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★浙能阿克蘇熱電有限公司曾杰，高菲，劉昱達

關鍵詞：凝結水泵；電耗率；變頻器；節(jié)能優(yōu)化

1　引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和電力市場改革的不斷深入，現(xiàn)代電廠必須加快技術革新與改造以提高能源利用效率和降低生產(chǎn)成本。凝結水泵和送引風機、磨煤機一樣，作為火力發(fā)電廠重要的輔助設備，其耗電量在廠用電量中占有較大的比重，在不同的運行工況下隨著運行方式的不同，其電耗率也不相同。因而降低廠用電率是降低電廠成本、提高相對競爭力的重要手段，深入開展凝結水泵的節(jié)能降耗工作具有重要的意義。目前，許多電廠陸續(xù)采用凝結水泵變頻控制來節(jié)約電能，而凝結水泵變頻工況下除氧器水位調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化成為進一步節(jié)能能源的新方向。本文就南疆某熱電廠凝結水泵的運行參數(shù)調(diào)整和除氧器水位的控制優(yōu)化對實現(xiàn)降低凝結水泵電耗率的意義進行了簡要論述。

2　南疆某熱電廠凝結水泵電耗率現(xiàn)狀

南疆某熱電廠有2臺350MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組，每臺機組配備兩臺100%容量的凝結水泵，1臺運行1臺備用，共配置一套變頻器，采用一拖二變頻控制方式，正常運行時一臺凝結水泵通過高壓變頻器帶動，另一臺水泵以工頻方式聯(lián)鎖備用，當變頻器進行檢修時，凝泵可工頻運行，若工作水泵因故障停運或凝結水泵出口母管壓力低，則備用泵聯(lián)動運行。電廠DCS系統(tǒng)根據(jù)機組負荷情況，按照設定程序控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)對凝結水泵電機轉速的控制。由于機組長期低負荷運行以滿足調(diào)峰要求，導致凝結水泵長期偏離經(jīng)濟運行點，凝結水泵電耗率高，嚴重影響機組運行經(jīng)濟性。2020年～2022年凝結水泵電機運行電耗率統(tǒng)計圖如圖1所示。

圖1 2020年～2022年凝結水泵電機運行電耗率統(tǒng)計圖

經(jīng)調(diào)查，南疆另外兩家電廠的同類型機組凝結水泵電機運行平均電耗率分別為0.19%和0.18%，而該電廠凝結水泵電機運行平均電耗率長期大于0.27%，如圖1所示。從凝結水泵電機運行電耗率調(diào)查情況可以看出，該廠凝結水泵變頻器節(jié)能作用未充分發(fā)揮，凝結水泵電機電耗率一直居高不下，機組煤耗較高，導致生產(chǎn)成本較高。

3　凝結水泵電耗率高原因分析

（1）凝結水泵選型偏大

通過對凝結水泵設計參數(shù)和實際運行參數(shù)的比較可以得出，凝結水泵變頻經(jīng)濟運行的設計揚程為318.7mH₂O，實際運行時的揚程數(shù)值變化在設計值的±3%范圍內(nèi)，不存在凝結水泵選型偏大對凝結水泵電機運行電耗率的影響。

（2）凝結水泵電機軸承溫度高

經(jīng)查閱歷史數(shù)據(jù)，對凝結水泵電機軸承溫度和電耗率進行統(tǒng)計分析，凝結水泵電機軸承溫度隨負荷變化而變化，軸承溫度在40℃～60℃之間，對凝結水泵電機運行電耗率有影響但不明顯。

（3）凝結水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏

現(xiàn)場檢驗凝結水再循環(huán)流量表計，將再循環(huán)調(diào)節(jié)閥全關，流量顯示為0t/h，故凝結水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥不存在內(nèi)漏問題，不會因為內(nèi)漏造成凝結水泵電機運行電耗率升高。

（4）凝結水泵變頻器投入率低

對不同工況下凝結水泵實際運行情況統(tǒng)計，凝結水泵除啟停機階段存在工頻運行情況，其余工況下基本處于變頻控制運行，變頻器投入率在95%以上，變頻器運行穩(wěn)定且故障率低，不存在由于凝結水泵變頻器投入率低造成凝結水泵電機運行電耗率高。

（5）凝結水泵入口濾網(wǎng)差壓高

對凝結水水質進行化驗，水質指標均滿足要求，查閱曲線發(fā)現(xiàn)凝結水泵入口濾網(wǎng)差壓偶有偏高情況，但對凝結水泵電機運行電耗率影響較小。

（6）凝結水泵出口母管壓力設定值高

凝結水泵變頻控制出口母管壓力，由于凝泵滑壓曲線參數(shù)不夠合理，負荷變動較快，壓力設定不及時，除氧器水位調(diào)閥開度較小，造成凝結水泵電機電流明顯升高，直接造成凝結水泵電機運行電耗率升高。

（7）除氧器水位調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失大

除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)由兩臺凝結水泵、100%水位調(diào)節(jié)閥和100%水位旁路閥組成，通過采用調(diào)節(jié)除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度的方式調(diào)節(jié)凝結水量來穩(wěn)定除氧器水位。通過分析歷史趨勢可以得出，負荷變動時除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度一般在50%～60%變化，調(diào)閥開度較小，長期處于節(jié)流狀態(tài)，節(jié)流損失大，從而導致凝結水泵電機運行電耗率高。

4　降低凝結水泵電耗率的優(yōu)化方案

針對造成凝結水泵電耗率高的主要原因采取以下優(yōu)化方案：

4.1　優(yōu)化凝結水泵滑壓曲線

正常運行時，凝結水泵變頻和除氧器水位調(diào)節(jié)閥均為自動，由凝結水泵變頻控制凝結水泵出口母管壓力，運行人員為滿足除氧器上水要求，采用保守的參數(shù)控制方式，提高了凝結水母管壓力設定值，嚴重影響了變頻器的節(jié)能效果。我們通過不斷進行滑壓曲線參數(shù)優(yōu)化試驗，降低變頻控制凝結水壓力設定值來讓除氧器水位調(diào)節(jié)閥不斷開啟，觀察凝結水泵電機電流和除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度情況，整合出各負荷段的最佳凝結水泵出口母管壓力與機組負荷的關系。這種優(yōu)化方案將凝結水泵出口母管壓力優(yōu)化為隨負荷變化的最優(yōu)設定值，在各個負荷階段保證了凝結水泵變頻在最低轉速，除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度最大，最大程度地實現(xiàn)了凝泵變頻的節(jié)能效果。

經(jīng)試驗得出具體參數(shù)如表1所示，該優(yōu)化方案實現(xiàn)了降低凝結水泵電機電流2A以上、除氧器水位調(diào)閥開度增大5%以上。

表1 凝結水泵滑壓曲線優(yōu)化表

4.2　優(yōu)化除氧器水位控制策略

優(yōu)化前由除氧器水位調(diào)節(jié)閥串級三沖量控制除氧器水位，凝結水泵變頻器單回路方式控制凝結水母管壓力的方式調(diào)節(jié)除氧器水位，由于除氧器水位調(diào)節(jié)閥流量特性的限制，在調(diào)節(jié)除氧器水位的過程中，調(diào)節(jié)閥開度較小，始終存在節(jié)流損失，無法充分利用凝結水泵變頻的節(jié)能作用。因此，在原有控制策略基礎上進行優(yōu)化升級，在機組啟動和低負荷運行階段，保留原有的凝結水泵變頻控制策略，即變頻器控制凝結水泵出口母管壓力，除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，但是將凝結水壓力設定值改為了機組負荷指令的函數(shù)。在機組負荷上升到某一定值時，凝泵變頻器單回路自動切換到除氧器水位控制模式，此時除氧器水位調(diào)節(jié)閥保持較大開度，最大限度地減少了節(jié)流損失，提高了凝結水泵變頻節(jié)能的效果。在確定模式切換時的機組負荷設定值時，需要保證凝結水泵出口母管壓力滿足最小壓力的需求，同時凝泵變頻器的輸出頻率在可調(diào)且經(jīng)濟的范圍內(nèi)。經(jīng)多次試驗，得出具體控制策略如下：

在低負荷210MW以下時：

（1）凝泵變頻控制凝結水泵出口母管壓力，根據(jù)機組目標負荷對應凝結水母管壓力設定值；

（2）除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。

在中高負荷210MW以上時：

（1）凝泵變頻器控制水位模式投入；

（2）凝泵變頻控制除氧器水位（三沖量控制）；

（3）除氧器水位調(diào)節(jié)閥根據(jù)鍋爐指令對應的開度開環(huán)控制。

凝結水泵變頻控制優(yōu)化邏輯圖如圖2所示。除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制優(yōu)化邏輯圖如圖3所示。

圖2 凝結水泵變頻控制優(yōu)化邏輯圖

圖3 除氧器水位調(diào)節(jié)閥控制優(yōu)化邏輯圖

5　凝結水泵滑壓曲線和控制策略優(yōu)化后節(jié)能分析

為了確定凝結水泵在優(yōu)化后變頻調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性，我們在不同負荷下對凝結水泵電耗率進行了統(tǒng)計，結果如表2所示。

表2 優(yōu)化前后凝結水泵電機運行電耗率情況統(tǒng)計表

（1) 從優(yōu)化前后相同負荷時的凝結水泵電機運行電耗率記錄情況可以看出，凝結水泵電機運行電耗率由實施前的0.27%以上下降到0.21%左右，其充分發(fā)揮了變頻器的節(jié)能功效。

（2）對凝結水泵的運行滑壓曲線和除氧器水位控制策略的優(yōu)化，不僅降低了凝結水泵出口母管壓力設定值，而且在機組運行試驗中使除氧器水位調(diào)閥開度始終保持在92.5%以上，有效地增加了除氧器水位調(diào)節(jié)閥的開度，減少了閥門節(jié)流損失，降低了凝結水泵電機電流。

（3）優(yōu)化后不僅消除了除氧器水位調(diào)節(jié)閥波動對機組高負荷運行時的影響，而且在各負荷段的控制方式切換時由運行人員手動切換改為自動切換，避免了由于人員的操作不當引發(fā)的機組運行事故，降低了機組安全運行風險。

6　結束語

該優(yōu)化方案通過對凝結水泵滑壓運行參數(shù)的調(diào)整和除氧器水位控制方式的優(yōu)化，降低了凝結水泵出口母管壓力，增大了除氧器水位調(diào)節(jié)閥開度，減少了閥門節(jié)流損失，從而實現(xiàn)了降低凝結水泵電機運行電耗率的目的，并充分發(fā)揮出凝結水泵變頻的節(jié)能特性，降低了廠用電率，節(jié)約了能源，提高了機組運行的經(jīng)濟性和安全性，對同類型供熱機組凝結水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化具有重要的參考價值。

作者簡介：

曾　杰（1997-），男，四川資中人，助理工程師，學士，現(xiàn)就職于浙能阿克蘇熱電有限公司，主要從事火電廠熱工儀表及自動化維護管理方面的工作。

高　菲（1989-），女，遼寧大連人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于浙能阿克蘇熱電有限公司，主要從事火電廠熱工儀表及自動化維護管理方面的工作。

劉昱達（1991-），男，湖北武穴人，工程師，學士，現(xiàn)就職于浙能阿克蘇熱電有限公司，主要從事火電廠熱工儀表及自動化維護管理方面的工作。

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 摘自《自動化博覽》2024年6月刊