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

(整期优先)网络出版时间:2018-04-14
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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。