運(yùn)用新控制策略顯著降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠?！?19050)

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運(yùn)用新控制策略顯著降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519050)

為減少汽動給水泵再循環(huán)閥的汽蝕及降低汽動給水泵低負(fù)荷時的能耗，通過研究分析，采用全新的再循環(huán)閥控制策略，并在實際使用中進(jìn)行驗證。新的控制策略使汽動給水泵再循環(huán)閥在機(jī)組正常運(yùn)行中保持全關(guān)閉狀態(tài)，只有在汽動給水泵啟動、停運(yùn)過程中才需要開啟，最大限度減少了再循環(huán)閥的汽蝕，并顯著降低了汽動給水泵低負(fù)荷時的能耗。實踐證明，所采用的新控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)汽泵的節(jié)能降耗，延長再循環(huán)閥使用壽命，并保證汽動給水泵和鍋爐給水流量的安全。

汽動給水泵；再循環(huán)閥；節(jié)能降耗；控制

0　引　言

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司(以下簡稱金灣電廠)3號、4號機(jī)組為600 MW超臨界燃煤機(jī)組。各配備2臺50%額定容量的汽動給水泵(以下簡稱汽泵)，汽泵由沈陽荏原(EBARA)水泵廠制造，型式為臥式、離心、多級筒型泵，采用機(jī)械迷宮式密封，額定工況轉(zhuǎn)速5 280 r/min、流量889 t/h，最大工況點轉(zhuǎn)速5 550 r/min、流量1 055 t/h，最低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速2 800 r/min。再循環(huán)閥為氣動調(diào)節(jié)閥，自動狀態(tài)下參與汽泵入口最小流量的調(diào)整。

汽泵再循環(huán)閥是火電廠中運(yùn)行工況最為惡劣的調(diào)節(jié)閥之一，該閥門前后壓差極大，極易被沖刷，壽命一般較短，幾乎每年均需對其進(jìn)行檢修或更換，閥門沖刷內(nèi)漏問題一直不能徹底解決。長期以來，機(jī)組負(fù)荷低至320 MW以下時，再循環(huán)閥處于微開狀態(tài)，增加了汽泵的汽耗率，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；閥門吹損也非常嚴(yán)重，大小修后不久閥門就快速發(fā)生內(nèi)漏，大大增加了維護(hù)成本，在夏天高負(fù)荷給水流量偏大時，汽泵轉(zhuǎn)速已經(jīng)到達(dá)5 500 r/min附近，給機(jī)組安全性帶來一定的隱患。為降低汽泵能耗，提高節(jié)能效果，通過對汽泵再循環(huán)閥控制方式進(jìn)行探索與分析，摸索出全新的控制方式。經(jīng)優(yōu)化后的汽泵再循環(huán)閥控制曲線，能顯著降低汽泵低負(fù)荷時的能耗，大幅減緩再循環(huán)閥的吹損速度，減少維護(hù)費(fèi)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1　再循環(huán)閥原控制策略問題

金灣電廠為減小汽泵再循環(huán)閥開度變化對總給水流量的波動影響，在再循環(huán)閥調(diào)節(jié)過程中設(shè)置死區(qū)。再循環(huán)閥控制方法采用流量函數(shù)對應(yīng)閥位的方法，如圖1所示。當(dāng)泵入口流量增大時，再循環(huán)閥關(guān)小的行程按照a-b-c運(yùn)行；當(dāng)入口流量減少時，再循環(huán)閥開大的行程按照d-e-a運(yùn)行。兩條函數(shù)線形成的回環(huán)區(qū)為流量波動死區(qū)，當(dāng)給水泵流量在死區(qū)范圍內(nèi)波動時，再循環(huán)閥開度保持不變，避免閥位的擾動影響總給水流量。e、b、d、c點的數(shù)值根據(jù)汽泵廠家提供的運(yùn)行特性曲線及實際運(yùn)行工況確定。

圖1　汽泵再循環(huán)閥控制曲線圖

實際運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷在310 MW時，總給水流量為890 t/h左右。分配至每一臺汽泵流量約450 t/h。由于機(jī)組經(jīng)常在300 MW及以下負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷指令經(jīng)常來回波動，再循環(huán)閥經(jīng)常處于微開狀態(tài)，閥門內(nèi)漏、振動嚴(yán)重，由此導(dǎo)致閥門在剛開啟時給水流量會發(fā)生突降，而超臨界鍋爐對給水流量的變化特別敏感。為保證負(fù)荷在300 MW以下時給水流量的安全穩(wěn)定，將再循環(huán)閥設(shè)置為在300 MW以上開啟，圖1中 d(F1)、c(F2)、e、b點的數(shù)值分別為500 t/h、650 t/h、300 t/h、450 t/h，并設(shè)置再循環(huán)閥最小開度為5%，汽泵最低流量保護(hù)為263.8 t/h。

具體來講，汽泵再循環(huán)閥在運(yùn)行中主要有以下問題：

1) 減負(fù)荷過程中，機(jī)組負(fù)荷下降達(dá)到300 MW即開始開啟再循環(huán)閥，250 MW時，再循環(huán)閥開度達(dá)26%，給水通過再循環(huán)閥回流帶來的損失非常大；

2) 加負(fù)荷過程中，負(fù)荷增加達(dá)到350 MW再循環(huán)閥才開始關(guān)閉，此前一直處于微開狀態(tài)，閥門吹損嚴(yán)重，汽泵汽耗增加；

3) 2臺汽泵再循環(huán)閥開啟時不能做到完全同步，單臺汽泵再循環(huán)閥開啟時，導(dǎo)致2臺汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量擾動；

4) 目前普遍機(jī)組負(fù)荷率較低，夜班經(jīng)常調(diào)峰至300 MW及以下，汽泵再循環(huán)閥長期處于開啟狀態(tài)，帶來的閥門磨損和能耗損失成倍增加。

2　再循環(huán)閥控制的改進(jìn)

2.1汽泵各轉(zhuǎn)速下的最小流量設(shè)計值

經(jīng)咨詢汽泵廠家，汽泵在額定轉(zhuǎn)速下入口、出口最小流量為220 t/h，在其他轉(zhuǎn)速下的最小流量則根據(jù)如下公式計算：實際最小流量=額定最小流量×實際轉(zhuǎn)速÷額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)此計算公式，計算出在不同轉(zhuǎn)速下的汽泵最小流量值，見表1。同時廠家指出，表中的數(shù)值是保證汽泵在此轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的最小流量值，從安全角度考慮，實際運(yùn)行中應(yīng)留有一定的裕度。

表1　汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量設(shè)計值

用表1數(shù)據(jù)與目前實際汽泵再循環(huán)閥控制值對比，可以看出目前汽泵最低流量保護(hù)定值及再循環(huán)閥開、關(guān)的定值均偏大，例如汽泵入口流量在500 t/h開始開啟，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速約4 000 r/min，而實際汽泵的最小流量設(shè)計值僅僅為167 t/h。兩者存在巨大差異，存在不合理性，具有優(yōu)化空間。

2.2再循環(huán)閥關(guān)閉試驗

將汽泵再循環(huán)閥切手動全關(guān)，緩慢降負(fù)荷至230 MW，此時汽泵轉(zhuǎn)速3 295 r/min，入口流量降至384 t/h。全面檢查汽泵各項運(yùn)行指標(biāo)正常，無明顯的上升或超限現(xiàn)象，證明再循環(huán)閥在機(jī)組負(fù)荷低至230 MW時完全沒有開啟的必要，為下一步控制定值的修改提供有力的證據(jù)支持。受制于脫硝系統(tǒng)即將退出，沒有進(jìn)行更低負(fù)荷試驗。

2.3運(yùn)行曲線及保護(hù)定值修改

1)修改再循環(huán)閥控制邏輯：汽泵升負(fù)荷時入口流量在250 t/h時再循環(huán)閥開始關(guān)閉(對應(yīng)圖1為b點)，350 t/h時全關(guān)(對應(yīng)圖1為c點)；汽泵降負(fù)荷時入口流量270 t/h時再循環(huán)閥開始開啟(對應(yīng)圖1為d點)，170 t/h時全開(對應(yīng)圖1為e點)。

2)修改汽泵最小流量保護(hù)值：最小流量保護(hù)值由固定值263.8 t/h改為轉(zhuǎn)速的函數(shù)值，該值是一個變值。按照廠家提供的不同轉(zhuǎn)速下最小流量設(shè)計值(表1數(shù)據(jù))乘以系數(shù)1.2；在轉(zhuǎn)速<3 000 r/min時，保護(hù)定值取固定值150 t/h；在轉(zhuǎn)速>5 500 r/min時，保護(hù)定值取固定值275 t/h。計算出的不同轉(zhuǎn)速下最小流量保護(hù)值數(shù)據(jù)見表2。

表2　汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量保護(hù)值

3)汽泵正常運(yùn)行時，再循環(huán)閥放置在自動狀態(tài)；在汽泵啟動、停運(yùn)過程中，再循環(huán)閥放置在手動狀態(tài)，由操作員手動操作。

2.4鍋爐給水流量的安全性分析

再循環(huán)閥控制邏輯修改后，減負(fù)荷時閥門開始開啟值由500 t/h降低至270 t/h，選定該值主要基于以下兩點考慮：一是270 t/h基本上是汽泵最大工況點轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最小流量設(shè)計值的1.2倍，可以保證汽泵在各轉(zhuǎn)速下的汽蝕余量安全。二是與鍋爐MFT保護(hù)中“給水流量低低”動作值匹配，保證鍋爐給水流量的安全。再循環(huán)閥開啟定值改低后還有一個擔(dān)心是其開啟時是否會影響鍋爐低負(fù)荷時給水流量的安全。事實上，鍋爐最低給水流量為600 t/h(約30%BMCR)，因此不論是機(jī)組正常運(yùn)行還是在啟停機(jī)過程中，只要鍋爐運(yùn)行，運(yùn)行汽泵的再循環(huán)閥均不需要打開。鍋爐MFT保護(hù)中的“給水流量低低”動作值為537.5 t/h，汽泵入口流量低至270 t/h開啟再循環(huán)閥時，事實上鍋爐也已MFT動作了，因此汽泵再循環(huán)閥的開啟對鍋爐給水流量的安全不會造成影響。

若運(yùn)行中發(fā)生兩臺汽泵“搶水”的情況，按照原控制邏輯，被搶汽泵在入口流量降至500 t/h時開始開啟再循環(huán)閥，此時有可能因為再循環(huán)閥的開啟導(dǎo)致汽泵出口壓力進(jìn)一步降低，失去搶救拉回的機(jī)會。當(dāng)被搶汽泵入口流量降至270 t/h時，已很難讓被搶汽泵拉回重新供水，因此修改為新的控制邏輯后，此時才開啟再循環(huán)閥對汽泵的“搶水”事故處理沒有負(fù)面影響。

以上分析說明再循環(huán)閥控制邏輯修改后不會影響鍋爐給水流量的安全。

2.5運(yùn)行曲線改進(jìn)后運(yùn)行效果

控制方式改進(jìn)后，機(jī)組正常運(yùn)行中汽泵再循環(huán)閥均保持全關(guān)，控制方式為“自動”狀態(tài)。由于再循環(huán)閥不用開啟，基本消除了汽泵再循環(huán)閥運(yùn)行中的節(jié)流損失及汽蝕現(xiàn)象，在汽泵節(jié)能降耗的同時，減少了再循環(huán)閥維護(hù)費(fèi)用；同時，避免了機(jī)組低負(fù)荷時因汽泵再循環(huán)閥開、關(guān)造成的總給水流量擾動，增加了機(jī)組低負(fù)荷時的安全穩(wěn)定性。

只有在汽泵啟動、停運(yùn)過程中再循環(huán)閥才需要放置在“手動”方式并打開。汽泵啟動時，將再循環(huán)閥切換到手動全開，汽泵在并泵的過程中，逐漸關(guān)閉再循環(huán)閥，全關(guān)后投入“自動”方式；停泵停運(yùn)時，先逐漸將循環(huán)閥切換到手動全開，然后緩慢降低汽泵轉(zhuǎn)速直至汽泵退出運(yùn)行。汽泵的“并泵”、“退泵”操作過程得到簡化。

機(jī)組調(diào)峰低至200 MW運(yùn)行時，汽泵再循環(huán)均保持關(guān)閉，汽泵運(yùn)行穩(wěn)定，參數(shù)正常。

3　節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷為300 MW時，除氧器參數(shù)為0.46

MPa/150℃，對應(yīng)焓值626.89 kJ/kg；汽泵出口參數(shù)為19.3 MPa/155℃，對應(yīng)焓值665.44 kJ/kg。優(yōu)化前后300 MW時汽泵入口流量差值至少為30 t/h，汽泵效率約為85%。2臺汽泵減少的輸入功率為

30 t/h×2臺×(665.44-626.89)kJ/kg÷3600 s÷85%=784.2 kW

每年汽泵運(yùn)行至少300天，目前每天有1/3時間是在300 MW及以下負(fù)荷運(yùn)行，假設(shè)電費(fèi)為0.4元/kW·h，則每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為

784.2 kW×(300天×1/3×24)×0.4元/kW·h=75.2萬元

假設(shè)汽泵再循環(huán)閥門每年維護(hù)費(fèi)用為10萬元,則每年每臺機(jī)可節(jié)省費(fèi)用為

75.2+10=85.2萬元。

以上計算只考慮300 MW工況，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在300 MW以下時，汽泵節(jié)能效果更明顯。

4　結(jié)　語

汽泵再循環(huán)閥按照新的控制策略運(yùn)行后，主要取得了以下成果：

1)汽泵再循環(huán)閥汽蝕現(xiàn)象基本消除。機(jī)組低負(fù)荷時不需要開啟再循環(huán)閥，只有在汽泵“并泵”、“退泵”期間才會使用，再循環(huán)閥以微開狀態(tài)造成汽蝕的時間幾乎為“0”。

2)汽泵節(jié)能效果明顯。機(jī)組運(yùn)行中汽泵再循環(huán)閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，且閥門內(nèi)漏現(xiàn)象得到改善，基本杜絕了再循環(huán)閥的回流損失。

3)避免了因汽泵再循環(huán)閥開啟造成的給水流量突降，保證了低負(fù)荷時鍋爐給水流量的穩(wěn)定性和安全性。

再循環(huán)閥按照新的控制策略運(yùn)行后汽泵運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，實踐證明是可行的。在目前燃煤機(jī)組總體負(fù)荷率偏低，長時間低負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀下，新的控制策略能帶來更明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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侯劍雄(1975)，高級工程師，從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。

In order to reduce the cavitation of recirculation valve of steam feed pump and reduce its energy consumption at low load, a new control strategy for recirculation valve is adopted through the research and analysis, and it is verified in practice. A new control strategy makes steam feed recirculation valve to be fully closed during the normal operation of the unit, and it only needs to open in the start-up and shutdown process of steam feed pump, which minimizes the cavitation of recirculation valve and greatly reduces the energy consumption of steam feed pump at low load. The practice shows that the new control strategy can realize the energy saving of steam feed pump, prolong the service life of recirculation valve and ensure the safety of feed-water flow of steam feed pump and boiler.

steam feed pump; recirculation valve; energy saving and consumption reduction; control

TK267

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1003-6954(2016)03-0091-04

2016-01-15)