楊碩

摘 要：文章簡(jiǎn)單介紹了廣東粵電湛江中粵能源有限公司#1機(jī)凝結(jié)水泵A永磁調(diào)速改造的應(yīng)用情況，并對(duì)其節(jié)能情況及日后的優(yōu)化方向進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；永磁調(diào)速；控制策略；經(jīng)濟(jì)性

1 概述

湛江中粵能源有限公司1號(hào)機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N600-16.7/538/538-75B，凝結(jié)水系統(tǒng)配套兩臺(tái)上海KSB泵有限公司制造的NLT500-570*4S型凝結(jié)水泵，一用一備運(yùn)行方式。額定流量為1733m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為305.7m，配用功率2000kW，額定轉(zhuǎn)速1480rpm。電機(jī)型號(hào)YKSL630-4TH，配用功率2000kW，湘潭電機(jī)廠制造。由于系統(tǒng)配置的凝結(jié)水泵容量與揚(yáng)程均有較大的裕量，機(jī)組在調(diào)峰運(yùn)行、除氧器水位調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟不足，有較大的節(jié)流損失。而且水泵一直在大大偏離設(shè)計(jì)的高效率區(qū)域運(yùn)行，在一定程度上影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了降低機(jī)組的能耗，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，公司已將凝結(jié)水泵改為變速調(diào)節(jié)，利用永磁調(diào)速技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速，采用調(diào)整間隙的方法，通過(guò)永磁傳遞力矩驅(qū)動(dòng)水泵的方式達(dá)到凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的，結(jié)合原有的除氧器上水調(diào)門來(lái)控制與維持除氧器水位。

2 調(diào)速原理

本套永磁調(diào)速設(shè)備采用美國(guó)MagnaDrive公司提供的永磁調(diào)速設(shè)備，采用該設(shè)備后，通過(guò)永磁轉(zhuǎn)子和另一端導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，同時(shí)通過(guò)智能電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)氣隙大小實(shí)現(xiàn)電機(jī)和凝結(jié)水泵之間的轉(zhuǎn)距控制，從而實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵的速度調(diào)節(jié)。此套永磁調(diào)速裝置通過(guò)DCS將參數(shù)調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)PID調(diào)節(jié)或者操作員設(shè)置的指令，變成4～20mA信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推動(dòng)永磁調(diào)速裝置的氣隙調(diào)節(jié)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。在遠(yuǎn)程信號(hào)如出現(xiàn)問(wèn)題或現(xiàn)場(chǎng)需要，可以通過(guò)執(zhí)行器的手動(dòng)裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)將實(shí)時(shí)的位置反饋以4-20MA信號(hào)返回DCS，供操作人員觀察判斷。

3 系統(tǒng)改造

本次凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造工程為一臺(tái)凝結(jié)水泵的改造項(xiàng)目，主要的設(shè)備包括永磁調(diào)速裝置本體（一套）、冷卻水系統(tǒng)（一套）、電氣相關(guān)輔助設(shè)備和凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造工程范圍內(nèi)所有配套的熱工儀表，根據(jù)永磁設(shè)備控制需要，控制系統(tǒng)內(nèi)要增壓溫度、壓力、流量、液位等監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，保障設(shè)備安全運(yùn)行。2014年9-11月#1機(jī)組停機(jī)檢修， #1機(jī)組凝泵A永磁改造計(jì)劃在此次停機(jī)檢修中實(shí)施，10月17日由設(shè)備部電氣分許組織召開(kāi)技術(shù)改造協(xié)調(diào)會(huì)，討論改造工作方案布置工作內(nèi)容，到11月7日#1機(jī)組啟動(dòng)凝泵A投入使用，歷時(shí)20天。安裝調(diào)試了執(zhí)行機(jī)構(gòu)1臺(tái)、溫度壓力等監(jiān)測(cè)儀表8塊，DCS控制系統(tǒng)新增邏輯組態(tài)10頁(yè)。

4 除氧器調(diào)門控制與永磁調(diào)速控制策略

凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造之后，原有的除氧器水位控制回路必須進(jìn)行相應(yīng)的修改。凝結(jié)水流量與壓力在流動(dòng)過(guò)程中是相互耦合的對(duì)象。目前主要有以下幾種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)流量（除氧器水位）與壓力的控制。

方案一：采用永磁調(diào)轉(zhuǎn)速控制凝結(jié)水流量，達(dá)到控制除氧器水位的目的，母管出口壓力由原除氧器上水主副調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)。永磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)跟蹤除氧器的水位，當(dāng)除氧器的水位與設(shè)定值有偏差時(shí)，PID將會(huì)對(duì)永磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中為了避免開(kāi)度過(guò)小造成凝泵出口壓力過(guò)低（小于1.7MPa），閉鎖減調(diào)速泵指令，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)鍋爐用水量迅速增加時(shí)，邏輯將會(huì)對(duì)給水流量的變化量進(jìn)行超調(diào)，提前改變凝泵的出力，避免除氧器水位有大的波動(dòng)。

除氧器水位調(diào)節(jié)閥門調(diào)壓控制邏輯為在凝結(jié)水泵A單泵運(yùn)行時(shí)除氧器水位主調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制凝結(jié)水泵出口凝結(jié)水壓力，此壓力設(shè)定值是一個(gè)負(fù)荷變參數(shù)函數(shù)，函數(shù)曲線如表所示。

方案二：調(diào)速凝結(jié)水泵用于調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管水壓，原有的除氧器上水主副調(diào)節(jié)閥門仍用于調(diào)節(jié)除氧器水位。

該兩種方案各具特點(diǎn)，方案二邏輯相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，改造過(guò)程邏輯修改量較小，符合改造前的操作習(xí)慣，同時(shí)可以保證凝結(jié)水母管壓力的穩(wěn)定，確保凝結(jié)水用戶有足夠的壓頭，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。然而，方案二在機(jī)組負(fù)荷加大而且調(diào)門開(kāi)度在接近全開(kāi)或全開(kāi)狀態(tài)下，系統(tǒng)無(wú)法保證機(jī)組的除氧器的水位，即除氧器的水位失去了調(diào)節(jié)手段。方案二只能在機(jī)組相應(yīng)的調(diào)門在負(fù)荷全程范圍內(nèi)調(diào)門開(kāi)度均在80%以下方可采用。方案一實(shí)際上是在彌補(bǔ)方案二的不足，然而，該方案在低負(fù)荷時(shí)，對(duì)凝結(jié)水母管壓力的穩(wěn)定會(huì)帶來(lái)不利因素。

綜上所述，在改造過(guò)程中，我們充分發(fā)揮兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，即在低負(fù)荷時(shí)采用方案二、在高負(fù)荷階段采用方案一。

因此本次永磁調(diào)速改造控制策略基本上可以概括為：低負(fù)荷段除氧器調(diào)門單/三沖量調(diào)節(jié)水位，調(diào)速泵調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力，負(fù)荷達(dá)到350MW后（此負(fù)荷可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行在線修改），除氧調(diào)門自動(dòng)調(diào)節(jié)凝結(jié)水出口母管壓力，，此時(shí)調(diào)速泵三沖量調(diào)節(jié)水位，當(dāng)負(fù)荷下降到350 MW，調(diào)速泵無(wú)擾轉(zhuǎn)為調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力，同時(shí)除氧器上水主副調(diào)門自動(dòng)調(diào)節(jié)水位。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

原設(shè)計(jì)單臺(tái)凝結(jié)水泵的最大流量約為1530m3/h左右。根據(jù)運(yùn)行記錄和控制數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)天的機(jī)組負(fù)荷在500MW左右，運(yùn)行電流178A左右，現(xiàn)場(chǎng)DCS顯示流量約為1406m3/h，游標(biāo)值為817m3/h，絕大部分能量消耗在閥門上。凝結(jié)水泵隨工藝設(shè)備全年運(yùn)行小時(shí)約7200h。按凝結(jié)水泵的啟動(dòng)方式為常規(guī)啟動(dòng)，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)期能耗計(jì)算如下：

其中COS？漬為電機(jī)功率因數(shù)，此臺(tái)電機(jī)為0.89。

改造前耗能數(shù)據(jù)

改造后耗能數(shù)據(jù)

從上述兩個(gè)耗電表格可以看出，#1機(jī)組凝泵A永磁調(diào)速裝置投入運(yùn)行后，通過(guò)與改造前的運(yùn)行工況相比凝泵電機(jī)的功耗有了明顯的降低，有了一定的節(jié)能效果，具體數(shù)據(jù)如表所示。

從上表可以看出，改造后的凝結(jié)水泵在低負(fù)荷時(shí)節(jié)能效果較為明顯。

6 優(yōu)化方向

目前我廠#1機(jī)組凝結(jié)水壓力控制是根據(jù)之前的經(jīng)驗(yàn)曲線所得，控制的最小壓力為1.65MPa，此壓力值是初步設(shè)定的，為了達(dá)到凝泵永磁的最佳效率，就必須在確保機(jī)組安全運(yùn)行的情況下盡可能的降低凝結(jié)水壓力，開(kāi)大除氧器主副調(diào)，減少節(jié)流。凝結(jié)水主要的用戶有低壓旁路減溫噴水和低壓缸排汽噴水。低壓缸排汽噴水主要是在啟停機(jī)組時(shí)應(yīng)用，可以不用考慮；低壓旁路在減溫噴水壓力低于1.8 MPa時(shí)會(huì)強(qiáng)關(guān)旁路，運(yùn)行中也可不必考慮。但是整個(gè)系統(tǒng)具體需要多大壓力有待試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從以上分析可以看出凝結(jié)水壓力的調(diào)節(jié)是我們以后優(yōu)化的方向。