基于六西格玛在给水泵母管制运行节能降耗的应用

王磊 白成友 张华

摘要：给水除氧系统是发电厂热力系统的重要组成部分。某大型化工厂配套自备电厂给水泵电耗约占总厂用电的50%，因此，降低给水泵的电耗是提高发电厂的供电能力、降低生产成本的一个重要因素。以某热电厂给水泵为对象，基于六西格玛DMAIC模型支撑，通过Minitab软件提供的图形组态建模分析计算参数，掌握给水系统运行特性，得出不同给水泵组合方式下的电耗，进而优化出给水系统的经济运行方式，对提高全厂机组运行的经济性具有重要意义。

关键词：母管制;给水压力;给水泵组合

1前言

某大型化工厂配套自备电厂4×125MW机组配套除氧给水系统为四台除氧器分别经各自的除氧器甲乙下水管接入低压给水母管，分别由六台给水泵﹙四用两备﹚、出口进入各机组的#1、2高压加热器加热后，进入各自的锅炉给水母管，给水泵采用液力偶合器调速，在运行中给水泵采用单元制供对应锅炉给水。

给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，它的作用是将除氧器水箱中的水经过给水泵组升压、机组高压加热器升温后提供给锅炉。由于给水系统在任何工况下都要保证不间断向锅炉供水，其运行方式的安全性、经济性对发电厂的生产与节能降耗具有重要意义。某自备电厂给水经济运行方式主要是利用实时监测系统，通过锅炉流量、汽包压力，从而计算出给水泵勺管开度。随着计算机技术在指导电站生产上的深入应用，利用软件建模为母管制给水泵组的节能提供了新的研究方法。基于Minitab软件，该软件是一款质量统计分析的软件，用于质量控制，内置质量分析的工具：如能力分析（Cp/Cpk），控制图、Pareto、Fishbone、可靠性分析、公差区间等，同时也有大量统计分析工具：假设检验、回归分析、方差分析、DOE、时间序列分析等。能够真实模拟给水泵运行系统、控制系统的动静态特性。本文通过六西格玛DMAIC模型支撑对母管制给水系统建模，通过Mintable软件对其进行试验DOE分别使用相应优化器和等值线图观测，计算出不同给水泵组合方式下的系统功耗，综合得出一套合理的运行方案。

2 给水系统的建模分析

对自备电厂二期配备3台给水泵进行建模分析，其中：二期锅炉额定容量为480t/h，配套#4、#5、#6给水泵为液力耦合器调整泵，3台给水泵的额定流量为616 t/h。在正常运行时，各机组除氧水箱中的出水经低压冷给水母管相互连通，给水泵从该母管中取水。给水泵升压后，经高压冷给水母管相互连通。给水经高压加热器加热后单元制供四台锅炉用水。机组运行中低压冷母管是母管制运行、高压冷母管是母管制运行。因此，DMAIC以除氧器压力作为给水系统的起点，其压力被设定为0.5MPa。锅炉在正常运行时，汽包压力为10.9MPa，该值作为系统的末端压力固定。以此为基础收集每个系统独立的属性参数，通过Mintable软件对其进行试验DOE计算

3 给水泵母管制运行模型建立

给水泵是给水系统中最重要的一个环节。Mintable软件对给水泵运行参数根据不同运行方式进行切换进行单因子方差分析，并绘制箱线图来模拟给水泵不同运行方式耗电情况的变化见图1。

通过给水泵运行方式方差分析完毕后，将给水泵的一些主要运行参数集中起来，单独做使用Mintable软件对给水泵运行参数及运行方式进行DOE试验设计。主要试验参数包括母管压力、给水调门开度、给水泵的出口压力、勺管开度、给水调门前后压力。试验过程见图2，结合主效应图得知，给水泵电流、勺管流量、给水压力成正相关。

通过主效应图得知给水泵电流、勺管流量、给水压力成正相关。对给水泵的勺管流量和给水压力使用相应优化器和等值线图观测是否达到最佳性能。

通过等值线、响应优化器得知：当勺管流量处于低水平 （80%）和给水压力处于低水平（12.5MPa）时，运行电流最低，最为省电。通过软件分析后，调整给水泵运行方式后厂用电降低了0.38%。

4 结语

（1）通过Mintable软件对某电厂给水系统进行建模并使用优化器进行试验，为母管制给水系统的经济性运行提供有效的控制措施。该软件采用运行参数分析、图形建模，操作起来简单方便，自动化程度高，通过试验优化与实际运行参数比较，表明其准确程度能满足运行需要。

（ 2）在相同的给水负荷下，当给水泵采取比较母管制运行采用优化器试验措施，不会对汽轮机做功产生影响，完善给水泵母管制运行分配对整个机组影响的分析。

（ 3）在模型中，通过对给水泵的运行方式操作、运行压力、流量等参数进行响应优化得出不同给水泵组合方式下的電耗。使给水泵的运行方式更加经济和灵活。DOE中表明，运行中应尽量保证给水泵母管制运行、低水平参数运行等措施可以有效降低给水泵电耗。对于其他机组具体使用软件分析，还需参照工厂的实际运行参数状况。

参考文献：

[1]武学素，刘振，文尚曦，等.母管制电厂给水经济调度的研究[J].热力发电，2000（ 6）：17-18.

[2]裴东升.热力发电厂母管制给水系统优化运行及研究[D].南京：东南大学，2006.