600MW机组开式水系统节能改造

摘 要：介绍了河源电厂600 MW 机组开式水系统的节能优化改造，通过开式泵变频改造、增加闭式水冷却水量调节、优化热工控制方案等，开式水系统运行稳定可靠，节能效果显著，降低厂用电率，减少冷却水用量，提高了机组的综合效率。

关键词：开式泵;变频;开式水母管压力;闭式水;冷却器;控制

某厂汽轮机采用哈尔滨汽轮机有限公司生产的汽轮机，其型式为600MW超超临界参数、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式、八级回热抽汽。为降低开式水系统的耗电率，降低开式水用量，提高机组的综合效率， 对开式水系统进行节能优化技术改造，通过改造取得了良好的效果。

1 概述

河源电厂2台600MW机组开式冷却水均来自循环水供水管路，经过电动滤水器进入开式冷却水泵 （开式泵），升压至0.35MPa后进入各台冷却设备，在冷却设备吸热后排至循环水回水管。为了满足系统冷却水压力的要求，设置2台100%容量的工频开式泵，运行方式为“一运一备”。

开式水系统主要向闭式冷却水热交换器、给水泵汽机润滑油冷却器、发电机氢侧密封油冷却器、发电机空侧密封油冷却器、发电机定子冷却器、发电机氢冷器、汽轮机主冷却器、电动给水泵及前置泵润滑油冷却器与电泵电动机空冷器等提供冷却水。

2 问题分析

由于机组设计原因，河源电厂开式泵水系统的流量设计和设备选型均按照机组极端工况下设计，开式泵容量选择过大，泵耗电量大，在实际生产中，开式水系统偏离设计工况较多，故对2台机组开式泵进行变频改造。另外根据机组流量实验数据得知，闭式水冷却器和电泵工作油冷却器、润滑油冷却器、电机冷却器的开式水耗量远超设计值，为了使改造效果达到最佳，同时对闭式水冷却器和电泵各冷却器进行配合改造。

3 系统改造方案

3.1 开式泵工频改变频

开式冷却水泵配置两台带工频旁路开关的变频器，每台开式冷却水泵配置一台入口电动门、一台出口电动门，相关控制方案同步优化。

3.2 闭式水冷却器

由于机组实际运行时闭式水的温升很小，不到设计温降的15%，导致闭式水热交换器开式水耗量远超实际所需的量。原因在于闭式水热交换器没有设计调节阀门，开式水无法根据实际运行情况进行调节，故在开式水回水母管上增设一个气动调节阀及相配套的隔离阀和旁路。

3.3 电泵各冷却器

按照机组原始设计，电泵共有3个开式水用户，设计耗水量为260t/h。机组正常运行时，电泵处于停运备用状态（不能自动联启），仅辅助油泵运行，此时的电泵所需要的冷却水量很小，但因没有调节阀，导致开式水量不能控制，考虑到电泵全年运行时間很少，流量调节需求不高，故在三个冷却器的回水母管上加装一套电动蝶阀，备用时微开蝶阀保证有水流动，防止管道腐蚀，同时将电动蝶阀开到位作为电泵启动条件，防止电泵各冷却器缺水。

4 开式冷却水泵变频改造控制方案

开式冷却水泵配置两台带工频旁路开关的变频器，每台开式冷却水泵配置一台入口电动门、一台出口电动门，其运行方式采用一用一备，控制系统提供两种备用方式供运行人员选择：变频备用（投入备用时备用泵跟踪运行泵的变频指令）或工频备用（备用泵工频启动）。

4.1 开式水泵变频器控制方案

开式水泵变频器采用常规PID控制，在变频方式下以开式泵出口母管压力为控制对象，各冷却水用户温度调节站调阀开度取最大值并经过函数修正后压力设定值作为开式水泵出口母管压力设定值，同时考虑到其他设备的用水量，增加设定值偏置功能。调节阀位开度变化而改变的变压力适配控制见表1。

开式冷却水泵变频控制方式下，如温度调节站调节阀出现故障或阀位坏质量时，在逻辑中应保持阀门当前位置开度不变，防止出现振荡扰动。

在变频器允许情况下，尽可能降低变频器跟踪远方指令的速率，其目的是开式冷却水泵在变频方式下备用启动时减短泵出力时间。

机组启动后进行PID参数整定，调试完成后开式泵出口母管压力调节平稳，能满足系统全年稳定运行。

4.2 开式冷却水系统联锁保护逻辑

开式水系统包括开式水泵A/B及其出入口门等相关设备，开式冷却水泵采用变频联变频，工频联工频方式。

为满足改造后相关设备的启停、连锁保护运行需要，主要修改的控制逻辑有：开式冷却水泵380V进线开关允许合闸条件、保护分闸条件;两台开式冷却水泵变频及工频运行方式下的允许启动条件、自动启动条件、保护停止条件;开式冷却水泵入口电动门及出口电动门自动开启条件、关闭允许条件;电泵启动允许逻辑中增加电泵开式水回水电动门开到位信号。

4.3 闭式水热交换器出水温度调节控制方案

采用PID调节，控制闭式水热交换器出口温度。

5 改造效果

开式水系统的优化改造后，系统布局合理， 运行安全可靠， 能够长期连续运行，改造费用较低，投资回收周期短，并取得了良好的经济效益。

a. 耗电率明显降低， 可节省大量的厂用电。 改造前开式泵电流常年维持在200A左右，改造后泵电流平均值约为30A，电流下降巨大，有效降低厂用电率。

b.由于闭式水冷却水量可调、电泵各冷却器冷却水水量用量明显减少，冷却水量大幅度减少，节能降耗效果明显。

6 结束语

河源电厂600 MW机组开式水系统优化改造，通过增加变频器、保留工频旁路，实现开式水母管压力可调，同时对闭式水冷却器和电泵各冷却器进行改造，增加调节阀及电动阀，优化工艺流程及热工控制策略，系统布局更加合理。改造后开式水系统运行安全可靠， 能长期稳定运行， 正常情况下可全年保持小功率运行，同时还具有良好的灵活性， 可根据不同季节以及冷却水温度与冷却用户 （主机冷油器、 闭式水换热器等）需求，在线实时调整，节能效果显著。开式水系统改造费用较低，投资回收周期短，通过技术改造及控制优化，从根本上解决了开式水系统能耗高的问题。

参考文献：

[1] 周权.开式水改造在安庆某百万机组上的应用[J].江西电力职业技术学院学报， 2016（3）：26-27，31.

[2] 谭巍，杨乐，张延风，邹郁.600MW机组开式水系统节电优化改造技术研究.东北电力技术 1004-7913（2020）12-0016-03

作者简介：

黄先平（1985—），男，江西赣州人，大学本科，工程师，从事电厂自动控制系统的应用维护和技术管理。