CN116447125A - 一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，包括以下步骤：限制硬件及监控盲点优化；除氧器上水旁路电动门或气动门调整试验；凝结水泵变频器降低频率试验；凝结水泵低水压联泵定值进行动态优化；除氧器水位及凝结水泵出口压力控制逻辑优化。本发明针对影响凝结水泵耗电率偏高的因素进行梳理分析；通过增加凝结水泵电机振动测点，实现电机振动在线监测；确定除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节的最低负荷、凝结水泵共振及最低运行频率、低水压动态联泵定值裕量系数；通过逻辑优化实现除氧器水位、凝结水泵出口压力自动控制，实现凝结水泵的深度节能。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组领域，更具体地说，特别涉及一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法。
背景技术
近年来，随着风电、光伏等新能源的快速发展，火电机组承担日益繁重的调峰任务，机组利用小时数和运行负荷率明显降低，正常运行中机组运行负荷均在20％-100％区间。火电机组一般配置2*100％或3*50％容量凝结水泵，2*100％凝结水泵采用变频1拖2或2台泵均为变频控制；3*50％凝结水泵，2台为变频控制，1台为工频控制；凝结水泵变频器频率区间为20-50Hz。除氧器上水调节一般采用100％主调节阀、100％旁路电动门或100％主调节阀、30％副调节阀、100％旁路电动门。国家标准规定：设计额定转速1500r/min电动机，在1500r/min电动机允许最大振动值为85μm，1000r/min电动机允许最大振动值为100μm，750r/min及以下电动机允许最大振动值为120μm。电动机频率与转速的关系公式n＝60*f/p，其中n为电动机转速(r/min)，f为电动机频率，p为电动机旋转磁场的极对数，火电机组凝结水泵电动机极对数均为2。通过上述公式及电动机转速、振动限值，得出对应电动机各运行频率对应允许振动值。
| 序号 | 频率f(Hz) | 转速n(r/min) | 电机允许最大振动(μm) |
| 1 | 33.3＜f≤50 | 1000＜n≤1500 | 85 |
| 2 | 25＜f≤33.3 | 750＜n≤1000 | 100 |
| 3 | 20≤f≤25 | 600≤n≤750 | 120 |
目前国内只有少部分机组凝结水泵电机装有远程振动监视测点，受凝结水泵安装工艺、运行频率等原因影响，会发生高频、中频、低频结构性共振，造成凝结水泵电机振动超限，大部分机组无法在线监测，无法保证凝结水泵运行安全。目前机组深度调峰负荷最低降至20％，要求在保证安全的前提下，进一步降低凝结水泵变频器运行频率，降低凝结水泵扬程，保证凝结水泵在高效区运行，降低凝结水泵耗电率。
国内大部分火电机组普遍存在凝结水泵低水压联启泵定值不合理，部分凝结水杂用水用户要求较高的凝结水压力，凝结水泵中、低频振动，除氧器水位和凝结水压力控制逻辑不合理等问题，限制了凝结水泵变频器运行频率的降低，导致机组在75％左右负荷率下，国内大部分机组凝结水泵耗电率在0.15％-0.3％区间，比先进值0.12％偏高0.03-0.17个百分点以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，包括以下步骤，
S1、限制硬件及监控盲点优化：凝结水泵电机上部增加水平X向、垂直Y向振动监控测点，并引入DCS监控；
S2、除氧器上水旁路电动门或气动门调整试验；
S3、凝结水泵变频器降低频率试验；
S4、凝结水泵低水压联泵定值进行动态优化：凝结水泵低水压联泵定值＝除氧器压力P1+除氧器至凝结水泵标高压差P2+裕量R，P2＝ρgh，ρ为凝结水密度，g为重力加速度，h为标高,裕量R为凝结水泵最低运行频率下保证除氧器上水要求的安全系数，根据凝结水泵最低运行频率确定；
S5、控制逻辑优化：包括凝结水泵变频、除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节、凝结水泵跳闸、低旁减温水压力闭锁、除氧器水位及凝结水压力控制逻辑优化。
优选地，步骤S1还包括：
S11、给水泵密封水、循环流化床机组冷渣器冷却水压力限制优化：在凝结水泵出口母管供给水泵密封水、冷渣器冷却水管道上加装升压泵，避免杂用水用户限制凝结水压力的降低；
S12、除氧器上水旁路电动门优化：除氧器上水旁路电动门开启时间＞1min，将其改为气动门或在电动门前(后)加装气动门。
优选地，步骤S2的具体步骤如下：解除有关自动及保护，除氧器上水调节门及旁路电动门或气动门全开，运行中逐渐降低机组负荷，并降低凝结水泵变频器频率，当降至一定负荷及频率时，除氧器水位缓慢上升，确定除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷。
优选地，步骤S3的具体步骤如下：继续凝结水泵降低变频器频率，当降至一定频率，凝结水泵电机振动增大，确定凝结水泵变频器共振频率；继续降低变频器频率至机组不投油最低稳燃负荷，确定最低运行频率。
优选地，步骤S4中除氧器滑压运行，P1随负荷变化而变化，P2受除氧器入口凝结水密度影响，随入口凝结水压力、温度变化而变化，凝结水温度越高，密度越低。
优选地，所述凝结水泵变频的控制策略如下：
凝结水泵工频运行时，由除氧器上水调节门调节除氧器水位；
凝结水泵变频运行时，由凝结水泵变频器调节除氧器水位，当变频器频率降至最低无法继续调整水位时，除氧器上水调节门参与调节水位；
系统变频运行时，通过逻辑设置，避开高、中、低频共振区间。
优选地，所述除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节及凝结水泵跳闸控制逻辑如下：
当负荷≤除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷，电动门或气动门自动关闭；当负荷＞除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷+10MW，电动门或气动门自动开启；
运行中当除氧器水位高Ⅰ值时，联锁自动关闭除氧器上水电动门或气动门，并联锁关小除氧器上水调节门至40％；如水位继续上升，联锁自动开启凝结水再循环电动门；
运行变频凝结水泵切换到工频运行或者变频凝结水泵跳闸、备用工频凝结水泵联启，联锁自动关闭除氧器上水旁路电动门或气动门，联锁关小除氧器上水调节门至40％，如水位继续上升，联锁开启凝结水再循环电动门。
优选地，所述低旁减温水压力闭锁控制优化过程如下：将低旁减温水闭锁压力降至1.0MPa；正常运行中对凝结水压力控制逻辑进行优化，当逻辑判断高旁投入后，自动提高凝结水压力至低旁减温水压力1.0MPa以上。
优选地，所述除氧器水位控制逻辑步骤如下：除氧器上水调节阀逻辑由变频和工频两部分组成，在凝结水泵工频模式下，除氧器上水调节门调节除氧器水位，在当变频模式下，除氧器上水调节门调节凝结水泵出口压力不低于低水压联泵定值；在凝结水泵变频器无调节除氧器水位裕量时，参与调节除氧器水位。
优选地，所述变频凝结水泵控制逻辑步骤如下：变频凝结水泵水位调节采用单/三冲量切换方式，当负荷≥40％，采用三冲量调节逻辑：主调节器调节除氧器水位，副调节器调节除氧器入口凝结水流量，给水流量作为前馈输入主调节器，当负荷≤35％，采用主调节器调节除氧器水位。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明针对影响凝结水泵耗电率偏高的因素进行梳理分析，采用系统优化方法解决凝结水杂用水用户、低旁减温水等对凝结水压力的限制；通过增加凝结水泵电机振动测点，实现电机振动在线监测；采用试验的方法确定除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节的最低负荷、凝结水泵共振及最低运行频率、低水压动态联泵定值裕量系数；通过逻辑优化实现除氧器水位、凝结水压力自动控制，实现凝结水泵的深度节能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法的流程图。
图2是本发明凝结水泵特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1所示，本发明提供一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，通过以下步骤实现：
一，对凝结水压力有特殊要求的杂用水用户、除氧器上水旁路电动门、电机振动监控进行优化，具体如下：
(1)给水泵密封水、循环流化床机组冷渣器冷却水压力限制优化：
在凝结水泵出口母管供给水泵密封水、冷渣器冷却水管道上加装升压泵，避免杂用水用户限制凝结水压力的降低。
(2)除氧器上水旁路电动门优化：
除氧器上水旁路电动门开启时间＞1min，将其改为气动门或在电动门前(后)加装气动门。
(3)电机振动监控优化：
凝结水泵电机上部增加水平X向、垂直Y向振动监控测点，并引入DCS监控。
二，除氧器上水调节门及旁路电动门或气动门调整试验、凝结水泵变频器降频率试验，具体如下：
(1)除氧器上水旁路电动门或气动门调整试验：
解除有关自动及保护，除氧器上水调节门及旁路电动门或气动门全开，运行中逐渐降低机组负荷，并降低凝结水泵变频器频率，当降至一定负荷及频率时，除氧器水位缓慢上升，确定除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷。
(2)凝结水泵变频器降低频率试验：
继续降低变频器频率，当降至一定频率，凝结水泵电机振动增大，确定凝结水泵变频器共振频率；继续降低变频器频率至机组不投油最低稳燃负荷，确定最低运行频率。
(3)凝结水泵低水压联泵定值进行动态优化：
凝结水泵低水压联泵定值＝除氧器压力P1+除氧器至凝结水泵标高压差P2+裕量R
其中，P2＝ρgh，ρ为凝结水密度，g为重力加速度，h为标高。
除氧器滑压运行，P1随负荷变化而变化。
P2主要受除氧器入口凝结水密度影响，随入口凝结水压力、温度变化而变化，凝结水温度越高，密度越低。如除氧器至凝结水泵标高为35m，凝结水温130℃对应的凝结水密度为935kg/m3，g为9.81m/s2，则P2＝935*9.81*35/1000000＝0.321MPa。为了简化计算同时兼顾裕量，设置P2＝标高/100。
裕量R为凝结水泵最低运行频率下保证除氧器上水要求的安全系数，根据凝结水泵最低运行频率确定。
三，控制逻辑优化，具体包括以下：
(1)总体控制策略：凝结水泵工频运行时，由除氧器上水调节门调节除氧器水位；凝结水泵变频运行时，由凝结水泵变频器调节除氧器水位，当变频器频率降至最低无法继续调整水位时，除氧器上水调节门参与调节水位；系统变频运行时，通过逻辑设置，避开高、中、低频共振区间。
(2)除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节及凝结水泵跳闸控制逻辑：
当负荷≤除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷，电动门或气动门自动关闭；当负荷＞除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷+10MW，电动门或气动门自动开启；
运行中当除氧器水位高Ⅰ值时，联锁自动关闭除氧器上水电动门或气动门，并联锁关小除氧器上水调节门至40％；如水位继续上升，联锁自动开启凝结水再循环电动门；
运行变频凝结水泵切换到工频运行或者变频凝结水泵跳闸、备用工频凝结水泵联启，联锁自动关闭除氧器上水旁路电动门或气动门，联锁关小除氧器上水调节门至40％；如水位继续上升，联锁开启凝结水再循环电动门。
(3)低旁减温水压力闭锁控制优化：
低旁减压阀开启前需要减温水先投入，且减温水压力有闭锁值，否则低旁减压阀不能打开。目前大多数机组低旁减温水闭锁压力设置偏高，而低旁减压阀是先减压后减温，因此将低旁减温水闭锁压力降至1.0MPa；正常运行中对凝结水压力控制逻辑进行优化，当逻辑判断高旁投入后，自动提高凝结水压力至低旁减温水压力1.0MPa以上。
(4)除氧器水位及凝结水压力控制逻辑：
1.变频凝结水泵控制逻辑
变频凝结水泵水位调节采用单/三冲量切换方式，当负荷≥40％，采用三冲量调节逻辑：主调节器调节除氧器水位，副调节器调节除氧器入口凝结水流量，给水流量作为前馈输入主调节器。当负荷≤35％，采用主调节器调节除氧器水位。
2.除氧器上水调节门控制逻辑
除氧器上水调节阀逻辑由变频和工频两部分组成。在凝结水泵工频模式下，除氧器上水调节门调节除氧器水位。在当变频模式下，除氧器上水调节门调节凝结水泵出口压力不低于低水压联泵定值；在凝结水泵变频器无调节除氧器水位裕量时，参与调节除氧器水位。
凝结水泵电机功率计算公式：P＝H*Q*3600*ρ*g/η1/η2；
其中H为凝结水泵扬程,Q为凝结水流量,ρ为凝结水密度,g为重力加速度,η1为凝结水泵效率,η2为电机效率。如图2所示凝结水泵特性曲线图可以看出：机组正常运行中，为保证除氧器正常上水，Q、ρ、g、η2不变。当系统阻力降低，H降低，凝结水泵运行在最佳效率区间；当系统阻力增大，H升高，凝结水泵工作点偏离高效区，效率降低，因此凝结水泵耗电率偏高的主要原因是系统阻力大造成凝结水泵扬程升高、效率降低。
采用本发明优化方法的某超超临界660MW机组，其正常运行中机组负荷在40％-100％区间，采用除氧器上水调门控制除氧器水位，凝结水泵变频器控制凝结水泵出口压力。除氧器上水旁路电动门关闭，除氧器上水主调节阀、副调节阀节流调节，凝结水泵最低出口压力控制在1.8MPa，2021年度机组凝结水泵耗电率为0.21％。2022年，通过试验及控制逻辑优化后，凝结水泵最低出口压力降至0.95MPa，凝结水泵耗电率降至0.11％。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、限制硬件及监控盲点优化：包括凝结水泵电机上部增加水平X向、垂直Y向振动监控测点，并引入DCS监控；
S2、除氧器上水旁路电动门或气动门参与调整试验；
S3、降低凝结水泵变频器频率试验；
S4、凝结水泵低水压联泵定值进行动态优化：凝结水泵低水压联泵定值＝除氧器压力P1+除氧器至凝结水泵标高压差P2+裕量R，P2＝ρgh，ρ为凝结水密度，g为重力加速度，h为除氧器至凝结水泵标高,裕量R为凝结水泵最低运行频率下保证除氧器上水要求的安全系数，根据凝结水泵最低运行频率确定；
S5、控制逻辑优化：包括凝结水泵变频、除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节、凝结水泵跳闸、低旁减温水压力闭锁、除氧器水位及凝结水压力控制逻辑优化。
2.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，步骤S1还包括：
S11、给水泵密封水、循环流化床机组冷渣器冷却水压力限制优化：在凝结水泵出口母管供给水泵密封水、冷渣器冷却水管道上加装升压泵，避免杂用水用户限制凝结水压力的降低；
S12、除氧器上水旁路电动门优化：除氧器上水旁路电动门开启时间＞1min，将其改为气动门或在电动门前(后)加装气动门。
3.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤如下：解除有关自动及保护，除氧器上水调节门及旁路电动门或气动门全开，运行中逐渐降低机组负荷，并降低凝结水泵变频器频率，当降至一定负荷及频率时，除氧器水位缓慢上升，确定除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷。
4.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：继续凝结水泵降低变频器频率，当降至一定频率，凝结水泵电机振动增大，确定凝结水泵变频器共振频率；继续降低变频器频率至机组不投油最低稳燃负荷，确定最低运行频率。
5.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，步骤S4中除氧器滑压运行，P1随负荷变化而变化，P2受除氧器入口凝结水密度影响，随入口凝结水压力、温度变化而变化，凝结水温度越高，密度越低。
6.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，所述凝结水泵变频的控制策略如下：
凝结水泵工频运行时，由除氧器上水调节门调节除氧器水位；
凝结水泵变频运行时，由凝结水泵变频器调节除氧器水位，当变频器频率降至最低、无法继续调整水位时，除氧器上水调节门参与调节水位；
系统变频运行时，通过逻辑设置，避开凝结水泵高、中、低频共振区间。
7.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，所述除氧器上水旁路电动门或气动门参与调节及凝结水泵跳闸控制逻辑如下：
当负荷≤除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷，电动门或气动门自动关闭；当负荷＞除氧器上水旁路电动门或气动门保持开启的最低运行负荷+10MW，电动门或气动门自动开启；
运行中当除氧器水位高Ⅰ值时，联锁自动关闭除氧器上水电动门或气动门，并联锁关小除氧器上水调节门至40％；如水位继续上升，联锁自动开启凝结水再循环电动门；
运行变频凝结水泵切换到工频运行或者变频凝结水泵跳闸、备用工频凝结水泵联启，联锁自动关闭除氧器上水旁路电动门或气动门，联锁关小除氧器上水调节门至40％，如水位继续上升，联锁开启凝结水再循环电动门。
8.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，所述低旁减温水压力闭锁控制优化过程如下：将低旁减温水闭锁压力降至1.0MPa；正常运行中对凝结水压力控制逻辑进行优化，当逻辑判断高旁投入后，自动提高凝结水压力至低旁减温水压力1.0MPa以上。
9.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，所述除氧器水位控制逻辑步骤如下：除氧器上水调节阀逻辑由变频和工频两部分组成，在凝结水泵工频模式下，除氧器上水调节门调节除氧器水位，在当变频模式下，除氧器上水调节门调节凝结水泵出口压力不低于低水压联泵定值；在凝结水泵变频器无调节除氧器水位裕量时，参与调节除氧器水位。
10.根据权利要求1所述的一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法，其特征在于，所述变频凝结水泵控制逻辑步骤如下：变频凝结水泵水位调节采用单/三冲量切换方式，当负荷≥40％，采用三冲量调节逻辑：主调节器调节除氧器水位，副调节器调节除氧器入口凝结水流量，给水流量作为前馈输入主调节器，当负荷≤35％，采用主调节器调节除氧器水位。
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| CN202310398001.5A CN116447125B (zh) | 2023-04-11 | 2023-04-11 | 一种用于深度降低火电机组凝结水泵耗电率的优化方法 |
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Citations (6)
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| JPH0375401A (ja) * | 1989-08-17 | 1991-03-29 | Toshiba Corp | 脱気器水位制御装置 |
| RU2391515C1 (ru) * | 2008-10-17 | 2010-06-10 | Владимир Алексеевич Федоров | Электрогенерирующее устройство с угольно-водородным топливом |
| CN102278299A (zh) * | 2011-05-31 | 2011-12-14 | 秦革 | 电站凝结水泵深度变频系统 |
| CN107024883A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-08-08 | 中国神华能源股份有限公司 | 火电机组负荷调节方法和装置以及存储介质、处理器 |
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| CN112361324A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-12 | 华能莱芜发电有限公司 | 一种二次再热机组凝结水泵节能降耗的方法 |
-
2023
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| 谢述双;李建宏;: "大功率凝结水泵的变频调速技术改造", 广西水利水电, no. 03, pages 80 - 82 * |
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| Publication number | Publication date |
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