凝結(jié)水泵工頻與變頻運(yùn)行工況安全經(jīng)濟(jì)性分析

胡楊海

（神華河北國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司，河北定州 073000）

0 引言

某超臨界機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)配置2伊110%容量的立式筒袋式凝結(jié)水泵，配套設(shè)置一套變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。銘牌出力1890 t/h、出口壓力3.68 MPa，型號(hào)為C720III-5，由長(zhǎng)沙水泵廠供貨；配套電機(jī)型號(hào)YKSL2600-4，額定功率2600 kW，額定轉(zhuǎn)速1480 r/min。在夏季由于環(huán)境溫度較高，凝結(jié)水泵變頻裝置可控硅散熱能力受限，凝結(jié)水泵變頻裝置多次觸發(fā)“輕故障報(bào)警”，因而出現(xiàn)了凝結(jié)水泵長(zhǎng)時(shí)間在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的工況。正常情況下凝結(jié)水泵為變頻工況運(yùn)行，源于設(shè)計(jì)之初的節(jié)能思想，自投產(chǎn)以來(lái)2臺(tái)機(jī)組凝泵變頻運(yùn)行基本穩(wěn)定，未發(fā)生過(guò)重大安全事故。但經(jīng)多年運(yùn)行后凝泵變頻裝置頻發(fā)“輕故障報(bào)警”，凝結(jié)水系統(tǒng)作為機(jī)組主要系統(tǒng)，每次工變頻切換帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)十分巨大，從運(yùn)行情況來(lái)看，無(wú)論是從安全還是經(jīng)濟(jì)方面考慮，變頻運(yùn)行的方式都要明顯優(yōu)于工頻運(yùn)行。在數(shù)據(jù)在相同工況下，凝泵工頻與變頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)對(duì)比，見(jiàn)表1。

1 安全運(yùn)行對(duì)比

（1）凝泵出口壓力。工頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水主調(diào)門(mén)只調(diào)除氧器水位，造成凝泵的出口壓力較高，而且在（350～550）MW壓力為3.6 MPa，而變頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水主調(diào)門(mén)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)泵出口壓力，因此凝泵工頻運(yùn)行時(shí)比變頻運(yùn)行時(shí)的壓力高出約50%以上，是能量的極大浪費(fèi)。此外，壓力高時(shí)，對(duì)于精處理系統(tǒng)的運(yùn)行有較大的風(fēng)險(xiǎn)，容易造成精處理各閥門(mén)盤(pán)根、法蘭結(jié)合面處出現(xiàn)呲水，影響精處理的安全運(yùn)行。另外，凝泵有一個(gè)比較特殊的情況，即無(wú)論運(yùn)行泵是否變頻運(yùn)行，只要投入備用子環(huán)，一旦變頻裝置發(fā)出重故障報(bào)警，都將造成備用泵工頻聯(lián)啟。也就是說(shuō)，假如子環(huán)投入，1#凝泵工頻運(yùn)行，2#凝泵備用，此時(shí)如果變頻器偶然發(fā)出重故障報(bào)警并立即消失，2#凝泵將工頻聯(lián)啟。這樣就會(huì)變?yōu)殡p泵工頻運(yùn)行的狀況，這對(duì)精處理的系統(tǒng)沖擊將是巨大的，非常容易造成精處理呲水或退出運(yùn)行。

（2）凝結(jié)水主調(diào)閥。工頻運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水主調(diào)閥的開(kāi)度最大為37%，恰恰相當(dāng)于變頻運(yùn)行時(shí)的最小開(kāi)度。長(zhǎng)期在這樣小的開(kāi)度下運(yùn)行，不但造成凝結(jié)水壓力偏高，而且會(huì)對(duì)主調(diào)閥造成嚴(yán)重的沖蝕，影響主調(diào)閥的嚴(yán)密性。

（3）凝結(jié)再循環(huán)門(mén)。為降低工頻運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水的系統(tǒng)壓力，中低負(fù)荷下必須保持再循環(huán)閥開(kāi)啟，這樣不但會(huì)造成對(duì)閥門(mén)的沖蝕，也會(huì)使凝結(jié)水泵電流升高，多做很多無(wú)用功。與凝結(jié)水主調(diào)閥不同，再循環(huán)一旦不嚴(yán)密，出現(xiàn)了漏流，必然造成整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的下降，因此必須盡量避免再循環(huán)閥門(mén)在半開(kāi)狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。另外，凝結(jié)水再循環(huán)門(mén)的開(kāi)啟還存在另外一個(gè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，即在機(jī)組升負(fù)荷過(guò)程中，如果不及時(shí)關(guān)閉，很有可能造成單臺(tái)凝結(jié)水泵超流量運(yùn)行。

（4）凝結(jié)水流量。中低負(fù)荷時(shí)，凝結(jié)水流量差額較大（300～400）t，其流量相當(dāng)于各高加抽汽量之和，但是這么大的流量卻沒(méi)有用來(lái)補(bǔ)充除氧器水位，而是經(jīng)過(guò)再循環(huán)管道再次進(jìn)入排汽裝置，不但使凝泵長(zhǎng)期在做無(wú)用功，加劇了凝泵的機(jī)械損耗，而且大流量對(duì)于精處理而言也是一種負(fù)擔(dān)。

2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

（1）根據(jù)凝結(jié)水泵變頻裝置運(yùn)行前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可得出凝泵變頻裝置的節(jié)能效果。表2為機(jī)組凝結(jié)水泵及變頻性能試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)。凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)出口壓力是3.98 MPa，但實(shí)際供貨泵出口壓力達(dá)到了5 MPa，導(dǎo)致凝泵工頻運(yùn)行時(shí)精處理系統(tǒng)超壓，所以600 MW 以下負(fù)荷無(wú)法進(jìn)行工頻運(yùn)行試驗(yàn)。

（2）節(jié)能效果分析。分別選取100%、75%、50%和40%額定負(fù)荷等4個(gè)工況，進(jìn)行工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行能耗對(duì)比分析。各工況采用對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水泵流量、功耗，作為凝結(jié)水泵功頻運(yùn)行的數(shù)據(jù)，其中電機(jī)效率按95%，變頻器自身耗功按3%考慮。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，選取與設(shè)計(jì)流量接近的數(shù)據(jù)組，取得與設(shè)計(jì)流量相同條件下的修正后的功耗數(shù)據(jù)。從表3可以看出，100%，75%，50%和40%額定負(fù)荷等4個(gè)工況變頻驅(qū)動(dòng)節(jié)能效果，分別為20.2%，45.4%，71.3%和77.2%。

表1 相同工況下凝泵工頻與變頻運(yùn)行時(shí)參數(shù)對(duì)比

（3）全年節(jié)能效果計(jì)算。機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間按7500 h計(jì)算，利用時(shí)間按5525 h計(jì)算，對(duì)不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間計(jì)算可得出全年節(jié)電量，表4。1臺(tái)機(jī)組凝結(jié)水泵變頻驅(qū)動(dòng)相對(duì)工頻驅(qū)動(dòng)全年節(jié)電6649.4 MW·h，按對(duì)電網(wǎng)供電量不變，節(jié)約燃料費(fèi)用164.9萬(wàn)元人民幣。若按發(fā)電量不變，則多供電量6649.4 MW·h，增加收益207.8萬(wàn)元人民幣。

即使是在滿負(fù)荷工況下，也能從表4數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出來(lái)。如果依靠參數(shù)值計(jì)算：以350 MW為例，這是工變頻運(yùn)行能耗最大的工況，電流數(shù)值相差為53 A。單位時(shí)間內(nèi)功耗相差813.336 kW。低負(fù)荷時(shí)，每天運(yùn)行（4～5）h，經(jīng)濟(jì)效益1138元人民幣。高負(fù)荷時(shí)，工變頻的電流差值最小，但是變頻仍然體現(xiàn)了其有利的節(jié)能效應(yīng)，且在系統(tǒng)安全上明顯要優(yōu)于工頻運(yùn)行。

3 變頻運(yùn)行時(shí)凝泵跳閘

（1）凝泵變頻方式運(yùn)行時(shí)跳閘處理要點(diǎn)：淤立即檢查工頻備用凝泵聯(lián)啟正常，否則手動(dòng)啟動(dòng)。于檢查除氧器30%，70%上水調(diào)門(mén)切除自動(dòng)，立即手動(dòng)關(guān)小2個(gè)上水調(diào)門(mén)，維持除氧器水位降至到正常值（2000～2200）mm。盂故障處理過(guò)程中要有專(zhuān)人調(diào)除氧器水位，本著就低不就高的原則，堅(jiān)決避免除氧器水位高3值（保護(hù)值）情況發(fā)生，防止高加正常疏水、四抽電門(mén)等突關(guān)引起故障擴(kuò)大。榆聯(lián)系檢修檢查變頻凝泵跳閘原因，未查明之前嚴(yán)禁重新啟泵。虞如工頻泵無(wú)法啟動(dòng)，檢查變頻凝泵熱機(jī)和電氣開(kāi)關(guān)及變頻器無(wú)明顯故障時(shí)，可以強(qiáng)合一次，但如再次跳閘或無(wú)法啟動(dòng)應(yīng)申請(qǐng)停機(jī)。

（2）凝泵變頻方式運(yùn)行30%，70%上水調(diào)門(mén)故障或突關(guān) 處理要點(diǎn)：淤如運(yùn)行中70%上水調(diào)門(mén)突關(guān)，應(yīng)立即開(kāi)啟除氧器上水旁路電動(dòng)門(mén)維持除氧器水位正常，必要時(shí)可適當(dāng)減低機(jī)組負(fù)荷。于如運(yùn)行中30%上水調(diào)門(mén)突關(guān)，應(yīng)立即解除70%除氧器上水調(diào)門(mén)維持除氧器水位正常，必要時(shí)可適當(dāng)減低機(jī)組負(fù)荷。盂如運(yùn)行發(fā)現(xiàn)30%，70%上水調(diào)門(mén)或變頻器頻率調(diào)節(jié)塊切為手動(dòng)，立即手動(dòng)調(diào)整除氧器和凝汽器水位，聯(lián)系檢修人員檢查原因。榆如長(zhǎng)時(shí)間處理不了應(yīng)倒位工頻泵運(yùn)行。

4 凝泵工頻啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)方法

（1）精處理超壓：凝泵工頻啟動(dòng)，由于凝結(jié)水管道壓力突增，極易造成精處理區(qū)域凝結(jié)水壓力超限而造成凝結(jié)水系統(tǒng)漏水。且精處理區(qū)域有精處理段和凝泵變頻柜，若漏水噴射到這些電氣設(shè)備上，后果將不堪設(shè)想。應(yīng)對(duì)方法：淤盡量選在高負(fù)荷進(jìn)行。于凝泵工頻啟動(dòng)前，通知化學(xué)值班員將精處理旁路門(mén)開(kāi)啟。盂備用凝泵工頻啟動(dòng)前，將運(yùn)行變頻凝泵頻率提升至躍45 Hz，提升凝結(jié)水母管壓力至躍2.5 MPa。榆盡管熱工已做了備用凝泵工頻啟動(dòng)后快開(kāi)凝泵再循環(huán)門(mén)邏輯，為避免再循環(huán)門(mén)卡澀，備用凝泵工頻啟動(dòng)前將再循環(huán)開(kāi)啟至躍50%為好。

（2）低加水位高：備用凝泵工頻啟動(dòng)后，由于2臺(tái)凝泵同時(shí)運(yùn)行，若除氧器上水調(diào)門(mén)開(kāi)度太大，通過(guò)5#，6#，7#低加的凝結(jié)水流量將會(huì)突增，大量抽汽會(huì)在5#，6#，7#低加內(nèi)凝結(jié)，造成低加水位高。

應(yīng)對(duì)方法：淤啟動(dòng)備用凝泵前，除氧器上水調(diào)門(mén)開(kāi)度不能開(kāi)得太大，盡量控制在約30%。于備用凝泵啟動(dòng)前后，通過(guò)除氧器上水調(diào)門(mén)和再循環(huán)調(diào)門(mén)控制使低加的凝結(jié)水流量穩(wěn)定。盂嚴(yán)密監(jiān)視低加水位，發(fā)現(xiàn)水位升高過(guò)快時(shí)，快速關(guān)小除氧器上水調(diào)門(mén)，開(kāi)大低加正常疏水門(mén)，必要時(shí)可開(kāi)啟低加事故疏水門(mén)，防止低加水位高引起低加跳閘。

（3）除氧器水位高：除氧器正常水位多維持在1900 mm，距離除氧器溢流、放水定值較近。切換時(shí)若控制不好，易造成除氧器水位高而引起除氧器溢流、放水門(mén)開(kāi)啟。應(yīng)對(duì)方法：淤切換前，將除氧器水位控制在1750 mm，應(yīng)留有調(diào)整空間。于切換過(guò)程中，控制通過(guò)5#低加出口的凝結(jié)水流量的穩(wěn)定。

表2 3#機(jī)組凝結(jié)水泵及變頻性能試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 各典型工況凝結(jié)水泵工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行對(duì)比分析

表4 1伊660 MW機(jī)組全年凝結(jié)水泵變頻節(jié)能數(shù)據(jù)