邢立軍，馬永勝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

1 問(wèn)題的提出

隨著火電技術(shù)的快速發(fā)展，超超臨界火電機(jī)組已遍布全國(guó)。國(guó)內(nèi)超超臨界火電機(jī)組的控制系統(tǒng)大部分是Windows平臺(tái)上的分散控制系統(tǒng)(DCS)，各系統(tǒng)和設(shè)備通過(guò)邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)了控制的自動(dòng)化。

1000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點(diǎn)，是今后我國(guó)火電機(jī)組的發(fā)展方向。此次探討的2臺(tái)機(jī)組各配置3臺(tái)50%容量的多級(jí)離心式凝結(jié)水泵，凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為2臺(tái)變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，1臺(tái)工頻凝結(jié)水泵備用。在正常運(yùn)行方式下，1臺(tái)變頻凝結(jié)水泵運(yùn)行，由除氧器上水調(diào)節(jié)門(mén)自動(dòng)控制凝結(jié)水流量以保持除氧器水位穩(wěn)定，人工調(diào)整凝結(jié)水泵變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和確保凝結(jié)水母管壓力在正常范圍內(nèi);當(dāng)運(yùn)行凝結(jié)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用工頻凝結(jié)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行，由除氧器上水調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度來(lái)控制除氧器水位。在正常運(yùn)行情況下，負(fù)荷是變動(dòng)的，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，運(yùn)行人員必須不斷對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)以適應(yīng)負(fù)荷變化的需求。這樣的控制調(diào)整存在以下問(wèn)題:

(1)在正常運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組投自動(dòng)發(fā)電量控制(AGC)方式時(shí)，機(jī)組負(fù)荷隨電網(wǎng)負(fù)荷需求上、下波動(dòng)，特別是在機(jī)組低負(fù)荷區(qū)域，在保證凝結(jié)水流量的同時(shí)，必須保證凝結(jié)水母管壓力不低于2.2MPa，否則會(huì)引起汽動(dòng)給水泵軸承溫度升高及軸承振動(dòng)等。

(2)機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，必須進(jìn)行人工干預(yù)，保證凝結(jié)水母管壓力為2.5～3.5 MPa，降低了機(jī)組的自動(dòng)化程度。

(3)在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，由除氧器上水調(diào)門(mén)控制除氧器水位，產(chǎn)生了節(jié)流損失，降低了凝結(jié)水泵變頻節(jié)能運(yùn)行方式的投入率。

(4)運(yùn)行人員必須時(shí)刻監(jiān)視、調(diào)整凝結(jié)水泵的變頻轉(zhuǎn)速，以保持凝結(jié)水母管壓力不超限并達(dá)到節(jié)能的目的，無(wú)形中增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在自動(dòng)化控制技術(shù)高速發(fā)展的今天，凝結(jié)水母管壓力和除氧器水位之間通過(guò)邏輯協(xié)調(diào)控制已成為可能。

2 凝結(jié)水系統(tǒng)構(gòu)成

該凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置3臺(tái)50%容量凝結(jié)水泵，其中3臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。設(shè)置4臺(tái)低壓加熱器、1臺(tái)軸封冷卻器及1套凝結(jié)水精處理裝置。在凝結(jié)水精處理裝置后設(shè)有各項(xiàng)減溫噴水和雜項(xiàng)用水，在軸封冷卻器后設(shè)有除氧器水位調(diào)節(jié)站，有2組調(diào)節(jié)閥以及電動(dòng)旁路閥、凝結(jié)水最小流量再循環(huán)管路，泵的最小流量不超過(guò)額定流量的25%。凝結(jié)水泵泵軸為2段軸，用套筒式聯(lián)軸器連接，共5級(jí)葉輪。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了運(yùn)行的安全性，凝結(jié)水泵進(jìn)口的電動(dòng)水封閘閥與泵聯(lián)鎖，避免在進(jìn)口閥關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)凝結(jié)水泵，出口門(mén)為電動(dòng)閘閥，也與凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)凝結(jié)水泵啟動(dòng)后，出口電動(dòng)門(mén)聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟，凝結(jié)水泵停止后，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉出口門(mén)。

3 凝結(jié)水泵參數(shù)及結(jié)構(gòu)

凝結(jié)水泵技術(shù)參數(shù):形式，立式筒袋型;型號(hào)，9.5LDTNB －5;級(jí)數(shù)，5;密封形式，機(jī)械密封;流量，1254 t/h;轉(zhuǎn)速，1 480 r/min;效率，84%;制造單位，沈陽(yáng)水泵廠。凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù):型號(hào)，YKSL560 －4;功率，1 500 kW;電壓，10 kV;電流，102.4 A;轉(zhuǎn)速，1 488 r/min;制造廠家，沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司。凝結(jié)水泵各級(jí)外形如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水泵各級(jí)外形

凝結(jié)水泵首級(jí)葉輪采用雙吸葉輪結(jié)構(gòu)，采用抗汽蝕性能較好的不銹鋼材料(ZG1Cr13Ni)制造，并考慮防汽蝕措施。泵的第2級(jí)～第5級(jí)均為單側(cè)進(jìn)水，故每級(jí)都有1個(gè)在擴(kuò)散蝸殼中運(yùn)轉(zhuǎn)的單側(cè)進(jìn)水葉輪。葉輪的吸入孔朝下對(duì)著前一級(jí)，還裝有一個(gè)逆向頸環(huán)和平衡室以盡量減少水力載荷。擴(kuò)散器通道將水流從每個(gè)葉輪的周緣引向下一級(jí)葉輪的吸入口。每級(jí)泵殼都設(shè)有一套凝結(jié)水潤(rùn)滑的軸承，用于支承泵軸，軸承材料為BBF6。葉輪用鍵固定在軸上，并由端部與軸肩緊貼的套筒進(jìn)行軸向定位，從水泵最后一級(jí)排出的凝結(jié)水通過(guò)1根垂直管流出水泵。凝結(jié)水泵采用集裝式機(jī)械密封，密封水系統(tǒng)平衡(泄壓)水由水泵本體回收，裝在凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)托架上的止推軸承和徑向軸承承受轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重量和所施加的水力載荷;軸承設(shè)有整裝一體的油潤(rùn)滑系統(tǒng)。在正常運(yùn)行中，推力軸承處的水平振動(dòng)不大于0.06 mm，軸承的設(shè)計(jì)負(fù)載能力很大，能在一定超載的情況下運(yùn)行。

4 凝結(jié)水泵正常運(yùn)行方式

在正常情況下，A，C 2臺(tái)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行，B凝結(jié)水泵投入聯(lián)鎖備用且出口門(mén)開(kāi)啟。當(dāng)1臺(tái)變頻泵出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)B凝結(jié)水泵(工頻)，將無(wú)故障變頻泵出力調(diào)整至額定出力，保持工頻泵和變頻泵并列運(yùn)行，聯(lián)系檢修人員及時(shí)處理出現(xiàn)故障的變頻泵，故障消除后將工頻泵切為變頻泵運(yùn)行。在正常運(yùn)行過(guò)程中，1臺(tái)變頻泵跳閘后應(yīng)立即檢查工頻泵，保證工頻泵聯(lián)啟正常，出口門(mén)聯(lián)開(kāi)，利用凝結(jié)水再循環(huán)閥調(diào)整凝結(jié)水母管壓力至正常值，并將變頻泵調(diào)整至額定出力。在正常運(yùn)行過(guò)程中，A，C 2臺(tái)凝結(jié)水泵在變頻方式下長(zhǎng)期運(yùn)行，為保證B凝結(jié)水泵良好備用，應(yīng)定期啟動(dòng)B凝結(jié)水泵運(yùn)行一段時(shí)間后停運(yùn);凝結(jié)水母管壓力保持在2.3～3.5 MPa，不允許大幅度波動(dòng);除氧器上水調(diào)節(jié)閥投入自動(dòng)控制除氧器水位，使用凝結(jié)水泵變頻主控手動(dòng)調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力。在汽動(dòng)給水泵密封水回水溫度60℃和汽動(dòng)給水泵振動(dòng)允許的情況下，盡量降低凝結(jié)水母管壓力。機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整凝結(jié)水泵變頻器出力和除氧器上水調(diào)閥開(kāi)度，在保證除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力的前提下，降低變頻器出力。

A，C凝結(jié)水泵在變頻運(yùn)行期間，除氧器上水調(diào)節(jié)門(mén)和凝結(jié)水泵變頻主控不允許同時(shí)投入“自動(dòng)”。為保證A，C凝結(jié)水泵變頻投入自動(dòng)期間凝結(jié)水母管壓力不致過(guò)高和過(guò)低，當(dāng)凝結(jié)水壓力高于3.5 MPa或低于2.2 MPa時(shí)，A，C凝結(jié)水泵變頻強(qiáng)制切為手動(dòng)控制，此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)立即手動(dòng)調(diào)整凝結(jié)水母管壓力至正常值，并保證除氧器水位穩(wěn)定。在調(diào)整凝結(jié)水母管壓力時(shí)，應(yīng)避免大幅波動(dòng)，并注意以下3點(diǎn):

(1)嚴(yán)密監(jiān)視凝結(jié)水用戶(hù)情況，防止電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的密封水回水溫度大幅波動(dòng)(電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的密封水回水溫度不允許超過(guò)80℃)。

(2)嚴(yán)密監(jiān)視給水泵振動(dòng)變化情況，防止因汽動(dòng)給水泵密封水溫度變化而導(dǎo)致振動(dòng)突增，必要時(shí)可解除密封水回水溫度自動(dòng)控制，手動(dòng)調(diào)節(jié)正常后投入自動(dòng)。

(3)手動(dòng)調(diào)整凝結(jié)水泵變頻應(yīng)緩慢，防止自動(dòng)控制調(diào)整不及時(shí)導(dǎo)致凝結(jié)水母管壓力和除氧器水位大幅波動(dòng)。

5 控制觀點(diǎn)的提出

在正常運(yùn)行調(diào)整中，為保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)節(jié)門(mén)只能投其中一種方式運(yùn)行。

在除氧器水位調(diào)整門(mén)投自動(dòng)，凝結(jié)水泵變頻器在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，凝結(jié)水泵的變頻器輸出頻率必須高于實(shí)際負(fù)荷所需要的頻率，以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要，出現(xiàn)運(yùn)行工況變動(dòng)后運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負(fù)荷的需求，同時(shí)保證凝結(jié)水母管壓力正常。當(dāng)除氧器水位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3個(gè)參數(shù)構(gòu)成的串級(jí)回路，輸出開(kāi)度指令至除氧器水位調(diào)整門(mén)，調(diào)整除氧器水位調(diào)整門(mén)的開(kāi)度來(lái)保證凝結(jié)水流量，以穩(wěn)定除氧器水位。這種調(diào)節(jié)總是滯后的，并且一直產(chǎn)生節(jié)流損失，不利于節(jié)能降耗，降低了凝結(jié)水泵變頻器的投入率。這種調(diào)整方式基本類(lèi)同于最早的除氧器水位調(diào)節(jié)方式，優(yōu)點(diǎn)是依靠運(yùn)行人員調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，維持凝結(jié)水母管壓力在限值以?xún)?nèi)比較安全、可靠，是1 000 MW超超臨界機(jī)組在凝結(jié)水流量控制中廣泛采用的運(yùn)行方式。

凝結(jié)水泵變頻器在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，除氧器水位調(diào)整門(mén)保持在全開(kāi)位。運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況控制除氧器水位調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度，保證凝結(jié)水母管壓力正常，凝結(jié)水泵變頻器通過(guò)輸出頻率的改變來(lái)調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制凝結(jié)水泵到除氧器的上水量，保證除氧器水位穩(wěn)定在運(yùn)行人員設(shè)定的范圍內(nèi)。當(dāng)除氧器水位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、省煤器出口流量、除氧器水位3個(gè)參數(shù)構(gòu)成的串級(jí)回路，輸出轉(zhuǎn)速指令至變頻器，調(diào)整凝結(jié)水泵的上水量，以穩(wěn)定除氧器水位。這種控制調(diào)節(jié)方式是660 MW以下容量機(jī)組在凝結(jié)水泵變頻改造完成后普遍采用的控制方式，實(shí)現(xiàn)了凝結(jié)水泵在機(jī)組運(yùn)行中的節(jié)能降耗且節(jié)能效果明顯。這種控制方式雖然實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，但在機(jī)組運(yùn)行中不能保證凝結(jié)水母管壓力在正常范圍，給輔機(jī)的安全運(yùn)行留下了隱患。

上述2種凝結(jié)水調(diào)節(jié)方式都缺乏調(diào)整上的連續(xù)性，降低了機(jī)組的整體性能。根據(jù)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)的特點(diǎn)，在凝結(jié)水控制中引入?yún)f(xié)調(diào)控制方式，通過(guò)對(duì)除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力的相互協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門(mén)同時(shí)投自動(dòng)，提高機(jī)組的自動(dòng)化程度。

6 凝結(jié)水系統(tǒng)控制方式

6.1 基本控制方式

凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)和除氧器水位調(diào)整門(mén)都在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)，運(yùn)行人員可單獨(dú)對(duì)凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門(mén)進(jìn)行操作，維持除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。

6.2 除氧器水位調(diào)整門(mén)跟隨方式

除氧器水位調(diào)整門(mén)在自動(dòng)狀態(tài)，凝結(jié)水泵變頻器在手動(dòng)狀態(tài)，除氧器水位調(diào)整門(mén)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化自動(dòng)維持除氧器水位在正常范圍內(nèi)，運(yùn)行人員根據(jù)凝結(jié)水母管壓力的變化調(diào)整凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速，維持母管壓力正常。

6.3 凝結(jié)水泵變頻跟隨

凝結(jié)水泵變頻器在自動(dòng)狀態(tài)，維持凝結(jié)水母管壓力穩(wěn)定;除氧器水位調(diào)整門(mén)在手動(dòng)狀態(tài)，由運(yùn)行人員根據(jù)除氧器水位的變化來(lái)調(diào)整其開(kāi)度，保持除氧器水位穩(wěn)定。

6.4 凝結(jié)水泵變頻與除氧器調(diào)整門(mén)協(xié)調(diào)控制

凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)節(jié)門(mén)都在自動(dòng)方式運(yùn)行，除氧器水位調(diào)整門(mén)主控凝結(jié)水流量(保持除氧器水位)與凝結(jié)水泵變頻轉(zhuǎn)速主控凝結(jié)水母管壓力之間建立適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)關(guān)系。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，相應(yīng)的凝結(jié)水流量也發(fā)生變化，凝結(jié)水泵變頻器和除氧器水位調(diào)整門(mén)同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的同時(shí)維持除氧器水位和凝結(jié)水母管壓力在正常值。考慮機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在除氧器水位調(diào)節(jié)門(mén)保持全開(kāi)的情況下，優(yōu)先調(diào)節(jié)凝結(jié)水泵的變頻轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

7 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)組投產(chǎn)前，就機(jī)組的選型、設(shè)計(jì)、控制等進(jìn)行優(yōu)化，以最大限度地節(jié)能降耗。特別是在機(jī)組調(diào)試期間對(duì)機(jī)組的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，能夠使機(jī)組控制更加完善、合理，自動(dòng)化程度更高，更能適應(yīng)機(jī)組不同運(yùn)行方式的控制，以保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行。凝結(jié)水系統(tǒng)的控制在實(shí)際運(yùn)行中占有重要地位，調(diào)節(jié)方式的好壞直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。