燃气-蒸汽联合循环电厂高压给水泵节能优化

崔巍

摘 要：为保证高压给水泵出口调节阀门前后一直保持1.3MPa左右的差压，高压给水泵调节阀一直工作在较高的压力工况下，该调节阀需要频繁动作导致阀门容易磨损，每三四年就得更换一次，更换一个崭新的阀门不仅购买代价较高、更新时间较长、维护费时费力，而且对机组的安全稳定连续正常运行也会造成一定的影响;另外通过调节高压给水调节阀开度改变给水流量进而控制高压汽包水位的节流调节方法存在着较大的节流损失。而高压给水泵液力耦合器作为节能设备，可以无级变速运转，工作可靠、操作简便、调节灵活、维修方便，采用高压给水泵液力耦合器便于实现高压汽包水位的全程给水自动调节，以适应负荷大范围变化的需要，可节约大量电能。因此，有必要对现有控制方案进行节能优化改造。

关键词：高压给水泵;液力耦合器;优化;节能

1余热锅炉高压汽水系统的现有控制方案

2010年以前投产燃气机组余热锅炉高压汽水系统实际控制方案中，通过调节高压给水调节阀开度控制给水流量进而调节高压汽包水位，通过调节高压给水泵液力耦合器勺管开度控制高压给水调节阀前后差压稳定在1.30MPa左右。

2本项目节能优化改造目标

为实现余热锅炉高压汽水系统的节能优化运行，需要取消高压给水调节阀的自动控制功能，正常工作时改为全开状态，也即取消高压给水调节阀前后差压的控制功能;改为通过调节#1、#2高压给水泵液力耦合器勺管开度指令调节高压汽包水位。

3节能优化解决方案

3.1节能优化改造最终实现的功能

本次节能优化改造最终实现的功能如下：

3.1.1在新方案投入情况下，高压给水调节阀不参与水位调节，处于几乎全开状态（开度>90%），且只能是手动状态;

3.1.2 #1、#2号高压给水泵不再控制给水调节阀前后差压，而是通过转速调节自动控制高压汽包水位;

3.1.3在设备启、停过程中，当水位稳定后，投入“液耦水位调节模式”，此时在“液耦水位调节模式”内“水位控制”靶标下的液位反馈应自动跟踪当前水位（始终），随后逐渐开启水位调节阀至全开，待调节稳定后投入“液耦水位调节模式”内“水位控制”设定高压汽包液位点。在机组运行状态升降负荷过程中（例如机组负荷变化范围140MW-210MW或210MW-140WM），控制可靠无扰动。

3.1.4在新模式投入状态，高压给水调节阀自动切换到手动控制模式，且可用。当出现突发情况“液耦水位调节模式”自动退出或需要手动退出，原有控制模式中的给水调阀、差压控制、液耦控制应均在手动模式。

3.2总体修改思路（新旧方案的逻辑关系）

新旧方案投切按钮：画面上的“液耦水位控制模式选择”操作按钮，按下“投入”按钮，则切换为新方案;按下“液耦水位控制模式选择”退出按钮，则切换为原来的旧方案。

无论何时，一旦发生投入或退出“液耦水位控制模式选择”切换操作，就自动强制A、B高压给水泵液力耦合器切手动。

新方案：一旦切换为新方案后，A、B高压给水泵液力耦合器均自动切手动， 高压给水调节阀也切手动。此时，通过操作水位控制操作面板控制。

手动调节高压给水调节阀，在保证高压汽包水位稳定的情况下逐渐增大直至开大到90%甚至100%;通过手动调节A、B高压给水泵液力耦合器勺管开度稳定高压汽包水位。

旧方案：一旦按下“液耦水位控制模式选择”退出按钮后，与原来的操作过程完全一致。通过监控画面上的“差压控制”面板调节高压给水调节阀前后差压，通过A、B高压给水泵液耦水位调节面板调节高压汽包水位。

A、B高压给水泵液力耦合器的实际指令都是高压给水泵总操指令+各自偏置生成。高压给水泵总操指令由新方案中的水位控制总操和旧方案中的差壓控制总操切换而成，且设计有相互跟踪，以实现无扰切换。

高压给水泵总操指令信号切换逻辑：当“液耦水位控制模式选择”投入时，接受新方案中的高压给水泵水位控制总操指令，否则，当“液耦水位控制模式选择”退出时，接受旧方案中的高压给水泵差压控制总操指令。

旧方案中的高压给水泵差压控制总操指令信号形成：

被控变量PV为经滤波处理后的高压给水调节阀前后差压，设定值SP由选择后的高压给水流量经函数发生器自动产生，设定值SP的偏置由运行人员在监控画面的差压控制面板手动输入，经过限速（0.0033333，0.0033333）限幅（5， - 5）处理后叠加经过限幅（90， 0）后形成最终的设定值。

当“液耦水位控制模式选择”投入时，旧方案中的高压给水泵差压控制总操指令跟踪高压给水泵总操指令，否则，跟踪高压给水泵指令计算值。

高压给水泵指令计算值信号产生方式：A、B高压给水泵都不在停止状态时，A、B高压给水泵液力耦合器指令之和除以2得到高压给水泵指令计算值;任意一个高压给水泵不在停止状态时，A、B高压给水泵液力耦合器指令之和除以1得到高压给水泵指令计算值;A、B高压给水泵都在停止状态时，高压给水泵指令计算值为0。

前馈控制信号：高压调节阀开度指令*0.3作为前馈控制信号，用来克服高压给水调节阀扰动对控制性能的影响。

4控制性能评估和经济效益分析

采用本节能优化方案后，达到了如下直接经济效益和间接经济效益：

直接经济效益：

#2机组按照2016年实际运行小时数6190.05h计算，机组正常运行时单台给水泵运行满足要求，能节约厂用电43.125KW*6190.05h=266945.91度电;#1机组按照2016年实际运行小时数6183.13h计算，仅给水泵厂用电一项就能节约厂用电48.01KW*6183.13h=296852.07度电。

两台机组改造完成后，每年共可节约厂用电合计266945.91+296852.07=

563797.9度电。按每度电上网电价0.65元计算，完成本节能优化改造后两台机组每年可至少节约563797.9*0.65=366468.635元，约36.65万元。

间接经济效益：

2台高压给水调节阀如维持现状，其前后两端长时间保持较高的压力，磨损较大，预计两到三年内需要更换，保守估计由更换这两个调节阀所产生的设备采购计划、招标、签订合同、采购、运输、安装、更换、调试等所产生的时间、人力、财务、机组故障或停运等相关费用至少需要10万元/台，合计20万元。而采用新方案后，高压给水调节阀前后差压将由现有的1.3MPa显著减少（几乎全开），显著减小了对高压给水调节阀的冲刷和损坏，极大地节约了维修时间和费用。

4.1 #2机组控制性能评估和经济效益分析

4.1.1 #2机组自动控制性能评估

#2机组于2017年4月24日晚上20点到4月25日上午11点30分完成了节能优化现场调试工作。投入新方案后，在典型负荷工况工作点处，在线调整好控制器参数后通知运行人员将高压汽包水位控制回路投自动，开展高压汽包水位±20mm、±40mm定值扰动实验，观察高压汽包水位反馈值与设定值趋势曲线， 记录高压汽包水位的初始值、稳定值，动态调节过程中的最大值、稳定时间、稳态误差、最大动态偏差、衰减率等参数，作为高压汽包水位自动控制性能的评价依据。为测试所提方案在低负荷和高负荷不同工况下的调节性能，特选取140MW、160MW、200MW等不同负荷稳定工况下开展定值试验。

采用所提出的节能优化方案后，#2机组在大范围升降负荷时：140MW升负荷至200MW、200MW降负荷至140MW，高压汽包水位自动调节均具有较好的控制性能，汽包水位都保持较好的稳定性，波动幅度较小。

5结语

由上述试验结果和数据分析可知，完成本节能优化改造方案后，#2机组高压汽包水位自动控制系统在投入新方案后实现了预定的功能且主要参数指标达到预期的自动控制系统调节性能要求。