凝结水泵变频运行节能优化建议——凝结水泵变频运行时压力曲线设计暨优化节能

凝结水泵变频运行节能优化建议——凝结水泵变频运行时压力曲线设计暨优化节能

徐海龙

（内蒙古京能康巴什热电有限公司内蒙古鄂尔多斯市017000）

摘要：内蒙古京能康巴什热电两台350MW超临界机组分别于2012年12月、2013年01月一次性顺利通过168小时试运。其1号机组，在连续90多天的运行，没有出现较大的设备缺陷，基本可以肯定其具备稳定运行的能力。但是，其接近330g的发电煤耗，不是很理想。

由此，可以推断未来的工作重点有二：一，保证机组安全稳定运行；二，尽可能多的采取优化运行方式来降低发电煤耗，提高电厂的盈利能力。

本文就凝结水泵变频运行，提出合理建议，并给出可以依据运行的凝结水母管压力曲线，实现凝结水泵变频的优化运行，进一步降低厂用电耗，从而降低发电煤耗。

关键词：节能、凝结水泵变频运行、压力曲线、优化运行

前言

京能康巴什热电两台350MW超临界机组，每台机组分别配置两台凝结水泵和一台一拖二形式的变频器，实现凝结水泵正常运行时一台变频运行，另外一台工频备用。结构见图如下：

凝结水泵的变频改造虽然实现了节能，但是如果不能较好的调整变频出力，其节能效果有限。如何才能使变频实现节能的最大化呢？

我根据多年的工作经验及不断的试验、总结、积累数据分析后，从以下三个方面来讨论凝结水泵变频运行，并提出合理建议，给出可以依据运行的凝结水母管压力曲线，实现凝结水泵的优化运行。第一，凝结水泵及变频器的基本参数；第二，目前凝结水泵变频运行方式介绍；第三，凝结水泵变频运行的优化建议。

第一、凝结水泵及变频器的基本参数

第二、目前凝结水泵变频运行方式介绍

目前，机组的凝结水泵通过变频器实现一台变频运行，另外一台工频备用。如图，一号凝结水泵处于变频运行状态，二号凝结水泵处于工频备用状态。其中，变频器频率投自动，控制凝结水泵出口压力为设定压力，维持凝结水母管压力稳定；除氧器上水调门投自动，控制除氧器液位为设定液位，维持除氧器液位稳定。

通过一段时间的观察，一号机组的负荷波动比较大，而且机组的一些自动调节功能不太完美，尤其是锅炉侧在负荷变动时，需要人为大量的调节。运行值为了维持凝结水泵出口压力稳定，减少汽机侧的调整量，一般高负荷维持凝泵出口压力2.3MPa，低负荷维持2.0MPa。

第三、凝结水泵变频运行的优化建议

首先，让我们观察以下两组数据（以下两组数据均取值与一号机组，时间跨度为2014.02.01至2014.02.23，参数均随机选取，以求具有普遍性和可参考性，最低负荷选择175MW，是因为一般情况下，对于350MW机组稳燃负荷就是175MW）

其次，凝结水泵布置于汽机房负2米左右的位置，除氧器布置于汽机房12.6米，凝结水管道与除氧器连接的最高位置大约为18米的位置。从凝结水泵至其管路最高位置大约为20米左右，京能康巴什热电当地大气压力87KPa，根据这几个数据可以算出从凝结水泵至其管路最高点位置，大约压降为0.23MPa。再次，依据多年工作经验，凝结水管道最大压损一般为0.9MPa，从表2中也可以算出，在凝结水母管压力2.3MPa时，从凝结水母管到5号低加出口，其压损已达到0.8MPa，可以佐证凝结水管道最大压损一般为0.9MPa的正确性。

随着凝结水母管压力的降低，其压损也相应降低，由表2中计算，其最低为0.3MPa左右。

第四，满足什么条件才能实现除氧器的稳定上水呢？当且仅当：凝结水母管压力＞除氧器压力＋管道压损＋高度差产生的压降＋除氧器上水调门开度引起的节流压损，才能实现除氧器的稳定上水。

如果能够实现凝结水在管道里的损耗最小，又能满足除氧器的稳定上水，就达到了我们节能的目的。

管道压损是管道特性，与流量和压力成线性关系，运行中基本无法靠调节手段来降低，高度差产生的压降基本是一个固定的值。因此，我们调节过程中，这两个参数基本无法改变，我们暂且将其列为常数。让我们回过头来看实现除氧器的稳定上水的公式中，最后一个变化量“除氧器上水调门开度引起的节流压损”，调门产生的压损是运行操作中最容易控制的，其开度的变化，立刻就能反映在压降上，直接影响凝结水泵电机电流的增减。

这里假设，除氧器上水调门开度100%引起的节流压损为零。根据上述所列内容，我们可以算出

维持除氧器稳定上水需要的最大压力＝0.9+0.23+0.82=1.95（MPa）

维持除氧器稳定上水需要的最小压力＝0.3+0.23+0.45=0.98（MPa）

实际中，除氧器上水调门开度100%引起的节流压损一般为0.1MPa左右，我们把这个压损也加入公式中，可以得出

公式1：维持除氧器稳定上水需要的最大压力＝0.9+0.23+0.82+0.1=2.05（MPa）

公式2：维持除氧器稳定上水需要的最小压力＝0.3+0.23+0.45+0.1=1.08（MPa）

第五，让我们看看凝泵的振动情况（数据来源于168小时试运前调试期间）。

从表3中可以看出，当凝结水泵变频频率＞30Hz或者＜20Hz时，其振动处于合格区间，且比较稳定。频率＜20Hz时，由于其出口压力过低，不适合正常运行需求。所以，只有选择50Hz＞频率＞30Hz的区间，才能在保证凝结水泵安全运行的前提下进行节能调节。

第六，由于我厂逻辑设定：变频运行时凝结水母管压力＜1.5MPa，频率45Hz联启工频备用泵，所以表2中无法看到，凝结水母管压力＜1.5MPa的参数。

通过表2与表3的对比可以发现，凝结水母管压力＞1.6MPa，其运行区间均处于振动相对稳定且比较安全的区间。

通过表2中电流数据对比，我们大致可以估算一下凝结水母管压力每降低0.1MPa，其电流下降幅度约为8A（取平均值），对于6KV的凝结水泵电机来说，就能节约电能83kw/h。

再通过表2中频率数据对比，我们不难发现，凝结水母管压力每降低0.1MPa，其频率大约下降1Hz，由此推算，当凝结水母管压力1.4MPa时，其频率为32HZ左右。与表3做对比，其仍处于振动相对稳定且比较安全的区间，但却小于我厂联启备用泵的条件。虽然凝结水母管压力1.4MPa时，其频率为32HZ左右，能满足安全运行的基本条件，但是与凝结水泵振动不稳定区比较接近，故不推荐使用这么低的压力。

再次进行推算，当凝结水母管压力1.5MPa时，其频率为33HZ左右，与凝结水泵振动不稳定区比较远，能够满足安全运行需求，且其运行电流也比较低，通过表2参数类比预计其电流在36A左右。从节能角度出发，也大大的降低了凝结水泵的耗电量。

接着与公式2进行对比可以发现，凝结水母管压力1.5MPa远大于维持除氧器稳定上水需要的最小压力，所以能够实现除氧器稳定上水需求。且在此压力下能够满足凝结水各杂用户的压力需求。

因此，凝结水母管压力1.5MPa可以作为我厂低负荷运行时凝结水母管压力的最低限。

第七，由于管道压损不易计算，我们假定负荷250MW以下，凝结水母管压力均为2.0MPa，其余负荷均为2.3MPa来初步估算管道压损。由表2计算，负荷250MW以下，凝结水管路压损均为0.55MPa。其余均为0.8MPa，为了保证安全，我们按经验值0.9MPa压损进行计算，对应负荷下除氧器的上水压力需求值如下：

根据以上所有推论，现在可以做出一条比较合理的凝结水母管压力曲线了，如图：

有了可参考的凝结水母管压力曲线，建议：

1、凝结水变频器投自动，调节凝结水母管压力，其压力控制按曲线自动调节，就能使变频实现节能的优化，降低厂用电耗，降低发电煤耗，提高电厂的盈利能力。

2、除氧器上水调门投自动，调节除氧器水位。

3、目前，2号机组采用凝泵变频频率变化直接调节除氧器液位的方法（除氧器上水调门手动控制），低负荷时，由于频率低，凝泵出口压力低，低旁减温水压力无法满足需求导致低旁退出备用；同时为了适当提高压力，要求人为手动干预除氧器上水调门，增加了操作量，误操作的可能性增大；任何原因导致工频凝泵联启后，除氧器上水调门需要手动控制，不安全因素较大，增加了不安全因素。

凝泵出口压力1.5MPa以后，其对应的频率已经较低，通过表2观察发现，再降低凝泵出口压力，凝泵电流下降幅度有限（通过2号机组的观察也可以得出这个结论），却增加了不安全因素。

4、凝泵变频直接调节除氧器液位可能会使凝泵频率降的比较低，而落入表3中所列的不安全区域，所以，凝泵变频直接调节除氧器液位并不适合1号机组。

5、深度降负荷时，由于凝泵出口压力稳定，各杂用户用水都能够得到保证，减少操作量，增加了机组的稳定性。

6、任何原因导致工频凝泵联启后，除氧器上水调门仍能自动控制除氧器液位，增大了机组的稳定性。

7、通过表2、表3及2号机组凝泵变频调节水位的运行经验，曲线设定压力下线，可以调整至1.2MPa。此时，根据推算，凝泵频率大概在30Hz，与公式2对比，能满足除氧器上水需求，同时也能够满足凝结水各杂用户对的需求。

8、由于曲线设定压力下限为1.2MPa，与联启备用泵压力相同，建议变频方式下修改联启备用泵压力至1.1MPa，防止备用泵联启，造成电能浪费。

9、考虑以上全部因素，最终给定压力曲线如图：

最后，让我们估算一下，如果2014年全年按此曲线给出压力进行调节，与目前运行实际压力设定下可节约的电能（所有参数均取平均值）：

2014年假定目标发电量28亿度，平均到每台机组的小时平均发电量为15.98万度，按建议曲线运行时，其压力为1.5MPa，目前实际运行压力一般为1.9MPa，全年节约电能大约＝2*83*4*24*365=580万度。假定上网电价0.3元，则盈利大约174万元，节能效果可观。