降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕的控制策略

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）

降低給水泵再循環(huán)閥汽蝕的控制策略

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）

提出一種新的控制策略，使汽動給水再循環(huán)閥在機(jī)組正常運行中保持全關(guān)，只有在汽動給水泵啟動、停運過程中才需要開啟，最大限度減少再循環(huán)閥的汽蝕，并顯著降低汽動給水泵低負(fù)荷時的能耗。實踐證明，這種控制策略能夠?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；控制策略

0 引言

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司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（簡稱“汽泵”），汽泵型式為臥式、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。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)行分析，探索新的控制方式。經(jīng)優(yōu)化后的汽泵再循環(huán)閥控制曲線，顯著降低汽泵低負(fù)荷時的能耗，減緩再循環(huán)閥的吹損速度，減少維護(hù)費用［1-2］。

1 再循環(huán)閥原控制策略問題

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)汽泵廠家提供的運行特性曲線及實際運行工況確定［3-4］。

圖1 汽泵再循環(huán)閥控制曲線

實際運行中，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)閥在運行中主要有以下問題。1）減負(fù)荷過程中，機(jī)組負(fù)荷到達(dá)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)荷到達(dá)350 MW再循環(huán)閥才開始關(guān)，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）兩臺汽泵再循環(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)致兩臺汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量擾動。4）目前機(jī)組負(fù)荷率普遍較低，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［5］。

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

式中：Qamin為實際最小流量，t／h；Qrmin為額定最小流量，t／h；Va為實際轉(zhuǎn)速，r／min；Vr為額定轉(zhuǎn)速，r／min。

根據(jù)式（1），計算出在不同轉(zhuǎn)速下的汽泵最小流量值，見表1。表中的數(shù)值是保證汽泵在此轉(zhuǎn)速下運行的最小流量值，從安全角度考慮，實際運行中應(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行指標(biāo)正常，無明顯上升或超限現(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)在低負(fù)荷時會退出運行，沒有進(jìn)行更低負(fù)荷試驗。

2.3 運行曲線及保護(hù)定值修改

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）。

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)速小于3 000 r／min時，保護(hù)定值取固定值150 t／h；在轉(zhuǎn)速大于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

汽泵正常運行時，再循環(huán)閥放置在自動狀態(tài)；在汽泵啟動、停運過程中，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。1）270 t／h是汽泵最大工況運行轉(zhuǎn)速（5 500 r／min）對應(yīng)的最小流量設(shè)計值的1.2倍，可保證汽泵在各轉(zhuǎn)速下的汽蝕余量安全；2）此值與鍋爐MFT保護(hù)中“給水流量低低”動作值匹配，鍋爐MFT保護(hù)中的“給水流量低低”動作值為537.5 t／h，2臺汽泵并列運行時，其再循環(huán)閥開啟時總給水流量為540 t／h，此時鍋爐已“給水流量低低”保護(hù)動作，故不會對鍋爐給水流量安全造成影響。鍋爐最低給水流量為600 t／h（約30%BMCR），再循環(huán)閥開啟定值降低后，無論是機(jī)組正常運行還是在啟停機(jī)過程中，只要鍋爐運行，運行汽泵的再循環(huán)閥均無需打開，可避免因再循環(huán)閥開啟而造成給水流量波動，有利于低負(fù)荷時給水流量的穩(wěn)定運行。

若運行中兩臺汽泵發(fā)生“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)致該汽泵出口壓力進(jìn)一步降低，從而失去搶救給水流量的機(jī)會。修改為新的控制邏輯后，當(dāng)被搶汽泵入口流量降至270 t／h時才開啟再循環(huán)閥，此時無論再循環(huán)閥開啟與否，已很難讓被搶汽泵重新供水，因此此時開啟再循環(huán)閥對汽泵的“搶水”事故處理沒有負(fù)面影響。

2.5 運行曲線改進(jìn)后運行效果

控制方式改進(jìn)后，機(jī)組正常運行中汽泵再循環(huán)閥均保持全關(guān)，控制方式投入“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、停運過程中再循環(huán)閥才需要設(shè)置為“手動”方式并打開。汽泵啟動時，將再循環(huán)閥切手動全開，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；停泵停運時，先逐漸將循環(huán)閥切手動全開，然后緩慢降低汽泵轉(zhuǎn)速直至汽泵退出運行。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運行時，汽泵再循環(huán)均保持關(guān)閉，汽泵運行穩(wěn)定，參數(shù)正常。

3 節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)組運行負(fù)荷為300 MW時，除氧器給水參數(shù)為0.46 MPa／150℃，對應(yīng)焓值626.89 kJ／kg；汽泵出口給水參數(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784.2 kW。

每年汽泵運行至少300天，目前每天有1／3時間是在300 MW及以下負(fù)荷運行，假設(shè)電費為0.4元／kWh，則每年可節(jié)省運行費用為75.2萬元。

假設(shè)汽泵再循環(huán)閥門每年維護(hù)費用為10萬元，則每年每臺機(jī)可節(jié)省費用為85.2萬元。

以上計算只考慮300 MW工況，當(dāng)機(jī)組運行在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，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行后汽泵運行參數(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。

［1］鄒世浩，萬勝軍．超臨界最小流量調(diào)節(jié)閥的研究［J］．鍋爐制造，2013，41（6）：62－64．

［2］錢紹斌．給水泵再循環(huán)閥異常處理［J］．電力安全技術(shù)，2010，12（1）：49－50．

［3］賴加良，戈黎紅．超臨界機(jī)組給水泵最小流量控制方法的改進(jìn)［J］．發(fā)電設(shè)備，2009，24（5）：358－360．

［4］閻志敏.給水泵再循環(huán)閥的設(shè)計與控制［J］.發(fā)電設(shè)備，2008，23（4）：332－334.

［5］劉長良，周丹.660 MW單列輔機(jī)超超臨界機(jī)組給水控制策略優(yōu)化［J］.電力科學(xué)與工程，2013，29（9）：43－46.

Control Strategy on Reducing the Feed Water Pump Recirculation Valve Cavitation

HOU Jianxiong，LIU Zhidong，YANG Qunfa
（Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co.，Ltd.，Zhuhai 519050，China）

A new control strategy is put forward to make steam feed recirculation valve closed during the normal operation of the unit，and get it open during the process of starting and stopping the pump.The proposed strategy can minimize the cavitation of recirculation valve，and reduce the energy consumption of steam feed water pump at low load.The practice shows that the new control strategy can save energy and reduce the cost，prolong the service life of the recirculation valve and ensure the safety of the steam feed water pump and the boiler feed water flow.

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

TK223.5+2

B

1007－9904（2016）09－0064－03

2016－05－07

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