基于六西格瑪在給水泵母管制運(yùn)行節(jié)能降耗的應(yīng)用

王磊 白成友 張華

摘要：給水除氧系統(tǒng)是發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要組成部分。某大型化工廠配套自備電廠給水泵電耗約占總廠用電的50%，因此，降低給水泵的電耗是提高發(fā)電廠的供電能力、降低生產(chǎn)成本的一個(gè)重要因素。以某熱電廠給水泵為對(duì)象，基于六西格瑪DMAIC模型支撐，通過Minitab軟件提供的圖形組態(tài)建模分析計(jì)算參數(shù)，掌握給水系統(tǒng)運(yùn)行特性，得出不同給水泵組合方式下的電耗，進(jìn)而優(yōu)化出給水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，對(duì)提高全廠機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：母管制;給水壓力;給水泵組合

1前言

某大型化工廠配套自備電廠4×125MW機(jī)組配套除氧給水系統(tǒng)為四臺(tái)除氧器分別經(jīng)各自的除氧器甲乙下水管接入低壓給水母管，分別由六臺(tái)給水泵﹙四用兩備﹚、出口進(jìn)入各機(jī)組的#1、2高壓加熱器加熱后，進(jìn)入各自的鍋爐給水母管，給水泵采用液力偶合器調(diào)速，在運(yùn)行中給水泵采用單元制供對(duì)應(yīng)鍋爐給水。

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。某自備電廠給水經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式主要是利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過鍋爐流量、汽包壓力，從而計(jì)算出給水泵勺管開度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在指導(dǎo)電站生產(chǎn)上的深入應(yīng)用，利用軟件建模為母管制給水泵組的節(jié)能提供了新的研究方法?；贛initab軟件，該軟件是一款質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析的軟件，用于質(zhì)量控制，內(nèi)置質(zhì)量分析的工具：如能力分析（Cp/Cpk），控制圖、Pareto、Fishbone、可靠性分析、公差區(qū)間等，同時(shí)也有大量統(tǒng)計(jì)分析工具：假設(shè)檢驗(yàn)、回歸分析、方差分析、DOE、時(shí)間序列分析等。能夠真實(shí)模擬給水泵運(yùn)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性。本文通過六西格瑪DMAIC模型支撐對(duì)母管制給水系統(tǒng)建模，通過Mintable軟件對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)DOE分別使用相應(yīng)優(yōu)化器和等值線圖觀測(cè)，計(jì)算出不同給水泵組合方式下的系統(tǒng)功耗，綜合得出一套合理的運(yùn)行方案。

2 給水系統(tǒng)的建模分析

對(duì)自備電廠二期配備3臺(tái)給水泵進(jìn)行建模分析，其中：二期鍋爐額定容量為480t/h，配套#4、#5、#6給水泵為液力耦合器調(diào)整泵，3臺(tái)給水泵的額定流量為616 t/h。在正常運(yùn)行時(shí)，各機(jī)組除氧水箱中的出水經(jīng)低壓冷給水母管相互連通，給水泵從該母管中取水。給水泵升壓后，經(jīng)高壓冷給水母管相互連通。給水經(jīng)高壓加熱器加熱后單元制供四臺(tái)鍋爐用水。機(jī)組運(yùn)行中低壓冷母管是母管制運(yùn)行、高壓冷母管是母管制運(yùn)行。因此，DMAIC以除氧器壓力作為給水系統(tǒng)的起點(diǎn)，其壓力被設(shè)定為0.5MPa。鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，汽包壓力為10.9MPa，該值作為系統(tǒng)的末端壓力固定。以此為基礎(chǔ)收集每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立的屬性參數(shù)，通過Mintable軟件對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)DOE計(jì)算

3 給水泵母管制運(yùn)行模型建立

給水泵是給水系統(tǒng)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。Mintable軟件對(duì)給水泵運(yùn)行參數(shù)根據(jù)不同運(yùn)行方式進(jìn)行切換進(jìn)行單因子方差分析，并繪制箱線圖來模擬給水泵不同運(yùn)行方式耗電情況的變化見圖1。

通過給水泵運(yùn)行方式方差分析完畢后，將給水泵的一些主要運(yùn)行參數(shù)集中起來，單獨(dú)做使用Mintable軟件對(duì)給水泵運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行方式進(jìn)行DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)。主要試驗(yàn)參數(shù)包括母管壓力、給水調(diào)門開度、給水泵的出口壓力、勺管開度、給水調(diào)門前后壓力。試驗(yàn)過程見圖2，結(jié)合主效應(yīng)圖得知，給水泵電流、勺管流量、給水壓力成正相關(guān)。

通過主效應(yīng)圖得知給水泵電流、勺管流量、給水壓力成正相關(guān)。對(duì)給水泵的勺管流量和給水壓力使用相應(yīng)優(yōu)化器和等值線圖觀測(cè)是否達(dá)到最佳性能。

通過等值線、響應(yīng)優(yōu)化器得知：當(dāng)勺管流量處于低水平 （80%）和給水壓力處于低水平（12.5MPa）時(shí)，運(yùn)行電流最低，最為省電。通過軟件分析后，調(diào)整給水泵運(yùn)行方式后廠用電降低了0.38%。

4 結(jié)語

（1）通過Mintable軟件對(duì)某電廠給水系統(tǒng)進(jìn)行建模并使用優(yōu)化器進(jìn)行試驗(yàn)，為母管制給水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行提供有效的控制措施。該軟件采用運(yùn)行參數(shù)分析、圖形建模，操作起來簡單方便，自動(dòng)化程度高，通過試驗(yàn)優(yōu)化與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)比較，表明其準(zhǔn)確程度能滿足運(yùn)行需要。

（ 2）在相同的給水負(fù)荷下，當(dāng)給水泵采取比較母管制運(yùn)行采用優(yōu)化器試驗(yàn)措施，不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)做功產(chǎn)生影響，完善給水泵母管制運(yùn)行分配對(duì)整個(gè)機(jī)組影響的分析。

（ 3）在模型中，通過對(duì)給水泵的運(yùn)行方式操作、運(yùn)行壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)優(yōu)化得出不同給水泵組合方式下的電耗。使給水泵的運(yùn)行方式更加經(jīng)濟(jì)和靈活。DOE中表明，運(yùn)行中應(yīng)盡量保證給水泵母管制運(yùn)行、低水平參數(shù)運(yùn)行等措施可以有效降低給水泵電耗。對(duì)于其他機(jī)組具體使用軟件分析，還需參照工廠的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1]武學(xué)素，劉振，文尚曦，等.母管制電廠給水經(jīng)濟(jì)調(diào)度的研究[J].熱力發(fā)電，2000（ 6）：17-18.

[2]裴東升.熱力發(fā)電廠母管制給水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.