【汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析】汽轮机凝结水泵的作用

　　摘要：随着国民经济的发展，电力企业节能降耗成为今后一段时期内工作的重点，各类水泵采用变频调速技术节约电能越来越受到企业的重视。文章针对某电厂两台25MW汽轮机组凝结水泵变频调速改造技术进行分析，为下一步#1，2机组的优化改造提供依据，以改善机组凝结水系统调节性能，进一步降低汽轮机组辅机能耗。
　　关键词：凝结水；调节阀；凝汽器热水井水位；变频调速
　　中图分类号：TM621　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）23-0039-03
　　某电厂六期工程装机容量为2×25MW，汽轮机组为北京北重汽轮电机有限责任公司制造。#1，2汽轮机组各配置3台凝结水泵，额定流量65m3/h，额定功率55kW，1台机组正常情况下2台泵运行，1台备用。凝结水泵将凝汽器热水井中的凝结水升压后送至轴封加热器、低加、高压除氧器，正常运行时由安装在低加出口的凝结水调门来调节热水井水位，不能依据水位高低自动调节，始终以恒定转速运行，造成电能浪费。另外，自#1，2机组安装投产以来，凝结水系统一直频繁地出现问题，直接困扰甚至威胁到全厂的安全经济运行，同时使得检修环节工作量陡增。如果在凝结水泵电机主回路中串入变频器，以凝结水水位高低自动调节电机频率，从而使电机的功率输出以凝结水水位高低自动变化，将节约大量自耗电能，同时，也为机组的安全运行奠定了基础。
　　1　目前凝结水系统存在的问题
　　（1）长期以来，＃1，2号机组由于凝结器水位调节阀的卡涩和凝结器水位过高或过低造成的停机或是甩负荷事件时有发生，直接威胁生产的安全运行。
　　（2）由于凝汽器热水井容积较小，凝汽器热水井水位上下波动较大，其水位调节阀调整频次增加，造成调节阀卡涩或是其他故障频繁。每次凝汽器水位调节阀刚处理正常，没过多久又出现故障，机组在正常运行时凝汽器水位调节阀又无法检修和调试，只有靠其旁路手动门人为地对凝汽器热水井水位进行调整，运行人员常常由于集中于对凝汽器水位的监视与调整，而忽略其他参数的监视与调控，对设备的安全运行埋下隐患，这也是＃1，2号机组频繁甩负荷和停机的主要原因之一。
　　2　#1，2机组凝结水泵变频调速改造对系统的影响
　　2.1　给水泵盘根冷却水由凝结水泵供给
　　由于高除正常运行压力是0.4MPa，零米到除氧器除氧塔高度是17米，静压约是0.17MPa，沿程大约损失0.13MPa，即：0.4+0.17+0.13＝0.7MPa。所以改变频后正常运行时凝结水泵的出口压力不会低于0.7MPa。正常运行给水泵入口压力为0.5MPa左右，0.7MPa＞0.5MPa，所以给水泵盘根冷却水足以供给。
　　以下为抽汽逆止阀控制水的实际安装图：
　　图1　抽汽逆止阀控制水的实际安装图
　　2.2　抽汽逆止门的控制水能否供足
　　在正常的运行工况下，抽汽逆止阀控制水由凝结水杂水联箱和给水泵入口母管两路同时供给。
　　抽汽逆止阀强行关闭途径一：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力也会同时下降，当凝结水压力低于给水泵入口压力时，抽汽逆止阀控制水由给水泵入口母管的水自动顶开逆止门，从而将抽汽逆止阀强行关闭。
　　抽汽逆止阀强行关闭途径二：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力会同时下降，运行人员及时给凝汽器进行补充软水，使凝结水泵出口压力大于给水泵入口压力时，由凝结水强行关闭抽汽逆止阀。
　　通过以上分析，抽汽逆止阀的控制水、给水泵入口母管和凝结水泵的凝结水都可以满足抽汽逆止阀的关闭条件，所以不必担心凝结水泵改变频后对给水泵密封水和抽汽逆止阀控制水供给不足的问题。
　　3　改造方案
　　在每台汽轮机组两台凝结泵主回路中串入变频器，将原凝结水泵电源箱更换为55kW变频器并带有PLC控制的控制箱，在汽机DCS上加装所需的PLC启、停泵操作功能，保留原有1台泵的控制功能，以便在变频器出现故障时作为工频备用，保证机组的正常运行。
　　同时改造现控制回路为：由可编程控制器PLC控制，并取凝结器热水井水位信号作为频率调节参考量，水位高时调节频率增大，从而使电机转速升高，水位低时调节频率减小，从而使电机转速降低，满足凝结水泵电耗随负荷变化而变化的运行要求，达到节能降耗的目的。
　　4　资金投入
　　该系统需4套变频系统，每2台装在一面柜内，柜内每台变频器的出入口均设有空气开关，柜体通风和防尘。所需投资为4台变频器，2台PLC编程器、液位压差变送器、电缆等所需总费用约为80
　　万元。
　　5　经济效益分析
　　凝结水泵改为变频控制后，对系统稳定运行和经济运行都有很大的改善：
　　（1）可以非常平滑、稳定地调节凝结水流量，保证凝结器水位的恒定，大大提高了机组的安全运行可靠性。采用变频调速后，低负荷时，凝结水泵低速运转，泵必需的汽蚀余量（NPSH）降低，降低了泵内发生汽蚀的可能性（因泵必需的汽蚀余量近似与转速的平方成正比），延长了水泵的寿命。
　　（2）变频调速运行时，其出口门和调节阀可全开，利用转速调节流量和压力，改善了由于阀门调节时对管系的冲击，降低了调节阀前后管系泄漏的可能性；也由于变频器的软起动，有效消除“水锤”效应和空化现象，减小对管网和泵的冲击，延长泵体寿命和减小管网及附件的损耗，从而减少了维护工作量，提高了系统的安全可靠性。
　　（3）水泵投入变频运行后，凝结水流量及出口压力都能很好地满足生产工艺的要求，凝结水泵可以随机组负荷的变化而调节输出功率，达到节能降耗的目的。
　　（4）采用变频调速后，避免因通过调节阀控制使凝结水泵过多偏离额定工作区而引起的振动。通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低泵的转速，由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封件、轴承的寿命。
　　（5）变频调速解决了凝结水泵启动时大电流对电机的冲击，延长了电机的使用寿命。异步电机直接启动时，其最大启动电流约为额定电流的7倍。而变频启动时，基本上无冲击电流，其电流是从零开始，随着转速的上升而增加，最大不会超过额定电流，这就消除了对电机的冲击应力，延长了电机的使用寿命，降低了设备故障率，减少了设备维护量。
　　（6）经济效益预算：
　　#1，2机组共4台凝结泵将改为变频控制，每台凝结泵流量为65m3/h，电机功率为55kW，2台凝结泵满负荷运行时，流量为130m3/h，功率为110kW，而每台机组凝结水流量约60～80t/h之间，未改为变频调速时，所需功率为：P＝90%×110＝99kW，改造后，根据P（功率）＝Q（流量）×H（压力），若压力恒定，则每台机组所需功率为：
　　P＝{（60～80）/130}×110＝51～68kW
　　若变频控制调节电机功率在此范围内工作，每小时节约电能51～68kW，假设六期机组全年运行约8000小时，则全年节电量约40.8～54.4万kW·h，每度电按0.5元，全年节约电费20.4～27.2万元，照此计算，可在4年内收回成本。
　　6　结语
　　总而言之，凝结水泵改为变频调节后运行更为经济、平稳、可靠，大大提高了设备的安全性和可靠性，同时又降低了厂用电率，可以有效解决凝结水泵故障率高、阀门节流损失大和调节阀控制滞后甚至卡涩导致停机等难题，为#1，2机凝结水系统的安全运行打下了良好的基础，为深入推进节能降耗工作提供了保障。
　　参考文献
　　[1]　李建刚．汽轮机设备及运行[M]．北京：中国电力出版社，2010．
　　[2]　王寒栋．泵与风机[M]．北京：机械工业出版社，2009．
　　[3]　李良仁．变频调速技术与应用[M]．北京：电子工业出版社，2009．
　　作者简介：李中元（1977-），男，河南焦作人，甘肃省玉门油田水电厂助理工程师，研究方向：汽轮机运行；王玉怀（1966-），男，甘肃玉门人，甘肃省玉门油田水电厂助理工程师，研究方向：汽轮机检修；张晓琴（1966-），女，甘肃通渭人，甘肃省玉门油田炼化总厂助理工程师，研究方向：循环水处理。
　　（责任编辑：周加转）