吾明良，鄭衛(wèi)東，陳敏

(華能玉環(huán)電廠，浙江省臺州市 317604)

0 引言

華能玉環(huán)電廠目前裝機容量為4×1 000 MW，采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司(三菱重工業(yè)株式會社提供技術(shù)支持)設(shè)計制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，型號為HG－2953/27.56－YM 1;采用上海汽輪機廠(德國西門子公司提供技術(shù)支持)設(shè)計制造的一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，型號為N1000－26.25/600/600。每臺機組配備2臺100%容量的凝結(jié)水泵，1臺運行1臺備用。

4臺機組投產(chǎn)以來，先后多次對A凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造(B凝結(jié)水泵保持工頻)［1-2］。此后由于受汽動給水泵密封水供水壓力、汽輪機旁路系統(tǒng)減溫水壓力等因素的影響，凝結(jié)水壓力有所下降，但凝結(jié)水上水主閥并未完全開足，節(jié)能潛力仍有待進(jìn)一步挖掘。本文提出了增加汽動給水泵密封水升壓系統(tǒng)、解除減溫水壓力約束汽輪機低壓旁路開啟的方案，為凝結(jié)水泵深度變頻創(chuàng)造了條件。通過不同機組負(fù)荷條件下的試驗，確定了凝結(jié)水泵深度變頻的最終方案。

1 機組設(shè)備相關(guān)參數(shù)

汽輪機主要技術(shù)參數(shù)［1］見表1。

表1 汽輪機主要參數(shù)Tab.1Main parameters of turbine

2臺凝結(jié)水泵均為蘇爾壽公司產(chǎn)品，型號為BDC500－510 D3S，立式、筒袋式結(jié)構(gòu)，配備電機功率為2 700 kW。主要技術(shù)參數(shù)［2］見表2。

表2 凝結(jié)水泵技術(shù)參數(shù)Tab.2Technical parameters of condensate pump

2 凝結(jié)水泵深度變頻的制約因素

制約凝結(jié)水泵深度變頻的因素主要有2個:汽動給水泵密封水壓力低和汽輪機低壓旁路減溫水壓力約束。

凝結(jié)水泵變頻改造后，第1階段凝結(jié)水系統(tǒng)壓力降至2.6 MPa。但是由于原系統(tǒng)設(shè)計汽動給水泵密封水取自凝結(jié)水雜用水，而汽動給水泵要求密封水泵入口壓力為0.8～1.5 MPa［3］，且必須確保密封水回水溫度為50～55℃，因此凝結(jié)水母管壓力無法進(jìn)一步降低。汽輪機低壓旁路減溫水也取自凝結(jié)水雜用水，原邏輯設(shè)計減溫水壓力低于1.6 MPa時，低壓旁路閥將無法自動開啟。

3 汽動給水泵密封水壓力低解決方案

3.1 初步方案確定

汽動給水泵主泵軸端密封方式為迷宮式密封，前置泵采用機械密封，主泵及前置泵的密封冷卻水均采用凝結(jié)水。凝結(jié)水泵深度變頻后低負(fù)荷時凝結(jié)水壓力將無法滿足給水泵密封冷卻的需要，因此需要對此凝結(jié)水進(jìn)行升壓。

3.2 密封水升壓系統(tǒng)配置

密封水升壓系統(tǒng)配置通常有2種方式。

方式一。在原密封水管路上增加管道泵直接升壓密封水。這種方式的優(yōu)點是可以降低升壓泵所需的揚程，可選用單級泵，避免級數(shù)過多帶來的泵結(jié)構(gòu)方面的缺陷。缺點是該系統(tǒng)壓力受凝結(jié)水系統(tǒng)運行壓力的影響而造成波動較大。

方式二。對常壓水進(jìn)行升壓，系統(tǒng)入口設(shè)置水箱。這種方式的優(yōu)點是系統(tǒng)相對獨立，缺點是系統(tǒng)入口需要配備較大水箱，占地較大。

綜合各方面優(yōu)缺點，針對玉環(huán)電廠實際情況，決定選方式一，升壓泵為“一用一備”。

3.3 密封水升壓系統(tǒng)參數(shù)確定

(1)流量。現(xiàn)場用手持式流量計實測4臺機組汽動給水泵密封水流量，結(jié)合理論計算［4-5］，確定目前單臺機組2臺汽動給水泵共需密封水流量約14 t/h。考慮到迷宮式密封可能存在的長期運行磨損，間隙變大而造成密封水流量增加的實際情況，選用單臺密封水升壓泵流量為20 t/h。

(2)壓力。根據(jù)給水泵廠家說明書要求，考慮到機組低負(fù)荷時凝結(jié)水泵出口壓力接近0.9 MPa，結(jié)合目前給水泵正常運行時密封水泵入口的實際壓力，并考慮一定裕量，選擇泵的壓力為1.1 MPa。

(3)壓強。考慮到凝結(jié)水泵工頻運行時升壓泵入口壓力極端工況下接近3.8 MPa，選用泵設(shè)計壓強為5.0 MPa，泵入口管路設(shè)計壓強為4.0 MPa，泵出口管路設(shè)計壓強為5.0 MPa。

3.4 密封水升壓系統(tǒng)布置

每臺機組配備2臺密封水升壓泵(“一用一備”)，設(shè)置在汽機房0 m，并列布置，設(shè)旁路，2臺泵入口設(shè)母管。水源取自機組凝結(jié)水雜用母管，出口母管接至汽動給水泵密封水濾網(wǎng)組入口，如圖1所示。

圖1 汽動給水泵密封水升壓泵系統(tǒng)Fig.1Booster pump of seal water for steam feed pump

結(jié)合泵制造廠選型手冊，最終選用密封水升壓泵流量為22 t/h，壓力為1.1 MPa。系統(tǒng)中每臺升壓泵配置再循環(huán)管路，旁路系統(tǒng)配備止回閥，當(dāng)2臺升壓泵都停運時，凝結(jié)水雜用水可以通過2臺泵進(jìn)出口管路、旁路系統(tǒng)同時向汽動給水泵供密封水，系統(tǒng)安全可靠。

4 凝結(jié)水降壓后汽輪機低壓旁路開啟解決方案

供汽輪機低壓旁路減溫水的凝結(jié)水壓力低于1.6 MPa時，低壓旁路將發(fā)關(guān)閉信號，低壓旁路無法自動開啟，事故狀態(tài)時必須手動開啟，給運行操作帶來安全隱患。解決方案是取消減溫水壓力對低壓旁路自動開啟的約束，當(dāng)?shù)蛪号月烽_啟時凝結(jié)水泵能超馳到工頻泵運行。

5 凝結(jié)水泵深度變頻后凝結(jié)水系統(tǒng)運行方式試驗

5.1 初步設(shè)想

(1)原先的除氧器上水輔助調(diào)節(jié)閥不再投用。

(2)機組正常運行階段(負(fù)荷＞400 MW)，除氧器上水主閥維持在一個固定開度，由凝結(jié)水泵變頻器控制除氧器水位。調(diào)節(jié)閥的固定開度隨著負(fù)荷(凝結(jié)水流量)變化而變化，目的是確保凝結(jié)水泵變頻器的輸出頻率處于可調(diào)且經(jīng)濟(jì)的范圍。

(3)在機組的啟動階段或當(dāng)其他汽輪機低壓旁路需要開啟時，凝結(jié)水泵超馳至工頻泵運行，除氧器上水主閥速關(guān)至當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)下的閥位開度后，釋放控制除氧器水位。

(4)汽動給水泵正常運行，密封水升壓泵跳閘后，凝結(jié)水泵變頻控制凝結(jié)水母管壓力，母管壓力定值為2.5MPa，除氧器上水主閥處于節(jié)流狀態(tài)，除氧器上水主閥速關(guān)至當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)下的閥位開度后，釋放控制除氧器水位。

5.2 試驗?zāi)康?/h3>

(1)確定不同負(fù)荷下凝結(jié)水泵最低頻率輸出時，除氧器上水主閥的開度。

(2)確定不同負(fù)荷下凝結(jié)水泵最高頻率輸出時，除氧器上水主閥的開度。

(3)確定不同負(fù)荷下凝結(jié)水泵以最高頻率(等同于工頻)輸出時，穩(wěn)定工況下除氧器上水主閥的開度。

(4)凝結(jié)水泵變頻控制除氧器水位的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。

(5)凝結(jié)水泵變頻控制凝結(jié)水母管壓力的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。

(6)除氧器上水主閥在凝結(jié)水管路壓力為2.5 MPa和變頻器工頻輸出模式下，水位控制調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。

(7)檢驗?zāi)Y(jié)水泵變頻壓力控制和除氧器水位控制模式之間的切換。

(8)檢驗除氧器上水主閥處于“自動”情況下凝結(jié)水泵變頻與工頻之間的切換。

(9)檢驗在凝結(jié)水系統(tǒng)異常(汽輪機低壓旁路快開、變頻變工頻等)工況下，凝結(jié)水泵變頻自動控制與除氧器上水主閥自動控制水位。

5.3 試驗過程

5.3.1 除氧器上水主閥開度試驗(變頻器工頻輸出)

機組自動發(fā)電量控制(automatic generation control，AGC)撤出，保持負(fù)荷穩(wěn)定;觀察除氧器上水主閥最終的穩(wěn)定開度，并記錄。該試驗從500 MW一直延續(xù)到1 000 MW，每100 MW為1個斷點。

5.3.2 除氧器上水主閥開度試驗(變頻模式下密封水升壓泵運行)

(1)機組AGC撤出，保持負(fù)荷穩(wěn)定。(2)除氧器上水主閥全開切手動。

(3)手動操作凝結(jié)水泵變頻輸出至較低。

(4)觀察除氧器水位情況，如果除氧器水位無法穩(wěn)定或凝結(jié)水泵出口母管壓力過低，由運行人員手動適當(dāng)關(guān)小除氧器水位主調(diào)節(jié)閥;凝結(jié)水泵振動大或變頻不穩(wěn)定，由運行人員手動適當(dāng)增加變頻輸出或切至工頻泵運行。

該試驗從1 000 MW一直延續(xù)到500 MW，每100 MW為1個斷點，負(fù)荷最低降至470 MW。

5.3.3 變頻控制凝結(jié)水母管壓力的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

(1)機組AGC撤出，保持負(fù)荷穩(wěn)定。

(2)手動改變凝結(jié)水母管壓力設(shè)定值，觀察除氧器水位變化情況，待除氧器水位、凝結(jié)水母管壓力穩(wěn)定后，再將凝結(jié)水母管壓力恢復(fù)至原設(shè)定值(設(shè)定值每次變化±0.1 MPa)。

(3)根據(jù)除氧器實際水位波動情況，重新整定除氧器上水主閥調(diào)節(jié)器參數(shù)。

(4)觀察除氧器水位、凝結(jié)水母管壓力波動情況，嚴(yán)密監(jiān)視凝結(jié)水管道、凝結(jié)水泵振動情況，如果出現(xiàn)異常立即停止試驗，由運行人員手動處理。

5.3.4 除氧器上水主閥開度試驗(變頻模式下密封水管泵全部停運)

試驗前，凝結(jié)水泵變頻投自動控制除氧器水位，除氧器上水主閥處于自動，汽泵密封水升壓泵單臺運行。

(1)機組AGC撤出，保持負(fù)荷穩(wěn)定。(2)除氧器上水主閥全開切手動。

(3)由運行人員手動停運所有密封水升壓泵。

(4)觀察除氧器水位情況，如果除氧器水位無法穩(wěn)定或凝結(jié)水泵出口母管壓力過低，手動適當(dāng)關(guān)小除氧器水位主調(diào)節(jié)閥。

(5)凝結(jié)水泵振動大或變頻不穩(wěn)定，手動適當(dāng)增加變頻輸出或切至工頻泵運行。

該試驗從7 00 MW一直延續(xù)到500 MW，每50 MW為1個斷點，負(fù)荷最低降至477.8 MW。

5.3.5 凝結(jié)水泵變頻泵與工頻泵切換試驗

本試驗分2步進(jìn)行，一為變頻泵轉(zhuǎn)速手動升至工頻泵轉(zhuǎn)速，啟動工頻泵，停運變頻泵，除氧器上水主閥控制水位;二為重新啟動變頻泵，停運工頻泵，變頻泵投自動調(diào)節(jié)控制水位。

(1)手動將變頻轉(zhuǎn)速提高，最終升至工頻轉(zhuǎn)速。

(2)手動啟動工頻泵B，穩(wěn)定2 min后，停運變頻泵A。

(3)由運行人員將變頻泵A投備用。

(4)工頻泵穩(wěn)定運行10 min后觀察除氧器水位情況，如果除氧器水位無法穩(wěn)定或凝結(jié)水泵出口母管壓力過低，由運行人員手動適當(dāng)關(guān)小除氧器水位主閥。

(5)凝結(jié)水泵振動大或變頻不穩(wěn)定，由運行人員手動適當(dāng)增加變頻輸出或切至工頻泵運行。

5.3.6 凝結(jié)水系統(tǒng)故障時凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)試驗

在凝結(jié)水系統(tǒng)異常(汽輪機低壓旁路快開、變頻變工頻等)工況下，凝結(jié)水泵變頻自動控制除氧器上水主閥。試驗盡量減小對除氧器水位的擾動。試驗?zāi)M低壓旁路請求開信號。

(1)模擬低壓旁路請求開信號。

(2)凝結(jié)水泵變頻自動提升至工頻轉(zhuǎn)速，同時除氧器主上水主閥將超馳關(guān)至凝結(jié)水泵工頻運行時當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)下的開度，此后凝結(jié)水泵變頻繼續(xù)控制除氧器水位。

(3)釋放低壓旁路請求開信號。

(4)除氧器上水主閥逐漸全開(由當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)下變頻運行時的開度曲線決定)，凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速逐漸下降，凝結(jié)水泵變頻全程控制除氧器水位。

5.4 試驗結(jié)果及分析

5.4.1 除氧器上水主閥開度試驗(變頻器工頻輸出)

試驗前凝結(jié)水泵一直在工頻模式下運行，通過調(diào)用歷史曲線，可以擬合得到負(fù)荷對應(yīng)的除氧器上水主閥開度曲線［6］，如圖2所示。

圖2 工頻模式下負(fù)荷對應(yīng)除氧器上水主閥開度曲線Fig.2Opening curves of water-feeding main valve in deaerator with different load under power frequency mode

5.4.2 除氧器上水主閥開度試驗(變頻模式下密封水升壓泵運行)

該試驗每次降負(fù)荷50 MW左右，凝結(jié)水泵變頻全程自動控制除氧器水位。隨著負(fù)荷下降，凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速與泵機電流均明顯下降。負(fù)荷最低降至471.2 MW，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速降至863 r/min，泵機電流降至41.6 A，凝結(jié)水泵出口母管壓力最低為1.1 MPa。整個試驗過程中除氧器上水主閥一直保持全開，凝結(jié)水流量最低為944 t/h，能保證機組穩(wěn)定運行。

通過試驗可以得到變頻控制水位過程中負(fù)荷對應(yīng)上水主閥開度曲線［6］，如圖3所示。

圖3 變頻模式下負(fù)荷對應(yīng)除氧器上水主閥開度Fig.3Opening curves of water-feeding main valve in deaerator with different load under frequency conversion mode

5.4.3 變頻控制凝結(jié)水母管壓力調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

試驗時機組負(fù)荷穩(wěn)定在500 MW，除氧器水位設(shè)定值為2 900 mm，通過輸入模擬信號，強制凝結(jié)水泵變頻控制出口母管壓力，凝結(jié)水泵變頻全程控制除氧器水位。當(dāng)凝結(jié)水泵出口母管壓力低于0.9 MPa時自啟動凝結(jié)水泵B，凝結(jié)水泵出口母管壓力低于1.05 MPa時自啟動密封水升壓泵。壓力設(shè)定值改變過程中，凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速及電流變化較大，除氧器水位最高波動為2 946 mm，最低為2 876 mm。

通過試驗可以看出，凝結(jié)水母管壓力變化時，除氧器水位波動較大，同時控制方式相對繁瑣。經(jīng)討論，直接取消該控制方式。

5.4.4 除氧器上水主閥開度試驗(變頻模式下密封水升壓泵全部停運)

為了進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能效果，嘗試將2臺密封水升壓泵均停運，測試是否能滿足汽動給水泵運行要求。從前面的試驗中可以看出，機組負(fù)荷在600 MW以上時，停運2臺密封水升壓泵能滿足汽動給水泵的要求。此次試驗需要將負(fù)荷降至更低，在保證機組穩(wěn)定前提下爭取找到臨界點。試驗初始負(fù)荷700 MW，逐漸降負(fù)荷，負(fù)荷最終降至477.8 MW。

通過試驗可以看出，負(fù)荷下降過程中，凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速、電流、出口母管壓力沒有出現(xiàn)明顯波動，汽動給水泵密封水供水正常。

5.4.5 凝結(jié)水泵變頻泵與工頻泵切換試驗

本試驗?zāi)M機組正常運行時變頻泵與工頻泵的切換，需要盡量降低對機組的擾動及降低除氧器水位波動。

通過試驗可以看出，變頻凝結(jié)水泵升轉(zhuǎn)速至工頻轉(zhuǎn)速、保持變頻凝結(jié)水泵和工頻凝結(jié)水泵同時運行、停運和啟動變頻凝結(jié)水泵的過程中，除氧器水位、汽動給水泵密封水回水溫度等參數(shù)基本穩(wěn)定。

5.4.6 凝結(jié)水系統(tǒng)故障時凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)試驗

本試驗?zāi)M汽輪機低壓旁路開信號，當(dāng)變頻轉(zhuǎn)速迅速超馳至工頻轉(zhuǎn)速的同時，除氧器水位主閥也超馳關(guān)至凝結(jié)水泵工頻運行的當(dāng)前負(fù)荷下的開度(19%);當(dāng)取消低壓旁路開信號后，除氧器水位主閥又逐漸開至凝結(jié)水泵變頻運行時當(dāng)前負(fù)荷下的開度(100%)，凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速同時逐漸降低。

整個試驗過程中，除氧器水位波動較小，機組負(fù)荷穩(wěn)定，凝結(jié)水系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

6 凝結(jié)水泵深度變頻后經(jīng)濟(jì)效益分析

凝結(jié)水泵深度變頻后凝結(jié)水管道壓力進(jìn)一步降低，不同凝結(jié)水泵控制方式下的參數(shù)對比如表3所示。

表3 不同凝結(jié)水泵控制方式下的參數(shù)對比Tab.3Comparison of condensate pump parameters under different control mode

從表3可以看出，凝結(jié)水泵采取變頻方式后電流下降明顯，但是由于受汽輪機低壓旁路及汽動給水泵供水要求制約，除氧器主閥并未完全開啟。而采取深度變頻方式后，除氧器主閥完全開啟，節(jié)流損失降到最低，凝結(jié)水泵電流和轉(zhuǎn)速得到進(jìn)一步下降，節(jié)能效果顯著。從表3還可以看出，機組低負(fù)荷時凝結(jié)水泵電流遞減值最大，變頻優(yōu)勢尤為顯著。

7 結(jié)語

隨著我國“節(jié)能減排”政策執(zhí)行力度的與日俱增，各電廠對于節(jié)能減排工作的重視程度也不斷提高。玉環(huán)電廠經(jīng)過不斷探索和實踐，在凝結(jié)水泵變頻技術(shù)方面取得較大的成績，本文提出的凝結(jié)水泵深度變頻的最終方案可供其他電廠凝結(jié)水泵變頻改造參考。

［1］華東電力設(shè)計院.華能玉環(huán)電廠工程施工圖［R］.上海:華東電力設(shè)計院，2005.

［2］Sulzer Pumps LTD.Use and maintenance manual of condensate pump［Z］.England:Sulzer Pumps LTD.

［3］EBARA Corporation.Installation，maintenance＆operation manual［Z］.JAPAN:EBARA Corporation.

［4］DL 5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2000.

［5］DL/T 5054—1996火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，1996.

［6］羅志浩.華能玉環(huán)電廠3號機組凝泵變頻改造后試驗報告［R］.杭州:杭州意能電力技術(shù)有限公司，2012.

(編輯:楊大浩)