楊碩

摘 要：文章簡單介紹了廣東粵電湛江中粵能源有限公司#1機(jī)凝結(jié)水泵A永磁調(diào)速改造的應(yīng)用情況，并對其節(jié)能情況及日后的優(yōu)化方向進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；永磁調(diào)速；控制策略；經(jīng)濟(jì)性

1 概述

湛江中粵能源有限公司1號機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，型號為N600-16.7/538/538-75B，凝結(jié)水系統(tǒng)配套兩臺上海KSB泵有限公司制造的NLT500-570*4S型凝結(jié)水泵，一用一備運(yùn)行方式。額定流量為1733m3/h，設(shè)計揚(yáng)程為305.7m，配用功率2000kW，額定轉(zhuǎn)速1480rpm。電機(jī)型號YKSL630-4TH，配用功率2000kW，湘潭電機(jī)廠制造。由于系統(tǒng)配置的凝結(jié)水泵容量與揚(yáng)程均有較大的裕量，機(jī)組在調(diào)峰運(yùn)行、除氧器水位調(diào)節(jié)閥開啟不足，有較大的節(jié)流損失。而且水泵一直在大大偏離設(shè)計的高效率區(qū)域運(yùn)行，在一定程度上影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了降低機(jī)組的能耗，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，公司已將凝結(jié)水泵改為變速調(diào)節(jié)，利用永磁調(diào)速技術(shù)改變水泵轉(zhuǎn)速，采用調(diào)整間隙的方法，通過永磁傳遞力矩驅(qū)動水泵的方式達(dá)到凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的，結(jié)合原有的除氧器上水調(diào)門來控制與維持除氧器水位。

2 調(diào)速原理

本套永磁調(diào)速設(shè)備采用美國MagnaDrive公司提供的永磁調(diào)速設(shè)備，采用該設(shè)備后，通過永磁轉(zhuǎn)子和另一端導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，同時通過智能電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)氣隙大小實現(xiàn)電機(jī)和凝結(jié)水泵之間的轉(zhuǎn)距控制，從而實現(xiàn)凝結(jié)水泵的速度調(diào)節(jié)。此套永磁調(diào)速裝置通過DCS將參數(shù)調(diào)節(jié)信號通過PID調(diào)節(jié)或者操作員設(shè)置的指令，變成4～20mA信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推動永磁調(diào)速裝置的氣隙調(diào)節(jié)動作，實現(xiàn)調(diào)速功能。在遠(yuǎn)程信號如出現(xiàn)問題或現(xiàn)場需要，可以通過執(zhí)行器的手動裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時執(zhí)行機(jī)構(gòu)會將實時的位置反饋以4-20MA信號返回DCS，供操作人員觀察判斷。

3 系統(tǒng)改造

本次凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造工程為一臺凝結(jié)水泵的改造項目，主要的設(shè)備包括永磁調(diào)速裝置本體（一套）、冷卻水系統(tǒng)（一套）、電氣相關(guān)輔助設(shè)備和凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造工程范圍內(nèi)所有配套的熱工儀表，根據(jù)永磁設(shè)備控制需要，控制系統(tǒng)內(nèi)要增壓溫度、壓力、流量、液位等監(jiān)視測點，保障設(shè)備安全運(yùn)行。2014年9-11月#1機(jī)組停機(jī)檢修， #1機(jī)組凝泵A永磁改造計劃在此次停機(jī)檢修中實施，10月17日由設(shè)備部電氣分許組織召開技術(shù)改造協(xié)調(diào)會，討論改造工作方案布置工作內(nèi)容，到11月7日#1機(jī)組啟動凝泵A投入使用，歷時20天。安裝調(diào)試了執(zhí)行機(jī)構(gòu)1臺、溫度壓力等監(jiān)測儀表8塊，DCS控制系統(tǒng)新增邏輯組態(tài)10頁。

4 除氧器調(diào)門控制與永磁調(diào)速控制策略

凝結(jié)水泵永磁調(diào)速改造之后，原有的除氧器水位控制回路必須進(jìn)行相應(yīng)的修改。凝結(jié)水流量與壓力在流動過程中是相互耦合的對象。目前主要有以下幾種方案來實現(xiàn)流量（除氧器水位）與壓力的控制。

方案一：采用永磁調(diào)轉(zhuǎn)速控制凝結(jié)水流量，達(dá)到控制除氧器水位的目的，母管出口壓力由原除氧器上水主副調(diào)來調(diào)節(jié)。永磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動跟蹤除氧器的水位，當(dāng)除氧器的水位與設(shè)定值有偏差時，PID將會對永磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中為了避免開度過小造成凝泵出口壓力過低（小于1.7MPa），閉鎖減調(diào)速泵指令，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)鍋爐用水量迅速增加時，邏輯將會對給水流量的變化量進(jìn)行超調(diào)，提前改變凝泵的出力，避免除氧器水位有大的波動。

除氧器水位調(diào)節(jié)閥門調(diào)壓控制邏輯為在凝結(jié)水泵A單泵運(yùn)行時除氧器水位主調(diào)節(jié)閥自動控制凝結(jié)水泵出口凝結(jié)水壓力，此壓力設(shè)定值是一個負(fù)荷變參數(shù)函數(shù)，函數(shù)曲線如表所示。

方案二：調(diào)速凝結(jié)水泵用于調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管水壓，原有的除氧器上水主副調(diào)節(jié)閥門仍用于調(diào)節(jié)除氧器水位。

該兩種方案各具特點，方案二邏輯相對來說較為簡單，改造過程邏輯修改量較小，符合改造前的操作習(xí)慣，同時可以保證凝結(jié)水母管壓力的穩(wěn)定，確保凝結(jié)水用戶有足夠的壓頭，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。然而，方案二在機(jī)組負(fù)荷加大而且調(diào)門開度在接近全開或全開狀態(tài)下，系統(tǒng)無法保證機(jī)組的除氧器的水位，即除氧器的水位失去了調(diào)節(jié)手段。方案二只能在機(jī)組相應(yīng)的調(diào)門在負(fù)荷全程范圍內(nèi)調(diào)門開度均在80%以下方可采用。方案一實際上是在彌補(bǔ)方案二的不足，然而，該方案在低負(fù)荷時，對凝結(jié)水母管壓力的穩(wěn)定會帶來不利因素。

綜上所述，在改造過程中，我們充分發(fā)揮兩種方案的優(yōu)點，即在低負(fù)荷時采用方案二、在高負(fù)荷階段采用方案一。

因此本次永磁調(diào)速改造控制策略基本上可以概括為：低負(fù)荷段除氧器調(diào)門單/三沖量調(diào)節(jié)水位，調(diào)速泵調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力，負(fù)荷達(dá)到350MW后（此負(fù)荷可根據(jù)實際運(yùn)行狀況進(jìn)行在線修改），除氧調(diào)門自動調(diào)節(jié)凝結(jié)水出口母管壓力，，此時調(diào)速泵三沖量調(diào)節(jié)水位，當(dāng)負(fù)荷下降到350 MW，調(diào)速泵無擾轉(zhuǎn)為調(diào)節(jié)凝結(jié)水母管壓力，同時除氧器上水主副調(diào)門自動調(diào)節(jié)水位。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

原設(shè)計單臺凝結(jié)水泵的最大流量約為1530m3/h左右。根據(jù)運(yùn)行記錄和控制數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)天的機(jī)組負(fù)荷在500MW左右，運(yùn)行電流178A左右，現(xiàn)場DCS顯示流量約為1406m3/h，游標(biāo)值為817m3/h，絕大部分能量消耗在閥門上。凝結(jié)水泵隨工藝設(shè)備全年運(yùn)行小時約7200h。按凝結(jié)水泵的啟動方式為常規(guī)啟動，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)期能耗計算如下：

其中COS？漬為電機(jī)功率因數(shù)，此臺電機(jī)為0.89。

改造前耗能數(shù)據(jù)

改造后耗能數(shù)據(jù)

從上述兩個耗電表格可以看出，#1機(jī)組凝泵A永磁調(diào)速裝置投入運(yùn)行后，通過與改造前的運(yùn)行工況相比凝泵電機(jī)的功耗有了明顯的降低，有了一定的節(jié)能效果，具體數(shù)據(jù)如表所示。

從上表可以看出，改造后的凝結(jié)水泵在低負(fù)荷時節(jié)能效果較為明顯。

6 優(yōu)化方向

目前我廠#1機(jī)組凝結(jié)水壓力控制是根據(jù)之前的經(jīng)驗曲線所得，控制的最小壓力為1.65MPa，此壓力值是初步設(shè)定的，為了達(dá)到凝泵永磁的最佳效率，就必須在確保機(jī)組安全運(yùn)行的情況下盡可能的降低凝結(jié)水壓力，開大除氧器主副調(diào)，減少節(jié)流。凝結(jié)水主要的用戶有低壓旁路減溫噴水和低壓缸排汽噴水。低壓缸排汽噴水主要是在啟停機(jī)組時應(yīng)用，可以不用考慮；低壓旁路在減溫噴水壓力低于1.8 MPa時會強(qiáng)關(guān)旁路，運(yùn)行中也可不必考慮。但是整個系統(tǒng)具體需要多大壓力有待試驗數(shù)據(jù)，從以上分析可以看出凝結(jié)水壓力的調(diào)節(jié)是我們以后優(yōu)化的方向。