运用新控制策略显著降低给水泵再循环阀汽蚀.pdf

第 3 9卷第 3期 2 0 1 6年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vn J 3 9， No 3 J u n ， 2 01 6 运用新控制策略显著降低给水泵再循环阀汽蚀 侯剑雄 ， 刘志东 ， 杨群发 ( 广东珠海金湾发 电有限公司 ， 广东 珠海5 1 9 0 5 0 ) 摘要 ： 为减少汽动给水泵再循环 阀的汽蚀及 降低汽动给水 泵低 负荷 时 的能耗 ， 通 过研 究分 析 ， 采 用全新 的再循环 阀 控制策略， 并在实际使用中进行验证。新的控制策略使汽动给水泵再循环阀在机组正常运行中保持全关闭状态 只 有在汽动给水泵启动、 停运过程中才需要开启， 最大限度减少了再循环阀的汽蚀， 并显著降低 了汽动给水泵低 负荷时 的能耗 。 实践证明 ， 所采用的新控制策略能 够实现 汽泵的节能降耗 ， 延长再循 环 阀使 用寿命 ， 并保证 汽动给 水泵和锅 炉给水流量 的安全 。 关键词： 汽动给水泵； 再循环阀； 节能降耗； 控制 Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o r e d u c e t h e c a v i t a t i o n o f r e c i r c u l a t i o n v a l v e o f s t e a m f e e d p u mp a n d r e d u c e i t s e n e r g y c o n s u mp t i o n a t l o w l o a d ，a n e w c o n t r o l s t r a t e gy f o r r e c i r c u l a t i o n v alv e i s a d o p t e d t h r o u g h t h e r e s e a r c h a n d a n a l y s i s ，a n d i t i s v e r i f i e d i n p r a c t i c e A n e w c o n t r o l s t r a t e gy ma k e s s t e a m f e e d r e c i r c u l a t i o n v a l v e t o b e f u l l y c l o s e d d u rin g t h e n o r ma l o p e r a t i o n o f t h e u n i t ，a n d i t o n l y n e e d s t o o p e n i n t h e s t a r t u p a n d s h u t d o wn p r o c e s s o f s t e a m f e e d p u mp，w h i c h mi n i mi z e s t h e c a v i t a t i o n o f r e c i r c u l a t i o n v alv e a n d g r e a tl y r e d u c e s t h e e n e r g y c o n s u mp t i o n o f s t e a m f e e d p u mp a t l o w l o a d T h e p r a c t i c e s h o ws t h a t t h e n e w c o n t r o l s t r a t e gy c a n r e ali z e t h e e n e r gy s a v i n g of s t e a m f e e d p u mp，p r o l o n g t h e s e r v i c e l i f e o f r e c i r c u l a t i o n v a l v e a n d e n s u r e t h e s a f e t y of f e e dwa t e r fl o w of s t e a m f e e d p u mp a n d b o i l e r Ke y wo r d s ： s t e a m f e e d p u mp；r e c i r c u l a t i o n v a l v e ；e n e r gy s a v i n g a n d c o n s u mp t i o n r e d u c t i o n；c o n t r o l 中图分类 号 ： T K 2 6 7文 献标 志码 ： B文章编号 ： 1 0 0 36 9 5 4 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 9 1 0 4 0 引 言 广东珠海金湾发电有 限公司 ( 以下简称金湾 电 厂 ) 3号 、 4号机组为 6 0 0 MW 超 临界燃煤机组 。各 配备 2台 5 0 额定容量的汽动给水泵 ( 以下简称汽 泵 ) ， 汽泵由沈阳荏原 ( E B A R A) 水泵厂制造 ， 型式为 卧式 、 离心 、 多级筒型泵 ， 采用机械迷宫式密封 ， 额定 工况转速 5 2 8 0 r m i n 、 流量 8 8 9 t h ， 最大工况点转 速 5 5 5 0 r mi n 、 流量 1 0 5 5 t h ， 最低调节转速 2 8 0 0 r mi n 。再循环阀为气动调节阀 ， 自动状态下参与汽 泵入 口最小流量的调整 。 汽泵再循环阀是火 电厂 中运行工况最为恶劣 的 调节阀之一 ， 该 阀门前后压差极大 ， 极易被 冲刷 ， 寿 命一般较短 ， 几乎每年均需对其进行检修或更换 ， 阀 门冲刷 内漏 问题一直不能彻底解决 。长期 以来 ， 机 组负荷低至 3 2 0 MW 以下时， 再 循环阀处 于微 开状 态 ， 增加 了汽泵的汽耗率 ， 降低了机组的经济性 ； 阀 门吹损也非常严重 ， 大小修后不久 阀门就快速发生 内漏 ， 大大增加了维护成本 ， 在夏天高负荷给水流量 偏大时 ， 汽泵转速 已经 到达 5 5 0 0 r mi n附近， 给机 组安全性带来一定的隐患。为降低 汽泵能耗 ， 提高 节能效果 ， 通过对汽泵再循环 阀控制方式进行探索 与分析 ， 摸索出全新 的控制方式。经优化后的汽泵 再循环阀控制 曲线 ， 能显著 降低汽泵低负荷时的能 耗 ， 大幅减缓再循环 阀的吹损速度 ， 减少维护费用 ， 具有明显的经济效益。 1 再循环阀原控制策略问题 金湾电厂为减小汽泵再循环阀开度变化对总给 水流量的波动影响 ， 在再循环 阀调节过程中设置死 区。再循环 阀控制方法采用流量函数对应阀位的方 法 ， 如图 1 所示。当泵入 口流量增大时 ， 再循环阀关 小 的行程按照 a b C运行 ； 当人 口流量减少 时， 再 循环阀开大 的行程按照 de a运行 。两条函数线 形成的回环 区为流量波动死 区， 当给水泵 流量在死 区范围内波动时， 再循环 阀开度保持不变 ， 避免阀位 91 第 3 9卷第 3驯 2 01 6 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 9， No 3 J u n ， 2 0 1 6 的扰动影响总给水流量 。e 、 b 、 d 、 c点 的数值根据 汽 泵厂家提供 的运行特性 曲线及实际运行工况确定。 壁 瑶 l O 流 量 F 1 图 1 汽 泵再 循环 阀控 制曲线图 实际运行中， 机组 负荷在 3 1 0 M W 时 ， 总给水流 量为 8 9 0 t h左 右。分配至每一 台汽泵流量约 4 5 0 t h 。由丁机组经常在 3 0 0 MW 及 以下负荷调 峰运 行 ， 负荷指令经常来 回波动 ， 再循环阀经常处于微开 状 态， 阀门内漏 、 振动严重 ， 由此导致 阀门在刚开启 时给水流量会发生突降 ， 而超 临界锅炉对给水流量 的变化特别敏感 。为保证负荷在 3 0 0 MW 以下时给 水流量的安全 稳定 ， 将再循 环阀设置 为在 3 0 0 MW 以上开启 ， I中 d ( F ) 、 C ( F ) 、 e 、 b点 的数值分别 为 5 0 0 t h 、 6 5 0 t h 、 3 0 0 t h 、 4 5 0 t h ， 并设置再循环 最小扦度 为5 ， 汽泵最低流量保护为 2 6 3 8 t h 。 具体来讲 ， 汽泵再循环 阀在运行 中主要有 以下 问 题 ： 1 )减负荷过程中， 机组 负荷下 降达 到 3 0 0 MW 即开始开启再循环阀 ， 2 5 0 Mw 时 ， 再循环阀开度达 2 6 ， 给水通过冉循环阀回流带来的损失非常大 ； 2 )加负荷过程 中， 负荷增加达到 3 5 0 MW 再循 环阀才开始关闭 ， 此前一直处于微开状态 ， 阀门吹损 严 重 ， 汽泵 汽耗 增加 ； 3 )2台汽泵 冉循 环阀开启时不 能做到完全 同 步 ， 单台汽泵再循环 阀开启时 ， 导致 2台汽泵 的压头 和流量有差异 ， 引起给水总流量扰动 ； 4 )月前普遍机组负荷率较低 ， 夜班经常调峰至 3 0 0 MW 及以下 ， 汽泵冉循环 阀长期处于开启状态 ， 带来的阀门磨损和能耗损失成倍增加。 2 再循环 阀控制 的改进 2 1 汽泵各转速下的最小流量设计值 经咨询汽泵厂家 ， 汽泵在额定转速下入 口、 出口 最小流量为 2 2 0 t h ， 在其他转速下的最小流量则根 9 2 据如下公式计算 ： 实际最小 流量 =额定最小流量 X 实际转速 额定转速。根据此计算公式 ， 计算 出在 不 同转速下的汽泵最小流量值 ， 见表 1 。同时厂家 指 出， 表中的数值是保证汽泵在此转速下运行的最 小流量值 ， 从安全角度考虑 ， 实际运行 中应 留有一定 的裕 度 。 表 1 汽 泵不 同转速下最小 流量设计值 用表 l 数据与 目前实际汽泵再循环阀控制值对 比， 可以看出 目前汽泵最低流量保护定值及再循环 阀开 、 关 的定值均偏大 ， 例 如汽泵入 口流量在 5 0 0 t h开始开启 ， 对应的转速约 4 0 0 0 r m i n ， 而实际汽泵 的最小流量设计值仅仅 为 1 6 7 t h 。两者存在 巨大 差异 ， 存在不合理性 ， 具有优化空间。 2 2 再循环 阀关闭试验 将汽泵 再循 环 阀切 手动 全 关 ， 缓 慢 降负 荷 至 2 3 0 MW， 此时汽泵转速 3 2 9 5 r m i n ， 人 口流量降至 3 8 4 t h 。全面检查汽泵各项运行指标正常 ， 无明显 的上升或超 限现象 ， 证明再循 环阀在机组 负荷低 至 2 3 0 MW 时完全没有开启 的必要 ， 为下 一步控制定 值的修改提供有力 的证据支持 。受制于脱硝系统即 将退出， 没有进行更低负荷试验 。 2 3运行 曲线及保护定值修改 1 ) 修改再循环 阀控制逻辑 ： 汽泵升负荷 时入 口 流量在 2 5 0 t h时再循环阀开始关闭( 对应 图 1为 b 点 ) ， 3 5 0 t h时全关( 对应 图 1为 c点 ) ； 汽泵降负荷 时入 口流量 2 7 0 t h时再循环 阀开始开启 ( 对应图 1 为 d点) ， 1 7 0 t h时全开( 对应图 1为 e点) 。 2 ) 修改汽泵最小流量保 护值 ： 最小流量保护值 由固定值 2 6 3 8 t h改为转速的函数值 ， 该值是一个 变值。按照厂家提供的不 同转速下最小流量设计值 ( 表 1数据 ) 乘 以系数 1 2 ； 在转速 5 5 0 0 r m i n 时 ， 保护定值取固定值 2 7 5 t h 。计算 出的不同转速 下最小流量保护值数据见表 2 。 第 3 9卷第 3期 2 0 1 6年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 9， No 3 J u n， 2 0 1 6 表 2 汽泵不 同转速 下最 小流量保护值 汽泵转速 ( r m i n ) 最小流量保护值 ( t h ) 5 5 00 5 28 0 5 0 00 4 5 00 4 0 0o 3 5 00 3 00 0 3 ) 汽泵 正常 运行 时， 再循 环 阀放 置在 自动状 态 ； 在汽泵启动 、 停运过程 中， 再循环 阀放置在手动 状态 ， 由操作员手动操作。 2 4锅炉给水流量的安全性分析 再循环 阀控制逻辑修改后 ， 减负荷时阀门开始 开启值 由 5 0 0 t h降低至 2 7 0 t h ， 选定该值主要基 于以下 两点考虑 ： 一是 2 7 0 t h基本上是 汽泵 最大 工况点转速对应 的最小流量设计值的 1 2倍 ， 可 以 保证汽泵在各转速下的汽蚀余量安全 。二是与锅炉 MF T保护 中“ 给水流量低低” 动作值匹配 ， 保证锅炉 给水流量的安全 。再循环阀开启定值改低后还有一 个担心是其开启 时是否会影响锅炉低负荷时给水流 量的安全 。事实上 ， 锅炉 最低给水 流量为 6 0 0 t h ( 约 3 0 B MC R) ， 因此不论是机组正常运行还是在 启停机过程 中， 只要锅炉运行 ， 运行汽泵的再循环阀 均不需要 打开。锅炉 MF T保 护 中的“ 给水流量 低 低” 动作值为 5 3 7 5 t h ， 汽泵人 口流量低至 2 7 0 t h 开启再循环 阀时 ， 事 实上锅炉也 已 MF T动作 了， 因 此汽泵再循环阀的开启对锅炉给水流量的安全不会 造成影响。 若运行 中发生两台汽泵 “ 抢水 ” 的情况 ， 按照原 控制逻辑 ， 被抢汽泵在入 口流量降至 5 0 0 Vh时开 始开启再循环阀， 此 时有可能 因为再循环阀的开启 导致汽泵出口压力进一步降低 ， 失去抢救 拉 回的机 会。当被抢汽泵入 口流量降至 2 7 0 t h时， 已很难 让被抢汽泵拉 回重新供水 ， 因此修改为新 的控制逻 辑后 ， 此时才开启再循环阀对 汽泵 的“ 抢水 ” 事故处 理没有负面影响 。 以上分析说明再循环 阀控制逻辑修改后不会影 响锅炉给水流量的安全。 2 5运行 曲线 改进后 运行 效果 控制方式改进 后 ， 机 组正 常运 行 中汽泵 再循 环阀均保持全关 ， 控制方式 为“自动 ” 状态 。 由于 再循环 阀不用开启 ， 基 本消 除 了汽泵 再循 环 阀运 行 中的节 流损失及汽 蚀现象 ， 在汽 泵节 能降耗 的 同时 ， 减 少了再 循环 阀维 护费用 ； 同时 ， 避免 了机 组低负荷 时因汽泵再循 环 阀开 、 关造 成 的总给水 流量扰动 ， 增加 了机组 低负荷时 的安全稳定性 。 只有在汽泵启动 、 停运过程 中再循环阀才需要 放置在“ 手动” 方式并打开。汽泵启 动时， 将再循环 阀切换到手动全开 ， 汽泵在并泵的过程中， 逐渐关闭 再循环阀， 全关后投入“自动” 方式 ； 停泵停运时 ， 先 逐渐将循环阀切换 到手动全开 ， 然后缓慢降低汽泵 转速直至汽泵退出运行 。汽泵的“ 并泵” 、 “ 退泵” 操 作过程得到简化。 机组调峰低至 2 0 0 MW 运行 时， 汽泵再 循环均 保持关闭， 汽泵运行稳定 ， 参数正常。 3 节能效果及经济效益 机组运行负荷为 3 0 0 M W 时， 除氧器参数为 0 4 6 MP a 1 5 0 C， 对应焓值 6 2 6 8 9 k J k g ； 汽泵 出 口参数 为 1 9 3 MP a 1 5 5 C， 对应焓值 6 6 5 4 4 k J k g 。优化 前后 3 0 0 M W 时汽泵入 口流量差值至少为 3 0 t h ， 汽泵效率约为 8 5 。2台汽泵减少的输入功率为 3 0 Vh X 2台 ( 6 6 5 4 4 6 2 6 8 9 ) k J k g3 6 0 0 S 8 5=78 4 2 kW 每年汽泵运行至少 3 0 0天 ， 目前 每天有 1 3时 问是在 3 0 0 MW 及 以下负荷运行 ， 假设 电费 为 0 4 元 k W h ， 则每年可节省运行费用为 7 8 4 2 k W ( 3 0 0天 l 32 4) 0 4 己 k W h = 7 5 2万元 假设汽泵再循环阀门每年维护费用为 1 0万元 ， 则每年每台机可节省费用为 7 5 2+1 0=8 5 2万 元 。 以上计算只考虑 3 0 0 MW 工况 ， 当机 组运行在 3 0 0 M W 以下时 ， 汽泵节能效果更 明显。 4 结语 汽泵再循环阀按照新的控制策略运行后 ， 主要 取得了以下成果 ： 1 ) 汽泵再循 环阀汽蚀现象 基本消除 。机组低 9 3 6 6 4 2 5 4 0 7 6 9 5 0 5 5 2 2 4 5 0 7 l 2 2 2 1 第 3 9卷第 3期 2 0 1 6年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h ua n E l e c tr i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 9。 No 3 J u n， 2 01 6 负荷时不需要开启再循 环阀 ， 只有在 汽泵“ 并泵” 、 “ 退泵” 期 间才会使用 ， 再循环 阀以微开状态造成汽 蚀 的时间几乎为“ 0 ” 。 2 ) 汽泵节 能效果 明显 。机组运行 中汽泵 再循 环阀一直处于关闭状态 ， 且阀门内漏现象得到改善 ， 基本杜绝了再循环阀的回流损失 。 3 ) 避免了因汽泵再循环 阀开启造成 的给水流 量突降， 保证了低负荷时锅 炉给水 流量 的稳定性 和 安 全性 。 再循环阀按照新的控制策略运行后汽泵运行参 数稳定 ， 实践证 明是 可行 的。在 目前燃煤机组 总体 负荷率偏低 ， 长时间低负荷运行 的现状下 ， 新的控制 策略能带来更 明显 的经济效益 。 参考文献 1 赖加 良， 戈 黎红 超 临界 机组 给水 泵 最小 流量 控制 方 法的改进 J 发电设备 ， 2 0 0 9， 2 3 ( 5 ) ： 3 5 8 3 6 0 2 邹世浩 ， 万胜军 超临界最小流量调节阀的研究 J 锅炉制造 ， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 6 2 6 4 3 钱绍斌 给水泵再循环 阀异常处理 J 电力安全技 术 ， 2 0 1 0 ， 1 2 ( 1 ) ： 4 9 5 0 4 阎志敏 给水泵再循环阀的设计与控制 J 发电设 备 ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 4 ) ： 3 3 2 3 3 4 5 刘长良， 周丹 6 6 0 MW单列辅机超超临界机组给水控 制策略优化 J 电力科学与工程， 2 0 1 3 ， 2 9( 9 ) ： 4 3 4 6 6 王志强 ， 李忠杰 ， 李金铖 给水泵最小流量再循环阀控 制方法的改进 J 河北电力技术， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 6 ) ： 4 1 4 4 作者简 介 - 侯剑雄( 1 9 7 5 ) ， 高级工程师， 从事火电厂生产技术与管 理 工作 。 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 11 5 ) ( 上接第 5 8页) 间更短。经仿真验证 ， 晶闸管整流器大大缩短 了开 断进线短路 电路 的时 间， 且较好地完成 了整流 的功 能 ； 但 3 5 k V侧电流谐波偏大 ， 需要安装谐波治理装 置 ， 而谐波治理技术 在中国城市轨道交通领域 的使 用 中已经相 当成熟 ： 因此 ， 所提出的基于 晶闸管整流 器的直流牵引供 电系统可为新建 城轨线路 提供参 考 。 参 考文献 贺威俊轨道交通牵引供变电技术 M 成都 ： 西南交 通大学 出版社 ， 2 0 1 1 喻乐城市轨道交通供电系统建模与直流馈线保护的 研 究 D 北京 ： 北京交通 大学 ， 2 0 1 2 邱有杰 ，朱国钧用 于轨道交通 的 国产化 直流快 速断 路器及直流接触器 J 上海电器技术， 2 0 0 3( 2 ) ： 4 2 43 周宏宇新型地铁用直流断路器研究 D 长沙： 湖南 大学 ， 2 0 1 0 周宏字 ， 罗隆福，许加柱 ，等改进型地铁用直流断 路器 J 电力系统及其 自动化学报 ， 2 0 1 1 ， 2 3 ( 2) ： 1 2 7 一l 3 0 董恩源， 丛吉远 ， 邹积岩，等1 5 0 0 V船用新型直流 94 断路器的研究 J 中国电机工程学报， 2 0 0 4， 2 4 ( 5 ) ： 1 5 31 5 6 7 董恩源基于电子操动的快速直流断路器的研究 D 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 4 8 高银银地铁用直流断路器灭弧方案 的研究 D 成 都 ： 西南交 通大学 ， 2 0 1 3 9 董海燕 ，田铭兴 ， 杜斌 祥 ， 等地 铁 2 4脉波整流机组 的仿真及谐波电流分析 J 电源技术， 2 0 1 1 ， 3 5 ( 5 ) ： 59 35 9 4 1 0 杨阳城市地铁系统建模及时间优化方案研究 D 上海 ： 上海 交通大学 2 0 1 3 1 1 陈海军 ， 程小华地铁整流机组相量图及输出波形 分析 J 变压器 ， 2 0 0 6 ， 4 3 ( 8 ) ：1 72 1 1 2 邵岩 基 于 R T D S的地 铁 牵引 供 电系 统建 模 与仿 真 D 成都 ： 西南交通大学 ， 2 0 1 4 作者简 介 ： 陈隆 ( 1 9 9 1 ) ， 硕 士研 究 生 ， 研 究 方 向 为 电 力 系统 分 析 ： 周士琼 ( 1 9 9 2 ) ， 硕 士研 究 生 ， 研 究 方 向 为 电 力 电子 控 制 ： 夏焰坤( 1 9 8 6 ) ， 博士、 讲师， 研究方向为电力系统控制。 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 60 l l 0 ) J J j J j j l 2 3 4 5 6 l寸 _