（國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224500）

0 引言

為了成為國內(nèi)百萬機(jī)組標(biāo)桿和世界一流發(fā)電企業(yè)的現(xiàn)代公司，為了響應(yīng)國家節(jié)能國策同時(shí)提高企業(yè)競爭力，節(jié)能減排更是義不容辭[1-2]。對機(jī)組進(jìn)行精細(xì)化管理，在節(jié)能降耗方面建立了耗差分析系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，確定不同工況下的最優(yōu)運(yùn)行方式和參數(shù)，為運(yùn)行人員精細(xì)操作提供指導(dǎo)；深度開展機(jī)組啟停、變工況情況下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，持續(xù)開展降低機(jī)組能耗、提升火電靈活性、深度調(diào)峰運(yùn)行、全負(fù)荷環(huán)保達(dá)標(biāo)排放等專題研究；同時(shí)與行業(yè)標(biāo)桿機(jī)組對標(biāo)，查找問題，分析原因，采取措施，縮小差距，提升運(yùn)行節(jié)能精細(xì)管理水平。凝結(jié)水系統(tǒng)是火電廠熱力循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，而本廠機(jī)組投產(chǎn)以來凝泵變頻器控制一直處于手動狀態(tài)，負(fù)荷升降時(shí)運(yùn)行操作頻繁，容易發(fā)生滯后調(diào)節(jié)，系統(tǒng)擾動大，系統(tǒng)內(nèi)水位不穩(wěn)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定安全。同時(shí)除氧器調(diào)門沒有全開，節(jié)流損失嚴(yán)重，凝泵耗電率高于目標(biāo)值，造成廠用電耗的增加，不利于機(jī)組的節(jié)能降耗。為了機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要結(jié)合機(jī)組運(yùn)行情況對機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)進(jìn)行不同負(fù)荷段試驗(yàn)，優(yōu)化控制參數(shù)，投入凝泵變頻自動控制，對整個(gè)熱力循環(huán)的安全性和經(jīng)濟(jì)性都具有重要的意義[3-4]。

1 設(shè)備概況

本廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-3077/28.25-YM4型單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)的超超臨界直流鍋爐，每臺爐配6套中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N1050-27/600/610型超臨界、一次中間再熱、凝汽式、單軸、單背壓、四缸四排汽輪機(jī)。

每臺機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)配備：2臺100 %容量的凝結(jié)水泵，凝結(jié)水泵（簡稱凝泵）采用變頻運(yùn)行（一拖二），1臺運(yùn)行1臺備用，除氧器上水并列布置主、副調(diào)門。凝泵將凝結(jié)水升壓送至除氧器，同時(shí)還向低旁、疏水立管、磨煤機(jī)消防蒸汽減溫器、真空泵、定冷水系統(tǒng)、汽泵密封水等提供減溫水及補(bǔ)水。系統(tǒng)主要包括凝汽器、凝泵、凝結(jié)水精處理裝置、疏水冷卻器、軸封加熱器、5、6、7、8、9號低壓加熱器。凝泵有最小流量再循環(huán)管路，自軸加出口的凝結(jié)水管道引出，經(jīng)最小流量閥回到凝汽器，防止凝結(jié)水泵汽蝕。同時(shí)也保證啟動和低負(fù)荷期間有足夠的凝結(jié)水流過軸加，維持軸加的微真空。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用中壓系統(tǒng)，其主系統(tǒng)流程：凝泵出口凝結(jié)水→前置過濾器→高速混床→樹脂捕捉器→低加系統(tǒng)。

2 優(yōu)化前凝結(jié)水系統(tǒng)控制策略

機(jī)組投產(chǎn)以來運(yùn)行方式是凝泵一臺變頻運(yùn)行，另一臺工頻備用；當(dāng)變頻泵跳閘，則聯(lián)啟備用泵。凝泵變頻手動輸出變頻頻率控制凝結(jié)水入口壓力，除氧器主、副調(diào)閥投自動控制除氧器水位。除氧器水位調(diào)閥調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)有單沖量和三沖量控制兩種方式。正常情況下單沖量控制范圍采用副調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，三沖量控制范圍采用主調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。當(dāng)機(jī)組給定負(fù)荷大于25%為三沖量控制方式，當(dāng)機(jī)組給定負(fù)荷小于20%為單沖量控制方式。如果主調(diào)節(jié)閥和副調(diào)節(jié)閥同時(shí)投入自動，轉(zhuǎn)入三沖量控制范圍后副調(diào)節(jié)閥將自動緩慢關(guān)閉，轉(zhuǎn)入單沖量控制范圍后主調(diào)節(jié)閥將自動緩慢關(guān)閉。在三沖量控制方式下，除氧器水位設(shè)定值與實(shí)際水位的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出加上鍋爐給水流量的前饋信號作為主凝結(jié)水流量的設(shè)定值，此設(shè)定值與實(shí)際主凝結(jié)水流量偏差經(jīng)調(diào)節(jié)器輸出，控制除氧器水位主調(diào)節(jié)閥開度。在單沖量控制方式下，根據(jù)除氧器水位設(shè)定值與實(shí)際水位的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出控制除氧器水位副調(diào)節(jié)閥開度。這種方式調(diào)門動作頻繁，節(jié)流損失嚴(yán)重，效率利用率低，容易出現(xiàn)故障，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且沒有更好地利用凝泵變頻器，造成能源浪費(fèi)[5]。在系統(tǒng)控制優(yōu)化前為了減少能耗的臨時(shí)措施是組織運(yùn)行人員及時(shí)加強(qiáng)凝泵變頻出力調(diào)整，保證任何負(fù)荷工況下除氧器上水調(diào)門開度大于50%，減少節(jié)流損失，從而降低凝泵耗電率。

3 優(yōu)化后凝結(jié)水系統(tǒng)控制策略

為滿足機(jī)組正常運(yùn)行過程中除氧器水位穩(wěn)定控制，減少除氧器主調(diào)閥節(jié)流損失，以及維持凝結(jié)水系統(tǒng)安全壓力，保證凝結(jié)水系統(tǒng)和汽泵運(yùn)行安全等方面需求，設(shè)計(jì)新的凝泵變頻水位控制策略，并梳理相關(guān)保護(hù)條件和定值，確保凝泵變頻水位控制功能的安全穩(wěn)定投運(yùn)。對原有凝結(jié)水控制系統(tǒng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到工藝節(jié)能和控制節(jié)能。工藝節(jié)能是采用合理的工藝設(shè)備和合理的操作規(guī)程達(dá)到節(jié)能，控制節(jié)能是利用先進(jìn)的控制技術(shù)對變化頻繁的生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)控制達(dá)到節(jié)能?？刂撇呗缘膬?yōu)化主要考慮正常工況和異常工況情況進(jìn)行優(yōu)化。

（1）正常工況控制策略。增加凝泵變頻自動邏輯，凝泵變頻自動控制和除氧器主、副調(diào)門控制共用一套典型的單沖量和三沖量控制邏輯，中間用一個(gè)邏輯切換進(jìn)行選擇。在高負(fù)荷（負(fù)荷>400MW）時(shí)，凝泵變頻自動，無凝泵水位控制退出條件時(shí)，運(yùn)行人員可以手動投入凝泵變頻控制水位，由變頻泵調(diào)節(jié)除氧器水位三沖量控制方式，除氧器副調(diào)閥保持全關(guān)狀態(tài)（副調(diào)閥在負(fù)荷高于250MW工況下已全關(guān)），除氧器主調(diào)閥控制凝結(jié)水入口壓力，壓力設(shè)定值切換至當(dāng)前負(fù)荷下對應(yīng)的壓力值，除氧器主調(diào)閥在PID作用下自動全開；凝泵變頻控制水位，其水位設(shè)定值維持切換之前的設(shè)定值，如切換前除氧器主調(diào)閥控制在手動方式，則跟蹤當(dāng)前水位。

（2）異常工況控制策略。根據(jù)機(jī)組長期運(yùn)行，觀察系統(tǒng)運(yùn)行特性，保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，涉及參數(shù)初步確定。當(dāng)凝泵跳閘或壓力低（1.2MPa），工頻聯(lián)啟；MFT；凝泵變頻切手動；任一低旁出口溫度高于180℃；凝結(jié)水母管壓力（精處理前）低于1.1MPa；任一給泵密封水回水溫度高于70℃。任一條件滿足，凝泵變頻退出水位控制。此時(shí)，凝泵變頻控制壓力，壓力定值為當(dāng)前負(fù)荷對應(yīng)的壓力值；除氧器主調(diào)閥控水位，設(shè)定值維持切換前的水位設(shè)定值，如除氧器主調(diào)閥在手動狀態(tài)下則投入主調(diào)閥自動，水位設(shè)定值為當(dāng)前水位；除氧器主調(diào)自動轉(zhuǎn)為水位控制模式（設(shè)定值為當(dāng)前測量值）且需超遲關(guān)至一定開度維持5s。

低負(fù)荷時(shí)（負(fù)荷<400MW）由除氧器水位調(diào)閥調(diào)節(jié)除氧器水位，變頻凝泵維持凝結(jié)水壓力。MFT條件下，凝泵變頻相關(guān)設(shè)備動作情況：凝泵變頻切手動；除氧器主副調(diào)閥均切手動；凝泵再循環(huán)閥全開，且切手動；除氧器主副調(diào)閥全關(guān)。

4 優(yōu)化邏輯試驗(yàn)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集

為保證優(yōu)化后的控制方式能夠正常投運(yùn)，同時(shí)收集系統(tǒng)特性參數(shù)，驗(yàn)證優(yōu)化邏輯的正確性。對凝結(jié)水系統(tǒng)在不同負(fù)荷段進(jìn)行不同控制方式試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)過程。試驗(yàn)前確認(rèn)機(jī)組系統(tǒng)穩(wěn)定，各主要模擬量控制系統(tǒng)均應(yīng)在自動方式下運(yùn)行，協(xié)調(diào)系統(tǒng)主要回路與主要設(shè)備無故障，根據(jù)需要退出AGC和一次調(diào)頻，分不同負(fù)荷段，分別進(jìn)行凝結(jié)水系統(tǒng)特性、凝泵變頻水位控制、除氧器主調(diào)閥控制凝結(jié)水壓力、除氧器主調(diào)閥全開、凝泵變頻控制方式切換等試驗(yàn)，收集觀察除氧器水位、凝汽器水位、凝結(jié)水壓力、除氧器主調(diào)閥位、凝泵變頻頻率、汽泵密封水出水溫度等參數(shù)的變化情況。

（2）試驗(yàn)參數(shù)。凝泵變頻自動控制除氧器水位，除氧器主調(diào)閥控制凝結(jié)水入口壓力，壓力設(shè)定值與負(fù)荷對應(yīng)關(guān)系如下表1。凝泵變頻退出水位控制，若凝泵變頻在自動，凝泵變頻器自動控制凝結(jié)水壓力，凝結(jié)水壓力設(shè)定值與負(fù)荷對應(yīng)關(guān)系如下表2。除氧器主調(diào)自動轉(zhuǎn)為水位控制模式，設(shè)定值為切換前實(shí)際水位，且為提高除氧器水位控制準(zhǔn)確性，除氧器主調(diào)閥將先超遲關(guān)至機(jī)組負(fù)荷工況對應(yīng)開度，并維持5s，具體超馳開度如下表3所示。

表1 凝泵變頻水位控制方式下凝結(jié)水壓力設(shè)定值

表2 凝泵變頻壓力控制方式下凝結(jié)水壓力設(shè)定值

表3 除氧器主調(diào)閥超馳開度（凝泵變頻方式）

（3）試驗(yàn)曲線。投入凝泵變頻水位控制方式，檢驗(yàn)?zāi)Y(jié)水系統(tǒng)在機(jī)組負(fù)荷變化、除氧器主調(diào)閥調(diào)壓關(guān)閉等擾動工況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行性能，整個(gè)試驗(yàn)過程中，除氧器液位控制穩(wěn)定，動態(tài)偏差在±23mm以內(nèi)，凝結(jié)水系統(tǒng)維持安全穩(wěn)定運(yùn)行，汽泵密封水回水溫度波動較小，凝泵變頻水位控制方式滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求。其試驗(yàn)曲線如圖1。

5 改造后成效

通過對凝結(jié)水系統(tǒng)相關(guān)控制邏輯進(jìn)行調(diào)整和完善，并進(jìn)行凝結(jié)水系統(tǒng)試驗(yàn)，使其具備凝泵變頻水位控制功能投運(yùn)能力。凝泵變頻水位控制方式下，除氧器水位由凝泵變頻控制，除氧器主調(diào)閥控制凝結(jié)水壓力，正常處于全開狀態(tài)，減少節(jié)流損失，節(jié)能降耗，凝結(jié)水壓力低等異常工況下，除氧器主調(diào)閥調(diào)壓關(guān)閉，維持凝結(jié)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。改造后不僅減少閥門的節(jié)流損失，節(jié)能降耗效果明顯。同時(shí)減少運(yùn)行人員手動操作，對機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。同時(shí)對其他百萬機(jī)組電廠的凝泵變頻控制也具有很強(qiáng)的參考意義。

6 結(jié)論

凝結(jié)水系統(tǒng)控制策略優(yōu)化后，可降低能源消耗成本，減少污染物排放，降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行成本，一定程度上提高電廠在電力行業(yè)的競爭力。凝泵變頻自動控制在我國技術(shù)已經(jīng)十分成熟，也具有良好的發(fā)展前景。與此同時(shí)對機(jī)組其他設(shè)備可靠性和經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析，開展對設(shè)備運(yùn)行方式的優(yōu)化和調(diào)整，爭取企業(yè)效益最大化。不斷提升節(jié)能精細(xì)化管理水平，縮小與行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)的差距，力爭成為新標(biāo)桿。