300 MW機(jī)組凝結(jié)水泵及相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

張樹同， 劉啟亮， 梁小麗， 靳紅輝

(國(guó)電菏澤發(fā)電有限公司， 山東菏澤 274032)

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運(yùn)行與改造

300 MW機(jī)組凝結(jié)水泵及相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

張樹同， 劉啟亮， 梁小麗， 靳紅輝

(國(guó)電菏澤發(fā)電有限公司， 山東菏澤 274032)

針對(duì)機(jī)組凝結(jié)水泵耗電量較高、耗水量較多、負(fù)荷低谷階段出力余量較大和系統(tǒng)啟停不科學(xué)等情況，提出了合理的優(yōu)化措施，提高了凝結(jié)水系統(tǒng)的運(yùn)行效益，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

火電機(jī)組； 凝結(jié)水泵； 系統(tǒng)優(yōu)化

凝結(jié)水泵是汽輪發(fā)電機(jī)組中廣泛采用的一種上水設(shè)備，它在機(jī)組啟停及正常運(yùn)行中起著對(duì)除氧器上水、冷卻排汽溫度等作用；但是凝結(jié)水泵及相關(guān)系統(tǒng)在啟停、運(yùn)行過程中存在除鹽水浪費(fèi)嚴(yán)重，低負(fù)荷富裕余量大，功耗大等現(xiàn)象。因此開展凝結(jié)水泵及相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化研究，對(duì)深挖汽輪發(fā)電機(jī)組節(jié)能潛力、降低機(jī)組輔機(jī)耗電率具有十分重要的意義。

1　設(shè)備概況

某發(fā)電公司2臺(tái)300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，配備了多級(jí)離心式凝結(jié)水泵，具體參數(shù)見表1。該凝結(jié)水系統(tǒng)配備2臺(tái)凝結(jié)水泵(簡(jiǎn)稱凝泵)、2臺(tái)凝結(jié)水補(bǔ)水泵，凝結(jié)水泵密封水、冷卻水均有閉式水系統(tǒng)提供。

表1　凝泵基本參數(shù)

2　凝泵及相關(guān)系統(tǒng)存在的問題

目前正常情況下2臺(tái)凝泵采用“一運(yùn)一備”運(yùn)行方式，低負(fù)荷階段通過凝結(jié)水主調(diào)節(jié)閥和副調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)、關(guān)閉、節(jié)流來(lái)滿足除氧器上水需要，凝結(jié)水由凝泵加壓依次經(jīng)過凝結(jié)水精處理裝置、軸封加熱器、低壓加熱器進(jìn)入除氧器，此種運(yùn)行方式對(duì)于凝泵和凝結(jié)水系統(tǒng)在低負(fù)荷階段是超富裕出力運(yùn)行，造成機(jī)組低負(fù)荷階段廠用電率升高；凝泵低負(fù)荷高壓力運(yùn)行對(duì)凝泵葉輪、系統(tǒng)相關(guān)閥門磨損都比較嚴(yán)重，功率消耗和節(jié)流噪聲都比較大。

3　節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化

3.1 凝泵改造及優(yōu)化

該公司3號(hào)、4號(hào)機(jī)組共4臺(tái)凝泵,每臺(tái)機(jī)組的2臺(tái)凝泵采用“一用一備”運(yùn)行方式,凝泵流量的調(diào)節(jié)方式采用擋板調(diào)節(jié)。由于這種原始的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變管道的流通阻力,而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率改變不大,節(jié)流損失相當(dāng)大,浪費(fèi)了大量電能,致使廠用電率高,發(fā)電成本不易降低；同時(shí),電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生6倍的沖擊電流,對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成損害。改造采用每臺(tái)機(jī)組2臺(tái)凝泵變頻調(diào)速系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)采用“一拖二”方式,旁路使用真空開關(guān),手動(dòng)切換,變頻器把6 kV電壓通過干式隔離變壓器降壓,通過功率模塊整流逆變,根據(jù)要求得到不同頻率的電壓,達(dá)到變頻調(diào)速的目的。具體運(yùn)行方式見圖1?？紤]凝泵變頻器運(yùn)行安全性，將凝泵控制邏輯進(jìn)行了系列優(yōu)化[1](見表2)。

表2　凝泵控制邏輯優(yōu)化方案

凝泵變頻改造前后運(yùn)行參數(shù)見表3。由表3可以看出：改造后凝泵平均耗電率(凝泵耗電量占發(fā)電量的百分比)由0.32%下降至0.2%，廠用電率平均降低0.12%。在實(shí)際運(yùn)行中，為深挖節(jié)能潛力，在機(jī)組負(fù)荷180 MW以上時(shí)，在保持除氧器水位主、副調(diào)節(jié)閥全開的情況下，將旁路電動(dòng)閥打開，可進(jìn)一步減少阻力，降低凝泵運(yùn)行耗電率。

表3　凝泵變頻改造前后參數(shù)

3.2 凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行流程優(yōu)化

原設(shè)計(jì)是低溫水經(jīng)過變頻給水泵加壓后經(jīng)過A、B側(cè)低溫省煤器加熱匯入5號(hào)低壓加熱器入口(見圖2)，借助調(diào)節(jié)閥和變頻泵自動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到低溫省煤器設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)。運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)變頻泵電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-280M-4)的電耗，抵消了相當(dāng)一部分余熱利用所帶來(lái)的效益。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)能運(yùn)行，將變頻給水泵停止運(yùn)行，全開低溫省煤器進(jìn)水旁路門，依靠凝結(jié)水壓力及6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)低壓加熱器間的壓差，使部分凝結(jié)水流經(jīng)低溫省煤器，流量和溫度由低溫水和高溫水調(diào)節(jié)閥控制。結(jié)果表明：此種運(yùn)行更能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，基本達(dá)到原設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)(見表4)。

表4　低溫省煤器運(yùn)行參數(shù)

表4(續(xù))

注：1)運(yùn)算參數(shù)為變頻給水泵未運(yùn)行工況。

通過凝結(jié)水運(yùn)行流程優(yōu)化，大量煙氣余熱進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，這是在沒有增加鍋爐燃料量的前提下，獲得的額外熱量，它以一定的效率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽?。這個(gè)新增功量要遠(yuǎn)大于排擠抽汽和汽輪機(jī)真空微降所引起的功量損失，所以機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性是提高的。另外，運(yùn)行優(yōu)化后，節(jié)省了低溫省煤器變頻給水泵運(yùn)行電耗。對(duì)于300 MW機(jī)組，供電煤耗一般下降1.0～1.5 g/(kW·h)；其次，低溫省煤器運(yùn)行后有助于降低脫硫系統(tǒng)的水耗。加裝低溫省煤器后，可取消脫硫系統(tǒng)的噴水降溫裝置或事故(噴淋)降溫裝置，實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的深度節(jié)能。

3.3 凝泵密封水及密封水回收改造

凝泵密封為浮動(dòng)環(huán)密封，需要外供密封水，設(shè)計(jì)密封水壓力保持在0.25～0.40 MPa。凝泵所需密封水由閉式循環(huán)水泵供給，壓力為0.7～0.8 MPa，通過運(yùn)行實(shí)踐，密封水壓力保持在0.4 MPa左右時(shí)，凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格，凝結(jié)水容氧大大超標(biāo)，排查漏點(diǎn)發(fā)現(xiàn)是從該浮動(dòng)密封環(huán)處漏入空氣所致；調(diào)整密封水壓力至0.6 MPa左右，真空嚴(yán)密性試驗(yàn)合格，但凝結(jié)水容氧多次出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。經(jīng)過計(jì)算論證，利用停機(jī)時(shí)間，將密封水增設(shè)凝結(jié)水母管一路(見圖3)，凝泵密封水壓力能隨時(shí)跟蹤泵出口壓力，密封效果更優(yōu)良。而由此造成的密封水外泄，通過加裝接水盤、接水管及回水水箱，最終又循環(huán)至凝汽器(見圖4)。

通過積極優(yōu)化凝泵密封水運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了凝泵密封水壓力基于凝泵出口壓力自適應(yīng)全程自動(dòng)調(diào)節(jié)控制[2]，保證了凝泵及真空系統(tǒng)的安全運(yùn)行，閉式水用戶的減少又達(dá)到了較好的節(jié)能效果。密封水外漏回收，按一臺(tái)泵回收除鹽水約3.0 t/h，除鹽水以12元/t計(jì)算，每臺(tái)泵一天可節(jié)約864元，全年可節(jié)約31.5萬(wàn)元，雙泵則可節(jié)約63萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3.4 凝結(jié)水系統(tǒng)啟停方式優(yōu)化

除氧器設(shè)置于22.5 m平臺(tái)除氧間(見圖5)，型號(hào)為IS100-65-250凝結(jié)水補(bǔ)水泵(參數(shù)見表5)設(shè)置于0 m，高度差為22.5 m，而凝結(jié)水補(bǔ)水泵設(shè)計(jì)流量為100 m3/h,設(shè)計(jì)揚(yáng)程為80 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上水需要的壓頭。即使考慮到管道及閥門系統(tǒng)阻力，按照經(jīng)驗(yàn)估算只要泵出口壓力p1高于除氧器p2壓力1.25倍就能完成上水。

表5　凝結(jié)水補(bǔ)水泵基本參數(shù)

這里的p2=0.46 MPa。由此看以看出：在除氧器壓力小于0.46 MPa的工況下，凝結(jié)水補(bǔ)水泵皆能完成除氧器上水任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備裝置情況，將機(jī)組啟動(dòng)上水方案優(yōu)化如下：充分利用凝結(jié)水補(bǔ)水泵的功能，開啟凝結(jié)水補(bǔ)水至凝雜水母管充水手動(dòng)門，給除氧器上水，凝泵作為備用。

機(jī)組停運(yùn)時(shí)，鍋爐上水完畢后，凝泵運(yùn)行繼續(xù)對(duì)除氧器小流量上水，同時(shí)稍開除氧器溢流維持除氧器水溫穩(wěn)定，因凝結(jié)水溫度低，除氧器內(nèi)水溫逐漸降低至50 ℃以下后停止上水。該操作優(yōu)化可以大大加快低壓缸及排汽溫度的溫降速度，一般可縮短循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)間24 h。循環(huán)水泵額定功率為1 600 kW,單泵實(shí)測(cè)運(yùn)行功率為1 100 kW左右，大約節(jié)電26 400 kW·h，按照0.3元/(kW·h)計(jì)算，每次停機(jī)可節(jié)省電費(fèi)7 920元。

4　優(yōu)化后效果分析

通過對(duì)凝泵及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造、運(yùn)行流程及啟停方式優(yōu)化等，凝泵運(yùn)行效率得到大幅度提高，在負(fù)荷180 MW、240 MW、300 MW三種工況及發(fā)電量(33×108kW)一定情況下，凝泵平均耗電率從優(yōu)化前的0.32%降低至0.18%(見表6)，廠用電率平均降低0.14%，根據(jù)該單元機(jī)組全年發(fā)電量33×108kW·h計(jì)算，每年可節(jié)約廠用電量462×104kW·h，每度電按照0.35元計(jì)算，每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益為161.7萬(wàn)元。另外，加上水耗節(jié)約費(fèi)用，年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益224.7萬(wàn)元。運(yùn)行優(yōu)化后凝泵維護(hù)費(fèi)用也逐漸下降，機(jī)組運(yùn)行安全系數(shù)得到進(jìn)一步提升。

表6　凝泵優(yōu)化運(yùn)行前后參數(shù)對(duì)比

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)凝泵及凝結(jié)水系統(tǒng)優(yōu)化，降低了凝結(jié)水系統(tǒng)耗水量、廠用電率，凝泵葉輪磨損增大趨勢(shì)得到遏制，凝泵持續(xù)運(yùn)行時(shí)間大大延長(zhǎng)，保證了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，降低了凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到較大提高。

[1] 盛喜兵, 李振強(qiáng), 杜化仲, 等. 330 MW機(jī)組凝結(jié)水泵變頻改造及系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化[J]. 熱力發(fā)電, 2011, 40(9): 86-88.

[2] 陳世和, 朱亞清, 張曦. 基于壓力自適應(yīng)的凝結(jié)水節(jié)能控制技術(shù)[J]. 中國(guó)電力, 2011, 44(11): 43-45.

Operation Optimization of Condensate Water Pump and Relevant Systems in a 300 MW Unit

Zhang Shutong, Liu Qiliang, Liang Xiaoli, Jin Honghui

(Guodian Heze Power Generation Co., Ltd., Heze 274032, Shandong Province, China)

To solve the problems of high power consumption, high water consumption, insufficient output at low load and unreasonable start up and shut down process of relevant systems existing in the condensate water pump of a 300 MW unit, optimization measures are proposed, which have helped to improve the operation effectiveness of the condensate water system, with good economic benefits obtained.

thermal power unit; condensate water pump; system optimization

2016-03-15

張樹同(1979—)，男，工程師，主要從事發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。

E-mail: hfd19403@163.com

TK264.12

A

1671-086X(2016)05-0338-04