PDF《1000 MW 超超临界机组凝结水泵变频改造》

内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 2019年第37卷第2期 [收稿日期] 2018-11-22 [作者简介] 王川川 (1987) , 男, 河南人, 硕士, 工程师, 从事火电厂节能技术研究工作.

doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2019.02.017

1000 MW超超临界机组凝结水泵变频改造 王川川1 , 李金霞2 , 禹贯省1 , 赵世伟1 , 汪洋1 (1.国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司, 河南 平顶山 467000;

2.平顶山平东热电有限公司, 河南 平顶山 467000)

0 引言 凝结水泵作为火力发电厂

3 大主泵之一, 所消 耗电量较大, 特别是采用工频方式运行时, 由于除 氧器上水调节阀存在一定的节流损失[1-2] , 使得凝结 水泵偏离经济运行工况, 造成电量浪费.通过技术 改造, 采用 1拖1或1拖2 运行方式, 由高压变频器 拖动凝结水泵, 使凝结水泵随机组负荷的变化而变 摘要: 某公司2*1000 MW超超临界机组凝结水泵为工频定速运行, 厂用电率及供电煤耗 率均较高, 并影响机组的稳定运行.为此对凝结水泵进行变频改造, 采用1拖2+1拖1控制方 案, 并在两路给水泵密封水、 主机轴封减温水用户管路上加装2台升压泵.改造后, 凝结水泵 变频电流及厂用电率下降明显, 取得了显著的节能效果. 关键词: 超超临界机组;

凝结水泵;

变频;

工频;

厂用电率;

升压泵 文献标志码: B 中图分类号: TK284;

TM621.4 文章编号: 1008-6218 (2019) 02-0084-04 Frequency Conversion of Condensate Pump of

1000 MW Ultra-Supercritical Unit WANG Chuanchuan1 , LI Jinxia2 , YU Guansheng1 , ZHAO Shiwei1 , WANG Yang1 (1.Henan Electric Power Co.,Ltd., Pingdingshan Power Generation Branch, Pingdingshan 467000, China;

2.Pingdingshan Pingdong Thermal Power Co.,Ltd., Pingdingshan 467000, China) Abstract: The condensate pump of a company′ s

2 *

1000 MW ultra-supercritical unit operates at a constant speed with power frequency, and the power consumption rate and coal consumption rate of the plant are relatively high, which affect the stable operation of the unit. For this reason, the condensate pump is transformed by frequency conversion, and the control scheme of

1 for

2 and

1 for

1 is adopted. Two booster pumps are installed on the pipe of the seal water for the feed pump and the main engine shaft seal desuperheating water pipe. After the modification, the variable frequency current and power consumption rate of the condensate pump decreases obviously, and remarkable energy saving effect is obtained. Key words:ultra-supercritical unit;

condensate pump;

frequency conversion;

power frequency;

auxiliary power rate;

booster pump

84 2019年第37卷第2期 王川川, 等:

1000 MW超超临界机组凝结水泵变频改造 频运行, 从而提高凝水系统可靠性, 延长设备使用 寿命.本文以某公司

1000 MW 机组凝结水泵变频 改造为例, 介绍了凝结水泵变频改造措施及改造后 的运行效果, 为其他同类型改造提供参考.

1 凝结水系统设备概况 某公司 l 期2台1000 MW 机组的汽轮机为哈尔 滨汽轮机厂引进日本东芝技术生产的 N1000-25/ 600/600 型超超临界、 一次中间再热、 冲动式、 单轴、 四缸四排汽、 双背压、 凝汽式汽轮机.锅炉为东方 锅炉厂生产的 DG3000/26.15-Ⅱl 型超超临界、 变压 直流炉、 单炉膛、 一次再热、 平衡通风、 露天岛式布 置、 固态排渣、 全钢构架、 全悬吊结构、 对冲旋流燃 烧方式锅炉.锅炉侧主、 再热蒸汽温度

605 ℃、

603 ℃, 主、 再热蒸汽压力 26.15 MPa、 5.26 MPa.主 机凝结水系统配置的3台凝结水泵为上海凯士比泵 有限公司生产的立式、 筒袋式多级离心泵, 泵体部 件可拆装更换, 采用机械密封, 机组启动过程中由 除盐水进行密封、 冷却, 机组正常运行时由凝结水 母管引来的凝结水对泵体进行密封、 冷却, 密封水 压力 0.3~0.5 MPa.凝结水泵及电动机主要参数如 表

1、 表2所示.凝结水泵运行方式为 2运1备 , 单 台凝结水泵运行满足 50%额定负荷要求.凝结水 系统采用中压凝结水精处理系统, 凝汽器热井中的 凝结水由凝结水泵升压后, 经中压凝结水精处理装 置、 轴封冷却器、 4台低压加热器后进入除氧器.

2 存在的问题 该公司

1000 MW 机组凝结水泵初始设计为工 频定速运行, 出口母管装设除氧器水位调节阀.除 氧器水位由位于轴封加热器出口的除氧器水位调 节阀控制.凝结水泵工频运行时, 由于水位调节阀 的节流作用, 凝结水泵出口压力较大, 造成大量的 节流损失, 同时由于阀门的频繁调节导致其可靠性 下降, 影响机组的稳定运行[3] .这种运行方式浪费 了大量电能, 使厂用电率和供电煤耗率较高, 此外, 电动机工频启动时会产生5~8倍额定电流的冲击电 流, 严重影响电动机的寿命, 还有可能对凝结水泵 造成损害[4-6] .

3 凝结水泵变频改造 针对以上问题, 该公司决定对

2 台机组凝结水 泵进行变频改造. 3.1 改造方案 该公司结合自身情况, 凝结水泵变频改造决定 采用 3*50%凝结水泵变频 (1拖2+1拖1) 的改造方 案, 即1台凝结水泵 (A泵) 采用1拖1变频控制, 另2 台凝结水泵 (B、 C泵) 采用1拖2变频控制. 3.1.1 1拖1变频控制方案 该方案由3个高压真空接触器 (KM1―KM3) 和2个高压隔离开关 QS1 和QS2 组成 (见图 1) .要求 KM

1、 KM2 不能和 KM3 同时闭合, 在电气上实现互 锁.变频运行时, KM1和KM2闭合, KM3断开;

工频 参数 入口水温/℃ 介质比容 (饱和水) /kgm-3 出口流量/th-1 出口压力/MPa 扬程/m 转速/rmin-1 效率/% 必需汽蚀余量/m 轴功率/kW 夏季工况 (110%VWO) 49.1 988.5

1066 3.39

350 1480 80.5 4.9

1263 铭牌工况 (TRL) 32.5 995.0

1212 3.20

328 1480 82.0 5.0

1320 经济运行 工况 (THA) 32.5 995.0

1010 3.49

358 1480 80.0 4.8

1231 表1 凝结水泵设计参数 参数 额定功率/kW 额定电压/kV 额定转速/rmin-1 频率/Hz 防护及结构 数值

1500 10

1480 50 IP54, 防潮、 全封闭、 配有加热器 表2 凝结水泵电动机技术参数 图1 凝结水泵变频控制1拖1方案示意图 母线 QF KM1 QS1 QS2 KM2 KM3 M1 电动机 变频器

85 2019年第37卷第2期内蒙古电力技术运行时, KM3 闭合, KM1 和KM2 断开.在变频器出 现严重故障时, 凝结水泵能够自动转入工频电网 中, 切开变频调速系统, 且凝结水泵不停运.在旁 路运行的情况下可以断开QS1和QS2对变频器进行 检修. 3.1.2 1拖2自动控制方案 该方案由2个高压隔离开关QS

1、 QS2和5个真 空接触器 (KM1―KM5) 组成 (见图 2) .其中 QS1 和QS2 不能同时闭合, KM1 和KM4 不能同时闭合, KM3和KM5不能同时闭合, 在电气上互锁. 如果电动机M1工作在变频状态, 电动机M2可 以工作在工频状态;

相反, 如果 M2 工作在变频状 态, 则M1可以工作在工频状态;

如果检修变频器,

2 台电动机都可以工频运行.在正常情况下, 允许任 一电动机工作在变频状态, 以延长电动机使用寿 命.在变频器出现严重故障时, 系统能够自动转入 工频电网中, 切开变频调速系统, 而电动机不需停 运, 满足现场不能停机的要求. 3.2 凝结水系统控制方式 在工频泵与变频泵并联运行工况下, 可通过调 节除氧器上水调节阀开度与变频泵的转速来保证 系统的稳定运行, 但调节工频泵阀门开度会造成节 流损失.为减少节流损失, 在改造中对工频叶轮进 行拆级处理, 即根据运行参数变化范围, 选出最长 运营期的流量, 确定泵节流压力差, 进行叶轮去级 改造.改造后的工频泵运行中, 变频泵转速可在 35~48 Hz范围内进行调节.为了降低厂用电率, 在 机组负荷小于650 MW时单台泵变频运行, 选择1台 凝结水泵工频备用;

机组负荷大于

650 MW 时,

2 台 凝结水泵并列变频运行, 另外

1 台凝结水泵工频备 用.变频器控制机组凝结水母管压力, 除氧器上水 调节阀控制除氧器水位, 机组负荷小于

650 MW 时 若单台泵变频运行跳闸, 备用凝结水泵工频联锁启 动;

机组负荷大于

650 MW 时, 如果

2 台凝结水泵并 列变频运行、 其中1台故障跳闸, 备用凝结水泵工频 联锁启动, 同时变频泵自动升频率接近工频, 与工 频泵并列运行.待跳闸泵由故障恢复正常后, 启动 跳闸泵运行, 停运工频泵, 重新切换为变频运行.

4 改造效果 凝结水泵变频改造前后不同负荷下凝结水系 统参数如表

3、 表4所示.可以看出, 在满足不同负 荷对凝结水系统的压力、 流量要求外, 凝结水泵电 流显著降低, 50%~65%负荷率下, 随着机组负荷的 升高, 凝结水泵变频运行下频率不断升高, 节能效 果逐渐降低, 但在负荷率超过65%、 2台凝结水泵变 频运行工况下, 频率逐渐降低至35 Hz, 节能效果明 显.随着负荷率进一步升高, 频率逐渐升高至接近 工频, 节能效果递减. 改造前, 该凝结水泵厂用电率维持在 0.22%~ 图2 凝结水泵变频控制1拖2方案示意图 母线 QF1 KM1 QS1 QS2 KM2 KM3 M2 QF2 QF3 KM4 M3 KM5 变频器 电动机 电动机 负荷率/ %

50 60

65 70

80 90

100 运行方式 单台工频 单台工频 单台工频 2台工频 2台工频 2台工频 2台工频 水压/ MPa 2.4 2.4 2.4 2.9 2.9 2.9 2.9 电动机 电流/A

88 89

90 83

83 83

83 频率/ Hz

50 50

50 50

50 50

50 上水调节 阀开度/% 48~52 54~56 61~65 53~57 60~63 67~69 73~76 表3 凝结水泵变频改造前不同负荷下系统运行参数 负荷率/ %

50 60

65 70

80 90

100 运行方式 单台变频 单台变频 单台变频 2台变频 2台变频 2台变频 2台变频 水压/ MPa 1.80 1.86 1.86 1.85 1.94 2.07 2.45 电动机 电流/A 57.48 71.43 73.48 35.78 42.81 51.26 64.49 频率/ Hz 42.55 45.91 46.15 38.16 39.39 42.53 45.65 上水调节 阀开度/% 48~52 54~58 68~73 62~65 67~71 75~78 85~88 表4 凝结水泵变频改造后不同负荷下系统运行参数

86 2019年第37卷第2期 王川川, 等:

1000 MW超超临界机组凝结水泵变频改造 至汽动给水泵密封 至主机轴 封减温水 至其他用户 升压泵 除氧器上水调门 凝结水泵 M M M M M M M M M M M M M M 凝结水泵 凝结水泵 图3 凝结水泵二次改造方案示意图 升压泵 0.23%, 高于同类型机组 0.02%~0.03%.改造后, 凝 结水泵厂用电率降至 0.17%~0.18%, 达到了预期的 节能效果.

5 二次改造及效果

1 号、

2 号机组凝结水泵虽然已经进行变频改 造, 但为保持给水泵密封水、 主机轴封减温水等用 水压力, 凝结水压力需维持在 1.8~2.5 MPa, 尤其在 低负荷、 单台凝结水泵变频运行时, 凝结水母管压 力维持在 1.8~2.0 MPa, 变频器电流 58~60 A, 频率 40~42 Hz, 除氧器上水调节阀开度48%~52%.该工 况下凝结水系统仍存在较大的节流损失.同时单 台凝结水泵变频运行时在频率升至41~42 Hz及45~

46 Hz 时容易出现振动较大现象, 不利于机组的安 全运行, 因此, 需要对凝结水系统进行二次改造. 该公司每台机组配备2台由上海电力修造总厂 (SPEM) 生产的50%容量、 变速、 卧式汽动给水泵, 布 置在主机房 15.5 m标高平台, 泵轴端密封方式为迷 宫式密封, 密封冷却水采用凝结水.凝结水泵变频 改造后低负荷时段凝结水压力将无法满足给水泵 密封冷却的需要, 因此对给水泵密封水、 主机轴封 减温水用户凝结水进行升压.具体方案为: 在两路 用户管路上加装

2 台单级离心式升压泵、

1 运1备, 且设置旁路系统 (见图3所示) . 进行上述改造后,

1 号、

2 号机组凝结水压力最 低可降至 1.67 MPa (见表 5) , 降低厂用电率 0.02%. 单台凝结水泵变频运行最多可满足机组70%负荷需 求, 第2台凝结水泵在机组负荷增至

700 MW 后启 动, 且在 500~720 MW 负荷范围内凝结水泵变频电 流降低较为明显, 平均可降低 3~8 A.随着机组负 荷不断增加, 凝结水泵变频改造的节能效果会逐渐 降低.在火电装机容量相对过剩的豫中、 豫南地 区, 主要机组的平均负荷率将长期维持在较低水 平, 在此背景下, 凝结水泵变频改造将取得较好的 节能效果.

6 结语 某公司对

1000 MW 机组凝结水泵进行变频改 造后, 凝结水泵厂用电率降至0.17%~0.18%, 达到了 预期的节能效果, 为该公司其他

10 kV 电动机节能 改造提供了指导和借鉴. 参考文献: [1] 王承亮.1000 MW 机组凝结水系统优化改造研究[J].中国 电力, 2013,

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