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大型火电机组凝结水泵变频技术深度节能策略研究

文档作者：温新宇文档来源：神华国华(北京)电力研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2022年02月25日
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第58卷第2期
2016年4月
汽轮机技术
TURBINE TECHNOLOGY
V01．58 No．2
Apt．2016
大型火电机组凝结水泵变频技术
深度节能策略研究
温新宇
(神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京100025)
摘要：大型火电机组凝结水泵变频技术成熟可靠、应用广泛。实际运行中凝结水泵变频节能效果差异较大，只增加
变频装置并不能获得最佳的节能效果。提出实现凝结水泵变频技术深度节能，需要从设备选型、系统设计、关键参
数设定、控制逻辑优化等多方面考虑。重点控制变频装置容量、频率变化速率、凝结水泵最小流量、最低出口压力、
最低转速等参数，合理设置除氧器水位控制逻辑和凝结水泵跳闸联动逻辑，对挖掘凝结水泵变频技术节能潜力具
有重要作用。
关键词：凝结水泵；变频；运行；节能
分类号：TK264．1 文献标识码：A 文章编号：1001-5884{2016)02-0146-03
Rearch on Deep Energy·saving Strategies of Condensate Pump Frequency Technology
in Large Thermal Power Units
WEN Xin-yu
(Shenhua Guohua(Beijing)Electric Power Research Institute Company Limited，Beijing 100025，China)
Abstract：Condensate pump frequency technology of the large thermal power unit is mature，and it is widely used．During
actual operation，the effects on frequency energy—savngs of the condensate pump are quite different，and only by increasing
the frequency devices can not we get the best energy-saving effect．In this paper，to realize the depth of energy·saving，
inverter technology of the condensate pump，equipment selection，system design，the key parameter setting，control logic
optimization and other muhi—pronged approach should be considered．To control the capacity of frequency device，the
change of frequency rate，the condensate pump minimum flow，the minimum outlet pressure value，the minimum speed and
other parameters，a reasonable set of deaerater water level control logic and condensate pump trip logic linkage of mining
condensate pump frequency technology plays an important role in energy—saving potential to find the condensate pump
frequency technology．
Key words：condensate pump；frequency conversion；energy saving
0前言
目前，600MW、1000MW等级超(超)临界机组逐渐成为
电网的主力发电机型。在机组变负荷过程中，凝结水泵出力
特点决定了其成为电动机变频技术在大型火力发电机组中
的重要应用对象。凝结水泵变频技术在机组新建和节能改
造中得到广泛应用，可有效降低机组厂用电率。
大容量火电机组调峰频率和幅度不断增加，凝结水泵变
频技术在实际运行中运行与节能效果参差不齐。在确保安
全的前提下，结合现场实际应用情况，从系统设计、设备选
型、运行控制等环节人手，综合制定凝结水泵变频技术的深
度节能策略，对挖掘机组节能潜力具有十分重要的意义。
1 现状和存在的问题
!：!设备选型孢配置
收稿13期：2015．11-04
(1)凝结水泵设计扬程和容量选型偏大。如：某百万机
组凝结水泵按照3×50％容量配置，最大出力试验证实，单台
凝结水泵可满足机组700MW负荷运行的需要。
分析认为，凝结水泵的设计扬程计算中，介质流动阻力
按汽轮机调节阀全开工况时的凝结水流量加20％裕量计算；
辅机制造厂提供的低压加热器、精处理装置和轴封冷却器的
保证压降偏大；凝结水泵出I：1容量按110％最大凝结水量计
算；除氧器采用滑压运行，其实际工作压力低于最大工作压
力等因素是造成设备选型偏大的主要原因⋯。
(2)新建大型火电机组通常配置2×100％或3×50％容
量凝结水泵，分别按照一运一备和两运一备的方式运行。其
中3×50％容量配置更能适应机组宽负荷变化和低负荷运
行，但设备启停次数会增加，对凝结水系统管道和设备冲击
较大。现场出于安全考虑，较少采用低负荷单泵运行的方
式。
(3)凝结水泵变频装置通常设计有“一拖一”和“一拖
二”两种模式。在凝结水泵变频技术发展初期，“一拖二”凝
作者简介：温新宇(1977．)，男，山西祁县人，硕士，高级工程师，从事火电厂设计优化工作。
万方数据
第2期温新宇：大型火电机组凝结水泵变频技术深度节能策略研究147
结水变频系统由于初投资低、可实现两台凝结水泵中的任何
一台变频运行而被广泛采用。但也暴露出切换过程相对复
杂、事故工况不易控制等问题，一定程度上抑制了变频技术
节能效果的发挥。
I．2 除氧器水位调节阀组的设置
机组运行中凝结水系统流量需满足除氧器水位的需要，
凝结水泵工频运行方式下除氧器水位调节阀节流调节是唯
一手段。随着机组容量的增加，为了降低节流损失，将除氧
器水位调节阀设置分为30％流量调阀和70％流量调阀，或
30％流量调阀和100％流量调阀(图1)，简称双阀系统。
30％
书司呻燕料
70％
Q
图1双阀系统
凝结水泵变频运行方式下除氧器水位调节阀作为辅助
调节手段，在变频器故障或机组低负荷等工况下使用。除氧
器水位调节阀一般设置100％容量一路(图2)，简称单阀系
统。现场实际也有变频方式采用两路除氧器水位调节阀的
情况，而在现役机组凝结水泵变频改造后大多没有进行相应
系统的变更和改造。
图2单阀系统
1．3逻辑控制功能
(1)机组低负荷阶段凝结水变频调节与除氧器水位调节
阀组调节匹配性不好。
(2)控制逻辑不能满足凝结水泵跳闸等事故工况的需
要，为防止事故情况下除氧器水位失控，除氧器水位调节阀
不能全开或凝结水泵调频范围受限。
1．4运行与节能效果
(1)受凝结水系统运行压力、变频装置过热、凝结水泵及
电机轴承振动、管道振动等因素的制约，机组正常运行中凝
结水泵不能实现全程变频运行。
(2)机组正常运行中不能实现全工况除氧器水位调节阀
全开，凝结水泵转速控制实现除氧器水位自动调节。机组负
荷越低，凝结水泵变频方式节电率越高∽1，不同机组不同工
况下凝结水泵变频与工频运行相比较，节能率差异较大
(表1)。
表l 600MW等级机组凝结水泵变频节能率比较(％)
2变频方式下系统设计与选型
2．1凝结水泵及电机
(1)适当降低凝结水泵设计扬程和容量的设计裕量，减
小老化裕量的份额，参照同类型加热器和精处理装置的实际
运行阻力修正计算阻力。建议介质流动阻力按汽轮机调节
阀全开工况时的凝结水流量加5％一10％裕量计算，凝结水
泵出口容量按103％一105％最大凝结水量计算。
(2)由于变频技术本身具有较好的负荷适应性，新建机
组采用凝结水泵变频技术时，2×100％容量配置较3×50％
容量配置在技术经济、运行方式、系统配置上更有优势。据
估算，1000MW等级机组2 X 100％容量凝结水泵变频方案要
比3 X 50％容量工频方案耗电率低0．08％。
(3)除氧器水位调节阀组优先选用100％容量单阀系统
或30％与100％容量配合的双阀设计，有效降低系统阻力，但
小开度下的流量特性应满足调节要求。
(4)凝结水泵电机、支撑部件、轴承的强度和固有频率应
能满足工频和变频运行要求。
2．2变频装置
(1)随着国产高压变频器技术的成熟广泛应用，对于2
X 100％容量配置的凝结水泵，相比“一拖二”模式切换过程
的复杂和运行风险，采用“一拖一”模式更为可靠和灵活，可
提高变频装置的可靠性，提高变频运行时间，减少耗能量。
(2)凝结水泵变频装置由多个功率单元容量组成，0—
50Hz的频率变化速率是满足调节需要的重要指标。适当增
加变频器功率单元容量可以满足热力系统调节对频率变化
速率的需要一。。建议按照凝结水泵电机容量的1．2倍选择变
频器容量，如：某凝结水泵电机功率为2600kW，变频装置设
置9个功率单元共3250kVA。
3凝结水泵变频技术深度节能策略
3．1 凝结水泵最小流量的选取
工频方式下的凝结水泵最小流量不再适用于变频运行
工况。根据凝结水泵额定转速下的最低允许流量，按照相似
定律可以得出不同转速下的最小允许流量H1(式1)，为了保
证凝结水泵在不同工况下实际运行安全，根据运行经验，凝
结水泵最小流量定值按计算流量的1．06倍设定较为合
理一。。表2为某厂660MW超临界机组凝结水泵最小流量计
算值与设定值数据，现场经过两个大修周期运行证明能够满
足凝结水泵安全运行的需要。
鲁Q=詈n：丢㈩
2 2 ^
”7
式中，Q。、Q：为工频、变频下凝结水泵流量；n，、n：为工频、变
频下凝结水泵转速圻以为工频、变频下电机频率。
3．2凝结水泵最低出口压力的确定
凝结水泵最低出口压力关系到变频运行范围的大小，是
深度节能的重要控制参数之一。通常以满足机组日常运行
工况(如：40％一100％THA)除氧器压力要求、满足凝结水其
它用户压力需要为目的。
万方数据
148 汽轮机技术第58卷
表2 某660MW超临界空冷机组凝结水泵最小流
量计算值与设定值
针对制约凝结水泵出口压力降低的因素，如给水泵密封
水压力、汽轮机低压旁路减温水、轴封蒸汽减温水等可以采
取针对性的措施。
(1)通过试验适当降低制造厂提供的给水泵密封水压力
要求值。
(2)建立给水泵密封水回水温度与凝结水泵变频装置的
连锁逻辑，在给水泵密封水回水温度快速升高或达到一定值
时，提升凝结水泵出口压力。
(3)增加给水泵密封水管道泵。
(4)在机组启动或事故工况下通过提高变频凝结水泵转
速或启动工频凝结水泵来保证旁路减温水的需要。
经现场多种工况验证，600MW等级机组凝结水泵最低
出口压力选择在1．0MPa左右较为合理。
3．3 除氧器水位自动控制方案的确定
现场根据凝结水泵最低出口压力和流量等参数试验确
定凝结水泵最低频率值。一般最低频率设定在25Hz及以下
可以获得较大的节能深度。最低频率可以在变频器装置或
DCS控制回路进行设置。
不同电厂针对凝结水泵变频技术的除氧器水位自动调
节控制策略不完全相同，有压力控制和水位控制方案∞1。较
常见的是引人平衡点的概念，即保证满足凝结水泵出I：1最小
压力要求与除氧器水位的前提下，除氧器水位调节阀全开对
应的负荷点称为平衡点。负荷在平衡点以上时，可以单纯依
靠增减凝结水泵转速来调节凝结水流量；负荷在平衡点以下
时，凝结水流量调节须结合除氧器水位调节阀的开度实
现‘7。。
平衡点是凝结水泵变频运行后除氧器水位控制方式切
换的拐点，是凝结水泵变频节能深度的标志之一。平衡点工
况流量越低，变频方式整体节能效果越好。平衡点可以通过
现场试验获得。正常运行中较为简洁实用的控制方式是凝
结水泵变频器投自动跟踪调节除氧器水位，除氧器水位主调
阀投自动保持凝结水系统压力不低于定值压力，以满足凝结
水系统用户的需求。变频自动因故切手动后，控制逻辑自动
转换为除氧器水位主调阀自动跟踪调节除氧器水位。
3．4凝结水泵跳闸联动方案的制定
按照设计规范，除氧器水箱设计容积能够满足不小于
5min锅炉BMCR工况时的给水消耗量要求。随着火电机组
自动控制水平的不断提升，被调节对象的响应速度大大提
高。除氧器的有效容积通常能够满足各种异常工况下的需
要，为凝结水系统节能运行提供了条件。
凝结水泵跳闸是影响凝结水系统安全运行的严重事故
之一。凝结水泵最低出口压力和凝结水泵跳闸连锁控制方
式是影响平衡点确定的主要因素。凝结水泵跳闸备用泵联
动方式分为工频联动和变频联动。
由于大多数工况下凝结水泵变频运行时除氧器水位调
节阀处于全开位置，凝结水泵工频联锁启动后会造成凝结水
流量大幅上升，低负荷时凝结水流量突升在1000t／h以上，极
易出现凝结水泵超出力运行、电动机过载甚至跳闸，更严重
的后果导致除氧器水位快速上升，进面引发除氧器水位过高
事故。解决方案是变频凝结水泵跳闸，备用凝结水泵工频启
动后，除氧器水位调节阀快速参与流量控制，除氧器水位调
节阀保护关至一定阀位(如660MW超临界机组通过试验确
定为30％阀位和原阀位的60％两者取小值)，然后自动跟踪
调节除氧器水位。必要时快开凝结水再循环阀门。
一拖一方式的凝结水泵变频装置可实现变频联动。变
频联动对凝结水系统和除氧器水位扰动小。由于变频启动
需要一定时间，可以通过备用泵指令跟踪运行泵频率，启动
后自动升至高于原频率3Hz～5Hz运行，然后进入常规除氧
器水位调节模式的方案解决。
3．5适应凝结水系统一次调频技术的需要
凝结水系统一次调频技术已经成功应用于国内大型火
电机组中，除氧器上水调节阀的特性、可靠性以及凝结水泵
的变频装置设计应在变频装置的容量、频率变化速率和范围
上更好地满足一次调频的需要。更好地为机组的经济运行
提供设备支持。
3．6对选型偏大的凝结水泵进行改造
针对选型确实偏大的凝结水泵，国内部分300MW、
600MW等级机组进行了凝结水泵取掉一级叶片的改造，改
造后仍能满足全工况的运行要求(见表3)。
表3 某300MW机组凝结水泵取一级叶片前后
节能效果对比(％)
4凝结水泵变频深度节能效果
采用行之有效的深度节能措施，可以大大提升凝结水泵
变频技术的节能效果。以660MW超临界空冷机组为例，与
工频运行比较100％至50％负荷的节电率可以达到28％一
71％‘81(表4)。
5结论
凝结水泵变频技术作为大型火电机组经济运行的重要
手段之一，已经得到广泛应用。从设备选型、系统设计、关键
参数设定、控制逻辑优化等多方面人手，可以最大限度地挖
掘节能潜力。(下转第152页)
万方数据
152 汽轮机技术第58卷
(3)在相同工况下进行蒸汽疏水管道两个壁温检测点平
均温度和内漏率关系的验证性检测分析，结果如表l所示。
从表1可见：主蒸汽压力为12．8MPa时，利用蒸汽疏水管道
两个壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算的结果为
113kg／h，与实际测量值的相对误差为0．7％；主蒸汽压力为
13．8MPa时，利用蒸汽疏水管道两个壁温检测点平均温度进
行内漏率定量计算的结果为79kg／h，与实际测量值的相对误
差为1．4％。
4结论
(1)蒸汽疏水管道管壁温度的检测数据与相应理论计算
曲线能够较好吻合；蒸汽疏水管道的阀前管壁温度随着疏水
管道的长度(距主蒸汽管道的距离)增大而降低，近似呈二次
曲线变化关系；当主蒸汽压力增加时，相同内漏率的蒸汽疏
水管道阀前管壁温度整体增大。
(2)蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度与内漏率
增减趋势具有一致性，近似呈二次曲线变化关系；内漏率较
小时，阀前管壁两测点平均温度随内漏率变化较快；当主蒸
汽压力增加时，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度上
升，其上升幅度随内漏率的增加而减小；内漏率超出85kg／h
后，蒸汽疏水管道的阀前管壁两测点平均温度上升空间很
小，受到主蒸汽压力和内漏率变化的影响不明显。
(3)在两种不同的主蒸汽压力条件下，蒸汽疏水管道内
漏率的计算值和实测值相对误差均小于5％，表明利用蒸汽
疏水管道两个壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算和
诊断的方法具有较高的可靠性和准确性。
参考文献
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—46．
(上接第148页)
表4某660MW超临界空冷机组凝结水泵节电率
(1)凝结水泵优先选择2 x 100％容量配置，变频装置宜
采用一拖一方式，除氧器水位调节阀宜采用单阀系统。
(2)凝结水泵的设计选型应符合现场实际，以同类型机
组实际数据为设计依据，避免选型过大造成节能效果下降。
(3)凝结水泵变频装置选型应有一定富裕容量，控制凝
结水泵最低出口压力、最低频率、频率变化速率等关键指标，
可以提升凝结水泵变频技术的节能效果。
(4)凝结水泵最小流量、最低出口压力值、最低转速的设
定是变频技术深度节能的关键参数，应结合现场实际试验确
定。
(5)优化除氧器水位控制逻辑和凝结水泵跳闸逻辑可有
效提高凝结水泵变频技术的节能效果。
(6)凝结水泵变频改造项目应对系统进行相应改造和逻
辑变更，达到深度节能的目的。
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万方数据

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