母管制給水系統(tǒng)優(yōu)化研究

[摘 要]母管制給水系統(tǒng)的突出優(yōu)勢(shì)是在水利供應(yīng)的時(shí)候能夠保證統(tǒng)一性，實(shí)現(xiàn)資源的集中利用，針對(duì)熱力發(fā)電廠母管制給水系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的分析，其目的就是要提高熱電廠母管制給水系統(tǒng)的作用效果。

[關(guān)鍵詞]母管制；給水系統(tǒng)；除氧器；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TV675 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0156-02

1 引言

提高能源利用率和降低環(huán)境污染已經(jīng)成為全球重視的課題。熱電聯(lián)產(chǎn)符合按質(zhì)用能的原則，是一種高能源利用率的節(jié)能減排手段。供熱機(jī)組的給水系統(tǒng)耗電在熱電廠廠用電中占有很大的比重；母管制給水系統(tǒng)不僅可以減少備用給水泵的數(shù)量，而且使給水系統(tǒng)的運(yùn)行方式更為靈活，還可以降低給水系統(tǒng)耗能；因此，母管制給水系統(tǒng)在我國(guó)供熱機(jī)組中被廣泛應(yīng)用，但給水管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化問題一直未得到很好解決。

2 現(xiàn)有母管制給水系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化方法及其存在的問題

母管制給水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的最終目的是：保證給水負(fù)荷的前提下保證機(jī)組最小的能耗。母管制給水系統(tǒng)作為熱電廠一種常見的運(yùn)行方式，如何選擇較為合理的給水泵開啟、轉(zhuǎn)速組合方式是電廠運(yùn)行管理中經(jīng)常遇到的問題。母管制機(jī)組中，給泵的組合方式直接影響到系統(tǒng)內(nèi)管道壓力分布，從而影響分配到每臺(tái)高加的水流量，而高加得到的給水流量直接影響汽輪機(jī)的抽汽及汽輪機(jī)的效率。因此要綜合考慮給水系統(tǒng)對(duì)泵的功耗和汽輪機(jī)組效率的影響。

現(xiàn)有的母管制給水系統(tǒng)的優(yōu)化方案有：

對(duì)于單元制運(yùn)行的系統(tǒng)，給水管網(wǎng)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，給水系統(tǒng)的優(yōu)化主要集中在給水泵效率的分析上。國(guó)內(nèi)在這方面有一定的研究，北京電力科學(xué)研究所和北京第一熱電廠合作，于1987年開始研制監(jiān)測(cè)調(diào)度系統(tǒng)，目的是通過此系統(tǒng)對(duì)各臺(tái)運(yùn)行泵的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理，算出運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化方案，同時(shí)為合理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供科學(xué)的定量數(shù)據(jù)，以達(dá)到節(jié)能之目的，為母管制給水泵組的節(jié)能探索了途徑。系統(tǒng)以常規(guī)測(cè)試方法為基礎(chǔ)，測(cè)試各給水管段流量計(jì)算總供水量，同時(shí)用溫差法測(cè)定泵的效率，直觀地反映泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)狀況。

綜合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，已有研究成果主要存在以下問題：由于實(shí)際的母管制給水管網(wǎng)系統(tǒng)很復(fù)雜，以純數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的給水管網(wǎng)系統(tǒng)往往會(huì)忽略很多因素，尤其沒有考慮到對(duì)汽輪機(jī)組效率的影響。這樣會(huì)導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型與實(shí)際情況相差很大，得出的最終優(yōu)化結(jié)果實(shí)際上并不是最優(yōu)結(jié)果；通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)對(duì)各臺(tái)運(yùn)行泵的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理以達(dá)到優(yōu)化目的的方法，由于監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)有限，僅從泵的效率著手，沒考慮到管道的阻力特性等因素的影響，所以不能實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。

3 除氧器的作用

除氧器的主要功能是除去水中的氧氣和二氧化碳等非冷凝氣體，其次是將凝結(jié)水加熱至除氧器運(yùn)行壓力下的飽和溫度。除氧器由殼體、起膜器組裝置、填料組裝置（不銹鋼填料層）等組成。給水（凝結(jié)水、除鹽水）在集水室內(nèi)混合，流入由隔板和旋膜管組成的噴水裝置，經(jīng)旋膜管呈傘狀噴淋而下。加熱蒸汽將給水加熱到接近除氧器工作壓力下的飽和溫度，進(jìn)行除氧（大約除去給水含氧量的90%左右）。噴淋下的凝結(jié)水和補(bǔ)給水，在裝半圓管組成的淋水條組上匯集和進(jìn)行二次分配，淋落到填料層上。給水在填料層內(nèi)，沿填料層表面呈膜狀向下流與向上流的加熱蒸汽充分接觸，給水被加熱到飽和溫度并進(jìn)行深度除氧，達(dá)到給水含氧量要求。已除去的氧及其他氣體與未凝結(jié)蒸汽由頂部的排汽裝置進(jìn)行汽水分離后，通過排汽管排出。除氧水匯集流入除氧水箱內(nèi)。在除氧水箱內(nèi)部設(shè)有再沸騰接管，用于除氧設(shè)備啟動(dòng)時(shí)加熱。 與除氧器有關(guān)的管道按母管制方式進(jìn)行連接，除氧器可按母管制方式運(yùn)行。除氧器的加熱蒸汽來自鍋爐減溫減壓后加熱蒸汽和閃蒸蒸汽。保證除氧器在啟動(dòng)時(shí)加熱所需。除氧器采用定壓運(yùn)行方式，運(yùn)行壓力為0.02MPa，利用除氧器上部的壓力信號(hào)PICA控制加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥PV的開度來控制其運(yùn)行壓力，出水溫度達(dá)到其相應(yīng)壓力下的飽和溫度。流入除氧器的水源，除主除鹽水通過LICA液位信號(hào)控制LV調(diào)節(jié)閥外，還有來自丙烯透平系統(tǒng)凝結(jié)水，根據(jù)在線分析儀AISA控制，正常進(jìn)除氧器AV-A開啟，去凝結(jié)水站AV-B關(guān)閉，通過LV不斷調(diào)節(jié)其開度自動(dòng)維持除氧水箱處于正常水位。設(shè)備出水管上，裝有取樣接管，用于出水溶解氧的監(jiān)測(cè)。

4 母管制給水系統(tǒng)優(yōu)化研究

母管制除氧給水泵組運(yùn)行優(yōu)化，母管制除氧給水泵組運(yùn)行難點(diǎn)為除氧器：除氧器水位、溶解氧及壓力運(yùn)行中需要協(xié)調(diào)調(diào)整，各臺(tái)除氧器之間互相影響產(chǎn)生搶水、壓游現(xiàn)象；給水泵：搶水、憋壓。神華寧煤烯烴一分公司現(xiàn)役6臺(tái)低壓除氧器、6臺(tái)高壓除氧器、6臺(tái)中繼水泵及6臺(tái)高壓給水泵。除鹽水原水經(jīng)低壓除氧器一次除氧器后由中繼水泵輸送入高壓除氧器進(jìn)行二次除氧，經(jīng)除氧加熱后最終由高壓給水泵送入鍋爐。除氧器和給水泵均為母管制運(yùn)行，現(xiàn)我廠除氧器運(yùn)行中存在各臺(tái)除氧器搶水而水位自動(dòng)無法投入，調(diào)整水位均靠人工調(diào)整。除氧器運(yùn)行壓力和溫度均無法維持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，波動(dòng)范圍較大。除氧器除氧效果不能滿足國(guó)家頒布標(biāo)準(zhǔn)≤7μg/L。給水泵并列運(yùn)行時(shí)因各臺(tái)泵組設(shè)備性能不同而造成個(gè)別給水泵憋壓而出力不足。一般采用母管制給水系統(tǒng)，多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，多臺(tái)高加并聯(lián)運(yùn)行，多臺(tái)給水泵并聯(lián)運(yùn)行，這樣的母管制系統(tǒng)，存在很多可以優(yōu)化及改造的點(diǎn)。

4.1 各臺(tái)給水泵性能試驗(yàn)

制造廠提供的性能曲線與給水泵的實(shí)際性能曲線往往有較大差距，同型號(hào)給水泵的性能也有一定差別。因此，為了高效率地使用水泵，就有必要對(duì)泵的實(shí)際性能進(jìn)行測(cè)試。性能試驗(yàn)后根據(jù)實(shí)際給水管路特性及給水參數(shù)要求，進(jìn)行給水泵本體的優(yōu)化改造。

4.2 電動(dòng)泵改為汽動(dòng)泵或者變頻改造

首先考慮汽輪機(jī)供熱給除氧器的蒸汽參數(shù)有沒有可回收的焓損，有的話，可以利用小的背壓機(jī)來代替或者部分代替給水泵電動(dòng)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)給水泵變速節(jié)能同時(shí)回收蒸汽焓損； 接下來再考慮給水泵電動(dòng)機(jī)的變頻改造，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速可調(diào)，使母管壓力可以達(dá)到最優(yōu)值，降低給水單耗，降低供電煤耗，同時(shí)使給水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化自動(dòng)控制成為可能。

4.3 選用低壓降比的給水調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥的壓降比是指調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的壓降與此時(shí)系統(tǒng)總壓降之比。低壓降比調(diào)節(jié)閥的值一般在0.1左右，既能大大降低調(diào)節(jié)閥的節(jié)流壓差，又能滿足系統(tǒng)調(diào)節(jié)要求。

4.4 合理調(diào)整鍋爐負(fù)荷

加強(qiáng)鍋爐負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制，盡量采用一臺(tái)鍋爐調(diào)整，其余鍋爐穩(wěn)定負(fù)荷的辦法，減少或避免給水在冷、熱高壓母管中長(zhǎng)距離橫向流動(dòng)，減少流動(dòng)損失，降低給水泵電耗。

4.5 考慮給水系統(tǒng)自然分配流量偏差的影響

在給水系統(tǒng)采用母管制的電廠中，由于各臺(tái)機(jī)組的高壓加熱器數(shù)量不等，給水管道結(jié)構(gòu)各異，造成給水系統(tǒng)的阻力特性各不相同，致使通過各機(jī)加熱器的給水流量與設(shè)計(jì)值不符。這種按阻力特性分配的方式，稱為自然分配。給水流量呈自然分配將偏離設(shè)計(jì)值，引起回?zé)岢槠孔兓?，?dǎo)致各機(jī)的熱力循環(huán)發(fā)生變化。

所以，要在等效焓降的理論基礎(chǔ)上，依據(jù)跨機(jī)組熱質(zhì)交換理論及最優(yōu)化理論，綜合分析給水分配對(duì)真空的影響、給水分配變化引起回?zé)峒訜崞骷訜岵蛔愕挠绊?、給水分配對(duì)回?zé)嵫h(huán)變工況的影響以及給水強(qiáng)度對(duì)鍋爐效率的影響等因素，提出了給水分配的熱經(jīng)濟(jì)性參數(shù)。據(jù)此參數(shù)，合理地調(diào)整優(yōu)化流過各臺(tái)機(jī)組的給水量，從而達(dá)到提高全廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目的。

4.6 給水系統(tǒng)優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

從熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，或者保持發(fā)電煤耗不變，以供電煤耗為目標(biāo)函數(shù)，或者保持汽輪機(jī)耗氣量不變，以機(jī)組發(fā)電量和給水系統(tǒng)耗電量差額為目標(biāo)函數(shù)。約束條件則考慮投入運(yùn)行的給水泵臺(tái)數(shù)、容量對(duì)給水量的限制及給水泵系統(tǒng)水力特性對(duì)給水量的限制而定。由此來建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法進(jìn)行求最優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的優(yōu)化自動(dòng)控制，降低單耗，節(jié)能減排。

5 結(jié)語

給水系統(tǒng)是發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要組成部分，它的作用是將除氧器水箱中的水經(jīng)過給水泵 組升壓、機(jī)組高壓加熱器升溫后提供給鍋爐。由于給水系統(tǒng)在任何工況下都要保證不間斷向 鍋爐供水，其運(yùn)行方式的安全性、經(jīng)濟(jì)性對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)與節(jié)能降耗具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介：烏新宇，1987年生，內(nèi)蒙古人，助理工程師，現(xiàn)供職于神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，研究方向?yàn)榛痣娤到y(tǒng)運(yùn)行管理