淺析百萬機組凝泵變頻水位控制策略

（國家電投集團協鑫濱海發電有限公司，江蘇 鹽城 224500）

0 引言

為了成為國內百萬機組標桿和世界一流發電企業的現代公司，為了響應國家節能國策同時提高企業競爭力，節能減排更是義不容辭[1-2]。對機組進行精細化管理，在節能降耗方面建立了耗差分析系統，確保數據實時、準確，確定不同工況下的最優運行方式和參數，為運行人員精細操作提供指導；深度開展機組啟停、變工況情況下的經濟運行分析，持續開展降低機組能耗、提升火電靈活性、深度調峰運行、全負荷環保達標排放等專題研究；同時與行業標桿機組對標，查找問題，分析原因，采取措施，縮小差距，提升運行節能精細管理水平。凝結水系統是火電廠熱力循環中的重要環節，而本廠機組投產以來凝泵變頻器控制一直處于手動狀態，負荷升降時運行操作頻繁，容易發生滯后調節，系統擾動大，系統內水位不穩，不利于系統穩定安全。同時除氧器調門沒有全開，節流損失嚴重，凝泵耗電率高于目標值，造成廠用電耗的增加，不利于機組的節能降耗。為了機組的安全、穩定、經濟運行，需要結合機組運行情況對機組凝結水系統控制策略進行優化調整，同時進行不同負荷段試驗，優化控制參數，投入凝泵變頻自動控制，對整個熱力循環的安全性和經濟性都具有重要的意義[3-4]。

1 設備概況

本廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-3077/28.25-YM4型單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼結構的超超臨界直流鍋爐，每臺爐配6套中速磨煤機制粉系統。汽輪機為上海汽輪機廠生產的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。

每臺機組凝結水系統配備：2臺100 %容量的凝結水泵，凝結水泵（簡稱凝泵）采用變頻運行（一拖二），1臺運行1臺備用，除氧器上水并列布置主、副調門。凝泵將凝結水升壓送至除氧器，同時還向低旁、疏水立管、磨煤機消防蒸汽減溫器、真空泵、定冷水系統、汽泵密封水等提供減溫水及補水。系統主要包括凝汽器、凝泵、凝結水精處理裝置、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管路，自軸加出口的凝結水管道引出，經最小流量閥回到凝汽器，防止凝結水泵汽蝕。同時也保證啟動和低負荷期間有足夠的凝結水流過軸加，維持軸加的微真空。凝結水精處理系統采用中壓系統，其主系統流程：凝泵出口凝結水→前置過濾器→高速混床→樹脂捕捉器→低加系統。

2 優化前凝結水系統控制策略

機組投產以來運行方式是凝泵一臺變頻運行，另一臺工頻備用；當變頻泵跳閘，則聯啟備用泵。凝泵變頻手動輸出變頻頻率控制凝結水入口壓力，除氧器主、副調閥投自動控制除氧器水位。除氧器水位調閥調節方式設計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節閥控制除氧器水位，三沖量控制范圍采用主調節閥控制除氧器水位。當機組給定負荷大于25%為三沖量控制方式，當機組給定負荷小于20%為單沖量控制方式。如果主調節閥和副調節閥同時投入自動，轉入三沖量控制范圍后副調節閥將自動緩慢關閉，轉入單沖量控制范圍后主調節閥將自動緩慢關閉。在三沖量控制方式下，除氧器水位設定值與實際水位的偏差經PID調節器輸出加上鍋爐給水流量的前饋信號作為主凝結水流量的設定值，此設定值與實際主凝結水流量偏差經調節器輸出，控制除氧器水位主調節閥開度。在單沖量控制方式下，根據除氧器水位設定值與實際水位的偏差經PID調節輸出控制除氧器水位副調節閥開度。這種方式調門動作頻繁，節流損失嚴重，效率利用率低，容易出現故障，影響系統的調節品質，而且沒有更好地利用凝泵變頻器，造成能源浪費[5]。在系統控制優化前為了減少能耗的臨時措施是組織運行人員及時加強凝泵變頻出力調整，保證任何負荷工況下除氧器上水調門開度大于50%，減少節流損失，從而降低凝泵耗電率。

3 優化后凝結水系統控制策略

為滿足機組正常運行過程中除氧器水位穩定控制，減少除氧器主調閥節流損失，以及維持凝結水系統安全壓力，保證凝結水系統和汽泵運行安全等方面需求，設計新的凝泵變頻水位控制策略，并梳理相關保護條件和定值，確保凝泵變頻水位控制功能的安全穩定投運。對原有凝結水控制系統控制策略進行優化達到工藝節能和控制節能。工藝節能是采用合理的工藝設備和合理的操作規程達到節能，控制節能是利用先進的控制技術對變化頻繁的生產過程進行及時控制達到節能?？刂撇呗缘膬灮饕紤]正常工況和異常工況情況進行優化。

（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，中間用一個邏輯切換進行選擇。在高負荷（負荷>400MW）時，凝泵變頻自動，無凝泵水位控制退出條件時，運行人員可以手動投入凝泵變頻控制水位，由變頻泵調節除氧器水位三沖量控制方式，除氧器副調閥保持全關狀態（副調閥在負荷高于250MW工況下已全關），除氧器主調閥控制凝結水入口壓力，壓力設定值切換至當前負荷下對應的壓力值，除氧器主調閥在PID作用下自動全開；凝泵變頻控制水位，其水位設定值維持切換之前的設定值，如切換前除氧器主調閥控制在手動方式，則跟蹤當前水位。

（2）異常工況控制策略。根據機組長期運行，觀察系統運行特性，保證設備經濟安全運行，涉及參數初步確定。當凝泵跳閘或壓力低（1.2MPa），工頻聯啟；MFT；凝泵變頻切手動；任一低旁出口溫度高于180℃；凝結水母管壓力（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，凝泵變頻控制壓力，壓力定值為當前負荷對應的壓力值；除氧器主調閥控水位，設定值維持切換前的水位設定值，如除氧器主調閥在手動狀態下則投入主調閥自動，水位設定值為當前水位；除氧器主調自動轉為水位控制模式（設定值為當前測量值）且需超遲關至一定開度維持5s。

低負荷時（負荷<400MW）由除氧器水位調閥調節除氧器水位，變頻凝泵維持凝結水壓力。MFT條件下，凝泵變頻相關設備動作情況：凝泵變頻切手動；除氧器主副調閥均切手動；凝泵再循環閥全開，且切手動；除氧器主副調閥全關。

4 優化邏輯試驗和系統數據收集

為保證優化后的控制方式能夠正常投運，同時收集系統特性參數，驗證優化邏輯的正確性。對凝結水系統在不同負荷段進行不同控制方式試驗。

（1）試驗過程。試驗前確認機組系統穩定，各主要模擬量控制系統均應在自動方式下運行，協調系統主要回路與主要設備無故障，根據需要退出AGC和一次調頻，分不同負荷段，分別進行凝結水系統特性、凝泵變頻水位控制、除氧器主調閥控制凝結水壓力、除氧器主調閥全開、凝泵變頻控制方式切換等試驗，收集觀察除氧器水位、凝汽器水位、凝結水壓力、除氧器主調閥位、凝泵變頻頻率、汽泵密封水出水溫度等參數的變化情況。

（2）試驗參數。凝泵變頻自動控制除氧器水位，除氧器主調閥控制凝結水入口壓力，壓力設定值與負荷對應關系如下表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水壓力，凝結水壓力設定值與負荷對應關系如下表2。除氧器主調自動轉為水位控制模式，設定值為切換前實際水位，且為提高除氧器水位控制準確性，除氧器主調閥將先超遲關至機組負荷工況對應開度，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水壓力設定值

表2 凝泵變頻壓力控制方式下凝結水壓力設定值

表3 除氧器主調閥超馳開度（凝泵變頻方式）

（3）試驗曲線。投入凝泵變頻水位控制方式，檢驗凝結水系統在機組負荷變化、除氧器主調閥調壓關閉等擾動工況下的安全穩定運行性能，整個試驗過程中，除氧器液位控制穩定，動態偏差在±23mm以內，凝結水系統維持安全穩定運行，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組正常運行要求。其試驗曲線如圖1。

5 改造后成效

通過對凝結水系統相關控制邏輯進行調整和完善，并進行凝結水系統試驗，使其具備凝泵變頻水位控制功能投運能力。凝泵變頻水位控制方式下，除氧器水位由凝泵變頻控制，除氧器主調閥控制凝結水壓力，正常處于全開狀態，減少節流損失，節能降耗，凝結水壓力低等異常工況下，除氧器主調閥調壓關閉，維持凝結水系統安全穩定運行。改造后不僅減少閥門的節流損失，節能降耗效果明顯。同時減少運行人員手動操作，對機組的安全、穩定、經濟運行具有重要的意義。同時對其他百萬機組電廠的凝泵變頻控制也具有很強的參考意義。

6 結論

凝結水系統控制策略優化后，可降低能源消耗成本，減少污染物排放，降低發電機組運行成本，一定程度上提高電廠在電力行業的競爭力。凝泵變頻自動控制在我國技術已經十分成熟，也具有良好的發展前景。與此同時對機組其他設備可靠性和經濟性等進行分析，開展對設備運行方式的優化和調整，爭取企業效益最大化。不斷提升節能精細化管理水平，縮小與行業標桿企業的差距，力爭成為新標桿。