第30卷第3期威電設(shè)備Vol 30, No. 32016年5月POWER EQUIPMENTMay.2016電廠循環(huán)水泵變頻改造陳正建(深圳能源集團(tuán)殿份有限公司東部電廠,廣東深圳518120)摘要:針對變頻改造后出現(xiàn)的泵的最小流量限制和循環(huán)水母管充水要求,通過理論分析和試驗(yàn),確定了運(yùn)行的邊界保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全。為了使得機(jī)組在最佳真空下運(yùn)行,通過試驗(yàn)和估算找出變頻泵的最佳運(yùn)行工況,提高了循環(huán)水泵運(yùn)行的靈活性,降低了廠用電率關(guān)鍵詞:循環(huán)水;變頻;最佳真空;廠用電率中圖分類號:TK477文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1671086X(2016)03-0183-05Frequency Conversion Retrofit of a Circulating WaterPump for Power PlantsChen Zhengjian( Dongbu Power Plant, Shenzhen Energy Corporation, Shenzhen 518120, ChinaAbstract: To guarantee that the flow rate of relevant circulating water pumps is higher than theminimum requirement and the top of the main pipeline can be filled with seawater after frequencyconversion retrofit, operation limits are set through analysis and commissioning tests to secure the safety ofrelated equipment and systems. Meanwhile, optimal operation conditions are found by tests and calculationsafter frequency conversion retrofit, so that the circulating water system can be operated under the bestvacuum condition and become more flexible to the DSS operation mode, thus bringing remarkable economicbenefit to the power plantKeywords: circulating water; frequency conversion; optimal vacuum; auxiliary power ratio循環(huán)水泵是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠最大的耗能設(shè)備某電廠3臺(tái)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配置了31循環(huán)水系統(tǒng)概況臺(tái)循環(huán)水泵,設(shè)計(jì)的循環(huán)水泵系統(tǒng)在運(yùn)行方式某電廠安裝3臺(tái)350MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,電上缺乏靈活性,不能在電廠兩班制運(yùn)行方式下廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用海水直流供水,取排水經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,浪費(fèi)大量廠用電。筆者重點(diǎn)分析了口均設(shè)在海邊變頻改造后,為了保證滿足循環(huán)水泵最小流量冷卻水工藝流程為:海水→前池→凈水間要求和循環(huán)水爬坡母管充水等邊界條件,對循→循環(huán)水泵房→壓力管→凝汽器及輔機(jī)冷卻器環(huán)水泵變頻后的運(yùn)行頻率進(jìn)行了限制,保證設(shè)→排水孔→虹吸井→排水溝→排水口→海水。備和系統(tǒng)安全。在安全邊界范圍內(nèi),通過凝汽循環(huán)水系統(tǒng)采用雙母管制供水,3套聯(lián)合循環(huán)機(jī)器真空變化對汽輪機(jī)功率徵增影響的試驗(yàn)方組配套3臺(tái)循環(huán)水泵,2條循環(huán)水母管,3套虹法,得出了最佳真空對應(yīng)的循環(huán)水泵運(yùn)行方式吸井,以及1條鋼筋混凝土自流排水溝。循環(huán)和頻率定值,保證機(jī)組運(yùn)行在最經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)。水母管間設(shè)有聯(lián)絡(luò)管,排水溝間也設(shè)有聯(lián)循環(huán)水泵變頻改造后的經(jīng)濟(jì)效益顯著,靈活性絡(luò)溝1。明顯增強(qiáng),達(dá)到了預(yù)期的改造效果。圖1為該電廠循環(huán)水系統(tǒng)圖。收稿日期:2015-1020作者簡介:陳正建(1981-),男,工程師,主要從事燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行管理工作中國煤化工E-mail:chenzhengjian@sec.com.cCNMHG184·發(fā)也設(shè)畚第30卷循環(huán)水母管甲ABP-131號虹吸井循環(huán)水母管乙1號凝汽器號液控2號液控3號液控蝶閥蝶閥號虹吸井水2號凝汽器卩號循環(huán)2號循環(huán)3號循環(huán)「攔污柵】攔污柵][攔污g3號虹吸井鋼閘門[鋼閘門】【鍋閘門3號凝汽器海水海水海水彐1循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵額定流量為7.05m3/s,揚(yáng)程為機(jī)組負(fù)荷,循環(huán)水的需求量也不同,定速泵此時(shí)23m,泵出口均安裝有液控式緩閉蝶閥,減小水缺乏明顯的靈活性。筆者主要分析機(jī)組全停工錘風(fēng)險(xiǎn)。單臺(tái)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率為2200kW,況和冬季工況的情況。電壓為6kV。2.1機(jī)組全停工況2循環(huán)水系統(tǒng)改造前狀況機(jī)組主要是兩班制運(yùn)行,夜間機(jī)組調(diào)停后,仍需要少量的循環(huán)水冷卻軸封蒸汽和部分疏水按照設(shè)計(jì),電廠3臺(tái)機(jī)組配備3臺(tái)循環(huán)水泵,泄漏到凝汽器的蒸汽維持真空及輔機(jī)部分冷卻為滿足夏季海水溫度最髙時(shí)的循環(huán)冷卻需要,3用水,這時(shí)需要的循環(huán)水量很小。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行;冬季工況下可以按照三機(jī)二泵運(yùn)參數(shù)機(jī)組在停機(jī)后凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口的溫升行,在滿足冷卻需要的情況下冬季運(yùn)行可節(jié)約廠只有0.3K,此時(shí)1臺(tái)工頻泵的循環(huán)水流量基本用電。實(shí)際運(yùn)行中,這樣的配置相對于兩班制運(yùn)都被浪費(fèi)。行的機(jī)組缺乏靈活性,經(jīng)濟(jì)性差。根據(jù)2012年2.2一泵一機(jī)工況和二機(jī)二泵工況統(tǒng)計(jì),1-4月和12月的冬季工況,幾乎沒有出現(xiàn)冬季工況,由于海水溫度在17℃左右,而3臺(tái)機(jī)的運(yùn)行工況。冬季典型的兩班制運(yùn)行情況夏季工況的海水溫度在27℃,冬季工況的溫見圖2。度明顯低很多,循環(huán)水的冷卻經(jīng)常過量,導(dǎo)致凝汽器真空度太高,凝汽器壓力超過極限真空,達(dá)到2kPa左右,超過了機(jī)組設(shè)計(jì)的最佳真空值4.2kPa,使得聯(lián)合循環(huán)中的蒸汽循環(huán)部分偏離最佳真空運(yùn)行工況點(diǎn)。在過低的真空下低壓缸末幾級的濕度會(huì)偏大,對低壓缸最后圖2典型冬季運(yùn)行方式幾級葉片造成水蝕。此時(shí)凝結(jié)水過冷度達(dá)到6冬季每天06:00左右開機(jī),運(yùn)行到22:30左K左右,較合理的過冷度2K偏大很多,這說右停機(jī),一周除了周日可能開1臺(tái)機(jī)或不開機(jī),明海水將凝結(jié)水過度冷卻,被海水帶走的額外其余時(shí)間基本都開2臺(tái)機(jī)。這種情況下,開2臺(tái)熱量較多,在汽水循環(huán)時(shí),這部分熱量還要通機(jī)時(shí)需要2臺(tái)泵,開1臺(tái)機(jī)時(shí)需要1臺(tái)泵,和設(shè)計(jì)過鍋爐補(bǔ)充,經(jīng)濟(jì)性較差;且過冷度越大,凝結(jié)的二泵三機(jī)運(yùn)行方式背離,循環(huán)水明顯過剩,造水的溶解氧就越高,將加速鍋爐換熱面和管道成嚴(yán)重浪費(fèi)。夜間停機(jī)后也需要維持1臺(tái)泵運(yùn)的腐蝕行,由于沒有大的熱負(fù)荷,所需循環(huán)水量很小,浪通過v凵中國煤化工工況還是冬費(fèi)嚴(yán)重。在春秋季,開2臺(tái)機(jī)需要2臺(tái)循環(huán)水泵,季一泵CNMHG行工況,均能此時(shí)的循環(huán)水流量還是過剩。另外,對于不同的減少循環(huán)水流量的潛力,有較大的節(jié)能降耗潛第3期陳正建:電廠循環(huán)水泵變頻改造185·力,且針對過渡季和不同的機(jī)組負(fù)荷等情況,通致汽化出現(xiàn)汽蝕,損壞葉輪。同樣,為了防止由過調(diào)整循環(huán)水流量也有一定的節(jié)能空間于循環(huán)水泵的頻率下降,導(dǎo)致流量下降,進(jìn)而導(dǎo)3變速方案選擇致小于泵的最小流量,長期這種工況運(yùn)行,導(dǎo)致泵的葉輪汽蝕。制造廠給出的最小運(yùn)行流量是3.1變速泵的特性4.2m3/s,最低運(yùn)行頻率是33Hz。所以循環(huán)水由泵和風(fēng)機(jī)的工作原理可知:水泵和風(fēng)機(jī)的泵的頻率也需要一個(gè)最低值限制,以保護(hù)循環(huán)水流量與其轉(zhuǎn)速成正比;水泵和風(fēng)機(jī)的壓力(揚(yáng)程)泵,防止葉輪汽蝕與其轉(zhuǎn)速的平方成正比,而水泵和風(fēng)機(jī)的軸功率根據(jù)循環(huán)水泵的性能曲線,保證變頻后循等于流量與壓力的乘積故水泵和風(fēng)機(jī)的軸功率環(huán)水泵在任何時(shí)刻都能運(yùn)行在最小流量之上,與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比(2。在控制系統(tǒng)中特別設(shè)定了閉鎖功能。圖3為根水泵和風(fēng)機(jī)屬于典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型,據(jù)泵的特性曲線繪制的閉鎖函數(shù),表1為根據(jù)所以其功率(軸功率)轉(zhuǎn)矩(壓力)轉(zhuǎn)速滿足以實(shí)際試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)得到的最低頻率閉鎖設(shè)定下關(guān)系(相似定理):(通過試驗(yàn)測量不同工況下最小流量對應(yīng)的頻率)。圖3中定值設(shè)置的依據(jù)主要是泵的變頻Q=NH=(N)2‘p=(N)(1)后的性能曲線,當(dāng)一臺(tái)變頻泵運(yùn)行時(shí),按照泵在定頻率下的性能曲線查得泵出口壓力對應(yīng)的式中:N、Q、H、P表示變頻后的泵的轉(zhuǎn)速、流流量,保證大于最小流量,實(shí)際循環(huán)水泵出口壓量、壓頭和軸功率;N、Q、H、P表示工頻泵的轉(zhuǎn)力只有壓力表,通過實(shí)際觀察和修正,采用循環(huán)速、流量、壓頭和軸功率。水泵出口母管壓力變送器來實(shí)現(xiàn)閉鎖功能。在3.2變頻和雙速改造的選擇變頻泵和工頻泵并列運(yùn)行時(shí),變頻泵和工頻泵循環(huán)水泵的變速改造一般有變頻和高低雙的出口壓頭基本相同,流量不同,同時(shí)也考慮了速改造兩種方案。變頻方案可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵最大循環(huán)水母管壓力、最低潮位等因素來決定轉(zhuǎn)速和流量的連續(xù)調(diào)節(jié),但是變頻裝置的可靠變頻泵的最低頻率,保證變頻泵的流量在任何性相對較低,且變頻裝置初期投資較大。高低工況下均大于最小流量值雙速改造的流量調(diào)節(jié)是通過不同的泵的運(yùn)行組合實(shí)現(xiàn)的,不具有連續(xù)可調(diào)性能,尤其在單泵容量較大情況下,節(jié)能不徹底,且大部分的高低速切換需要停泵,操作不靈活。考慮該電廠3臺(tái)機(jī)組只配備了3臺(tái)循環(huán)水泵,單泵功率大且目前大功率的變頻器價(jià)格大幅下降,可靠性也有明顯上升,最后決定采用變頻改造采用變頻方案后,考慮實(shí)際運(yùn)行方式的靈00050.100150200.250.30活性、節(jié)能效果以及投資回報(bào),按照3臺(tái)循環(huán)水循環(huán)水泵出口母管壓力MPa泵中取2臺(tái)循環(huán)水泵按一拖一變頻改造來實(shí)圖3最小流量保護(hù)報(bào)警函數(shù)施,綜合考慮系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)配置方式和運(yùn)行表1最低頻率設(shè)定值方式,最終選取1號、3號循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改方式最低頻率設(shè)定/Hz造。變頻裝置帶工頻旁路,提供了變頻和工頻兩種運(yùn)行方式。為了保證備用的可靠性和快速工一變性,備用只采用工頻備用方式(不設(shè)變頻備用方式)變頻后系統(tǒng)運(yùn)行邊界問題4.1循環(huán)水泵最小流量保護(hù)4.2循環(huán)水中國煤化工泵的最小流量旨在保護(hù)泵葉輪,防止在小流由于該CNMHG后下坡,最量工況下,葉輪邊緣的摩擦熱量無法被帶走,導(dǎo)高點(diǎn)和最低點(diǎn)相麥9m,所以循環(huán)水泵的壓頭186發(fā)電謾畚第30卷方面要滿足爬過坡頂,同時(shí)也要充滿母管頂部,DCS上發(fā)出變頻停泵指令,此時(shí)控制系統(tǒng)先將防止由于母管頂部的空氣進(jìn)入管道,引起凝汽器變頻泵的頻率降低到35Hz,然后液控蝶閥開進(jìn)空氣,破壞凝汽器虹吸作用,另一方面還要克始快關(guān)到15°,此時(shí)發(fā)出斷循環(huán)水泵變頻器上服循環(huán)水的沿程阻力。這就決定了循環(huán)水泵變游6kⅤ開關(guān)指令,同時(shí)繼續(xù)慢關(guān)液控蝶閥至頻后的頻率不能一味降低,且各機(jī)組的凝汽器循全關(guān)。實(shí)際上改造后變頻停泵的邏輯和工頻環(huán)水的回水閥開度可以調(diào)節(jié),來配合維持循環(huán)水保持了一致,保證在停泵過程中不出現(xiàn)短時(shí)憋母管頂部充水。泵的現(xiàn)象。表2為不同運(yùn)行方式下坡頂充水設(shè)定報(bào)6變頻后系統(tǒng)運(yùn)行最佳工況警值增加循環(huán)水量會(huì)使汽輪機(jī)的真空提高,使機(jī)表2不同運(yùn)行方式下坡頂充水設(shè)定報(bào)警值組的發(fā)電量增加,但增加循環(huán)水量也會(huì)使循環(huán)水方式最低母管最低循環(huán)水回水閥門泵的耗電量增加。因此要找出一個(gè)最佳值,使系頻率/Hz壓力/MPa開度/%統(tǒng)的凈功率最大,即對應(yīng)于一定的內(nèi)、外部條件,變0.07225、20、20(機(jī)組全停)在某種循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式下,機(jī)組出力與循環(huán)變380.07210、10、38(一機(jī)運(yùn)行)水系統(tǒng)耗電量之差最大,則該方式為循環(huán)水系統(tǒng)0.07470、70、10(二機(jī)運(yùn)行)的最佳運(yùn)行方式,此時(shí)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最高。變100、100、10(二機(jī)運(yùn)行)注:3臺(tái)泵的運(yùn)行方式在3臺(tái)機(jī)組凝汽器全開回水閥的情況max△N=N,(2)下均能滿足母管坡頂充水式中:N,為機(jī)組的發(fā)電量;Nn為第i臺(tái)水泵的耗電量,=1,2,3,…,n5變頻后的啟停功率凈增益△N為為了限制循環(huán)水系統(tǒng)水錘影響,一般在循△N=△N,-△N環(huán)水泵出口安裝液控蝶閥,通過程控配合減少式中:△N為按某一基準(zhǔn)計(jì)算的汽輪機(jī)的增發(fā)功水錘對管道和設(shè)備的影響。循環(huán)水泵變頻后,率kW;△N為按某一基準(zhǔn)計(jì)算的循環(huán)水泵的功由于變頻裝置變壓器的容量限制等原因,啟動(dòng)率增量,kw過程不能在短時(shí)間內(nèi)完成,所以和液控蝶閥的對于循環(huán)水量可連續(xù)調(diào)節(jié)的系統(tǒng),在某一循配合也將變化。改造之前的工頻啟動(dòng)邏輯:DCS環(huán)水進(jìn)口溫度t和機(jī)組負(fù)荷N,以循環(huán)水量D上發(fā)出啟泵程控指令后,先快開泵出口液控蝶為決策變量,不斷變動(dòng)D依次計(jì)算循環(huán)水溫閥到15時(shí)(約5s),發(fā)啟動(dòng)循環(huán)水泵指令,同時(shí)升、凝汽器端差、凝汽器飽和溫度、凝汽器真空、液控蝶閥繼續(xù)慢開至全開(約20s)。改造后的汽輪機(jī)功率、循環(huán)水泵的功耗、汽輪機(jī)增發(fā)功率變頻啟動(dòng)邏輯:DCS上發(fā)出變頻啟泵程控指令△N1與循環(huán)水泵的功耗增量△N,之差△N,相應(yīng)后,先變頻啟動(dòng)循環(huán)水泵,待循環(huán)水泵頻率至循環(huán)水流量D即為最佳循環(huán)水流量,對應(yīng)的汽35Hz時(shí),液控蝶閥前后壓力平衡,開始打開循輪機(jī)真空即為最佳真空(見圖4)21。環(huán)水泵出口液控蝶閥至全開。液控蝶閥打開過程和工頻方式一致,只是開到15°位置開關(guān)沒有真作用。實(shí)際過程中,相較工頻啟動(dòng)的硬啟動(dòng)特性,變頻啟動(dòng)過程循環(huán)水系統(tǒng)壓力基本沒有沖擊現(xiàn)象。對于變頻啟動(dòng)先啟泵后開閥方式,主最佳真空要是避免開閥后在變頻器升頻率過程中長時(shí)間對循環(huán)水母管泄壓;同時(shí)也可能造成變頻器啟動(dòng)負(fù)載大,啟動(dòng)不成功風(fēng)險(xiǎn)。改造前的工頻停泵邏輯:DCS上發(fā)出停泵程控指令后,液控蝶閥開始快關(guān)到15°位置(約中國煤化工3s),此時(shí)發(fā)出停循環(huán)水泵指令,同時(shí)繼續(xù)慢圖CNMHG機(jī)一泵方式關(guān)液控蝶閥至全關(guān)。改造后的變頻停泵邏輯:下380MW負(fù)荷的最佳真空曲線,通過對不同第3期陳正建:電廠循環(huán)水泵變頻改造187的運(yùn)行方式的試驗(yàn)得出最佳真空和最佳頻率表4不同海水溫度和負(fù)荷下推薦運(yùn)行頻率(見表3)。海水溫度單機(jī)負(fù)荷方式18℃20℃22℃24℃26℃40n二變二機(jī)3939240MW二變?nèi)龣C(jī)3939414450變一工三機(jī)424242變二機(jī)330MW圖5冬季工況一機(jī)一泵380MW最佳真空曲線二變一工三機(jī)4242424250表3冬季工況下最佳真空和頻率一變一機(jī)4145505050負(fù)荷/Mw最佳真空/最佳頻率/方式373MW二變?nèi)龣C(jī)二變一工三機(jī)4242424250一機(jī)5050280(2臺(tái))二變二機(jī)382(2臺(tái))390MW240(3臺(tái))二變?nèi)龣C(jī)4350505050二變?nèi)龣C(jī)382(3臺(tái))4.96二變一工三機(jī)4242424250注:循環(huán)水泵主要組合運(yùn)行方式為一變、二變、二變一工盡管能通過試驗(yàn)的方法找到一定海水溫度下不同負(fù)荷點(diǎn)的最佳真空值,但是由于海水溫度7結(jié)語隨季節(jié)變化,而機(jī)組負(fù)荷受電網(wǎng)的調(diào)度,所以最(1)由于循環(huán)水泵變頻改造針對冬季工況進(jìn)佳真空值是變化的。為了便于控制,同時(shí)也根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),對冬季工況下不同負(fù)荷的最佳頻率進(jìn)行,得到的是冬季工況下的最佳真空情況。(2)根據(jù)試驗(yàn)得到了相關(guān)工況的最佳真空,行插值計(jì)算,得到全負(fù)荷工況下的最佳頻率給出了不同海水溫度和不同機(jī)組負(fù)荷情況下的對于海水溫度的變化,可以根據(jù)凝汽器變工循環(huán)水泵運(yùn)行方式和最佳頻率;但是在DCS上組況計(jì)算來確定最佳頻率運(yùn)行點(diǎn),但是該計(jì)算量較大且準(zhǔn)確性也不高所以按照簡單的熱平衡方態(tài)相關(guān)運(yùn)行比較復(fù)雜暫時(shí)還是采用手動(dòng)調(diào)整。(3)根據(jù)循環(huán)水泵變頻改造后的調(diào)試數(shù)據(jù)及法,對不同海水溫度下的最佳頻率進(jìn)行了估算,運(yùn)行情況,若以上一年度機(jī)組的負(fù)荷率及運(yùn)行方得到了循環(huán)水泵的不同組合運(yùn)行方式(圖6)和全式估算,2臺(tái)循環(huán)水泵變頻改造后預(yù)計(jì)全年可節(jié)工況下的最佳頻率值(表4)。電約6.34×106kWh,按0.53元/(kWh)計(jì)算,一變節(jié)省費(fèi)用約336萬元,節(jié)電率約為22.1%,使廠臺(tái)機(jī)組用電率降至2.19%,節(jié)能效果明顯,按照投資250進(jìn)口海水溫度17℃193℃30℃萬元計(jì)算,投資回收期在10個(gè)月左右,經(jīng)濟(jì)效益臺(tái)機(jī)組顯著。進(jìn)口海水溫度224℃參考文獻(xiàn)三臺(tái)機(jī)組[1]孫蘭英,東部電廠循環(huán)水泵變頦改造報(bào)告[R].北京:華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司,2014口海水溫度193℃203℃224℃[2]陳鵬程.東部電廠循環(huán)水泵變頻改造試驗(yàn)方案[RJ.廣州:廣圖6不同梅水溫度對應(yīng)的推薦運(yùn)行方式東粵能電力科技開發(fā)有限公司,2015中國煤化工CNMHG