壓給水系統(tǒng)采取優(yōu)化操作。

參考文獻：

[1] 武有強.電廠熱能與動力工程300 MW機組給水控制系統(tǒng)分析[D].吉林：東北電力大學，2011.