摘要:超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組具有煤耗低、技術(shù)含量高、環(huán)保性能好、節(jié)約資源的特點(diǎn),必將是今后我國(guó)火電機(jī)組的發(fā)展方向。本文著重介紹HARSVERT-A多電平型高壓變頻器助力華能營(yíng)口電廠600MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水泵變頻節(jié)能增效情況,結(jié)果表明,采用HARSVERT-A多電平型高壓變頻器對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造,具有投資省、見(jiàn)效快等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:超超臨界、凝結(jié)水、變頻器、密閉冷卻
一、引言 華能營(yíng)口電廠位于遼寧營(yíng)口經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū),電廠北邊緊鄰勃海,西南與營(yíng)口港僅一墻之隔,為北方典型的海濱港口電廠。電廠二期工程為哈爾濱汽輪機(jī)廠兩臺(tái)600MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,分別于2007年8月31日和2008年10月14日移交生產(chǎn)。自投產(chǎn)以來(lái),機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好。 3#機(jī)組600MW汽輪機(jī)配置2臺(tái)100%容量的立式雙吸多級(jí)離心式凝泵,由定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)行方式為一臺(tái)運(yùn)行,一臺(tái)備用。采用凝結(jié)泵定速運(yùn)行,系統(tǒng)存在以下問(wèn)題: 1.閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低,造成能源的浪費(fèi)。 2.當(dāng)流量降低閥位開(kāi)度減小時(shí),調(diào)整閥前后壓差增加,工作安全特性變壞,壓力損失嚴(yán)重,造成能耗增加。 3.長(zhǎng)期40~70%低閥門開(kāi)度,加速閥體自身磨損,導(dǎo)致閥門控制特性變差。 4.管網(wǎng)壓力過(guò)高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門泄漏,不能關(guān)嚴(yán)等情況發(fā)生。 5.設(shè)備使用壽命短、日常維護(hù)量大,維修成本高,造成各種資源的極大浪費(fèi)。 解決上述問(wèn)題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù),利用高壓變頻器對(duì)凝結(jié)泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制,實(shí)現(xiàn)供除氧器水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。這樣,不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點(diǎn),而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性;更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓流損失,減輕了控制閥的磨損,降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命,減少了維護(hù)量,改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,節(jié)約能源,為降低廠用電率提供了良好的途徑。 隨著國(guó)家節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的重要國(guó)策深入貫徹實(shí)施,以及國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟,結(jié)合華能營(yíng)口電廠“千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)”,將凝結(jié)水泵由工頻運(yùn)行改為變頻控制已勢(shì)在必行。汽輪機(jī)和凝泵參數(shù)見(jiàn)表1-2。
表1:汽輪機(jī)規(guī)范
序號(hào) |
項(xiàng)目 |
規(guī)范 |
單位 |
1 |
型號(hào) |
CLN600-25/600/600 |
2 |
型式 |
超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、凝汽式 |
3 |
額定功率(TRL) |
600 |
MW |
4 |
最大連續(xù)功率(T-MCR) |
624.1 |
MW |
5 |
閥門全開(kāi)功率(VWO) |
646.9 |
MW |
6 |
額定轉(zhuǎn)速 |
3000 |
r/min |
7 |
主蒸汽壓力 |
25 |
MPa(a) |
8 |
主蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
9 |
再熱蒸汽壓力(THA) |
4.12 |
MPa(a) |
10 |
再熱蒸汽溫度 |
600 |
℃ |
11 |
旋轉(zhuǎn)方向 |
從調(diào)端看順時(shí)針 |
12 |
配汽方式 |
噴嘴 |
13 |
回?zé)峒?jí)數(shù) |
8 |
14 |
給水溫度(TRL) |
289 |
℃ |
15 |
設(shè)計(jì)冷卻水溫度 |
20 (夏季最高溫度33) |
℃ |
16 |
最大允許系統(tǒng)周波擺動(dòng) |
48.5~51.5 |
Hz |
17 |
空負(fù)荷時(shí)額定轉(zhuǎn)速波動(dòng) |
±1 |
r/min |
18 |
噪音水平 |
<85 |
dB(A) |
19 |
各軸承處軸徑雙振幅值 |
<0.076 |
mm |
20 |
末級(jí)動(dòng)葉片長(zhǎng)度 |
1220 |
mm |
21 |
調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)型式 |
DEH |
22 |
高壓缸通流級(jí)數(shù) |
1+10 |
23 |
中壓缸通流級(jí)數(shù) |
7 |
24 |
低壓缸通流級(jí)數(shù) |
2×5 |
25 |
低壓缸大氣閥動(dòng)作壓力 |
0.3kg/cm2-0.35kg/cm2 |
MPa(g) |
26 |
盤車轉(zhuǎn)速 |
3 |
r/min |
27 |
汽輪機(jī)總長(zhǎng)(包括罩殼) |
21 |
m |
28 |
汽輪機(jī)最大寬度(包括罩殼) |
12 |
m |
29 |
汽輪機(jī)本體重量 |
660 |
t |
30 |
汽輪機(jī)中心距運(yùn)行層標(biāo)高 |
15 |
m | 表2:凝泵規(guī)范
凝結(jié)水泵 |
制造廠?? |
沈陽(yáng)水泵股份有限公司 |
型號(hào) |
10LDTNB-4PJX |
型式 |
立式 |
工況 |
最大工況 |
額定工況 |
揚(yáng)程 |
302m |
311m |
出口壓力 |
2.96MPa |
3.05MPa |
轉(zhuǎn)速 |
1480r/min |
1480r/min |
流量 |
1527m3/h |
1461 m3/h |
軸功率 |
1477kW |
1472kW |
汽蝕余量 |
4.4m |
4.2m |
效率 |
85% |
84% |
凝泵電機(jī) |
電機(jī)制造廠 |
湘潭 |
電機(jī)型號(hào) |
YKKL630-4 |
電機(jī)轉(zhuǎn)速 |
1480 r/min |
電機(jī)電壓 |
6000 V |
額定電流 |
209.4A |
額定功率 |
1800 kW |
功率因數(shù) |
0.93 |
旋轉(zhuǎn)方向 |
逆時(shí)針(從電機(jī)向泵看) |
絕緣等級(jí) |
F | 二、動(dòng)力系統(tǒng)方案
經(jīng)到兄弟電廠調(diào)研,結(jié)合我廠實(shí)際情況,最終確定我廠凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造采用一拖二手動(dòng)旁路方案,選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A型高壓變頻器。即配備一臺(tái)高壓變頻器,通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的凝結(jié)水泵上去。高壓變頻器可以拖動(dòng)A凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行,也可以通過(guò)切換拖動(dòng)B凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)凝結(jié)泵電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能,可實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的變頻運(yùn)行,另外一臺(tái)處于工頻備用,當(dāng)高壓變頻器故障時(shí),系統(tǒng)可聯(lián)鎖另一臺(tái)工頻電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)原理如圖1所示:
|
圖1:凝結(jié)水系統(tǒng)變頻改造原理圖 | 系統(tǒng)基本原理:它是由六個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1~QS6組成(見(jiàn)圖1)。其中QS2和QS3,QS5和QS6有電氣互鎖;QS1和QS5,QS4和QS6安裝機(jī)械互鎖裝置;QS2和QS5,QS3和QS6有電氣聯(lián)鎖。如果兩路電源同時(shí)供電,A凝泵工作在變頻狀態(tài),B凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí),QS1和QS3、QS6分閘,QS2、QS4和QS5處于合閘狀態(tài);B凝泵工作在變頻狀態(tài),A凝泵工作在工頻狀態(tài)時(shí),QS2和QS4、QS5分閘,QS1、QS3和QS6處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器,QS1和QS4可以處于合閘狀態(tài),其它隔離開(kāi)關(guān)都分閘,兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行;當(dāng)一路電源檢修時(shí),可以通過(guò)分合隔離開(kāi)關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。 當(dāng)A凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí),系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)B凝結(jié)泵,QF2開(kāi)關(guān)工頻運(yùn)行。當(dāng)B凝結(jié)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時(shí),系統(tǒng)聯(lián)鎖起動(dòng)A凝結(jié)泵,QF1開(kāi)關(guān)工頻運(yùn)行。
三、控制系統(tǒng)方案
1.改造原則 凝結(jié)水泵變頻改造要在保證除氧器水位調(diào)節(jié)品質(zhì)不變,并可以在工作泵跳閘、低水壓等特殊工況發(fā)生時(shí)保證機(jī)組正常運(yùn)行前提下進(jìn)行變頻改造。改造利用現(xiàn)有的設(shè)備與系統(tǒng),原來(lái)兩個(gè)水位調(diào)節(jié)門全開(kāi)以減小節(jié)流損失,當(dāng)高壓變頻器跳閘后,備用凝結(jié)水泵以工頻方式立即啟動(dòng),將凝結(jié)水打至出口母管,以保證在變頻器跳閘時(shí)除氧器上水的穩(wěn)定。兩個(gè)調(diào)整門的開(kāi)度由當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷計(jì)算得出,而且在10秒鐘時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)到指定位置,最低程度減小系統(tǒng)擾動(dòng),維持除氧器水位在正常范圍內(nèi),保證機(jī)組運(yùn)行。 2.實(shí)際改造實(shí)施情況 變頻器的啟停通過(guò)閉合、斷開(kāi)變頻方式下凝結(jié)水泵的6kV開(kāi)關(guān)來(lái)自動(dòng)完成,也就是說(shuō)運(yùn)行人員在凝泵操作面板上按下“啟動(dòng)”和“停止”按鈕,即可完成6kV開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)及變頻器的啟?刂啤S捎谑且慌_(tái)變頻器控制兩臺(tái)凝泵,所以同時(shí)只能有一臺(tái)泵在變頻方式下,另一臺(tái)泵在工頻方式,在邏輯中設(shè)計(jì)了凝泵的變頻運(yùn)行方式和工頻運(yùn)行方式,同時(shí)在原系統(tǒng)中分別增加了一套保護(hù)和一套聯(lián)鎖,即變頻器重故障凝結(jié)水泵跳閘保護(hù),變頻器重故障備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。 正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行,另外一臺(tái)凝結(jié)水泵工頻備用,當(dāng)變頻運(yùn)行且投入自動(dòng),除氧器水位調(diào)節(jié)門按照一定的速率(減小擾動(dòng))強(qiáng)制開(kāi)到95%的位置,變頻器通過(guò)輸出頻率的改變來(lái)調(diào)整凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,從而通過(guò)控制凝結(jié)水泵到除氧器的上水量,保證除氧器水位穩(wěn)定在運(yùn)行人員的設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)水位發(fā)生波動(dòng)時(shí),通過(guò)DCS組態(tài)中以凝結(jié)水流量、主給水流量、除氧器水位三個(gè)參數(shù)構(gòu)成的串級(jí)回路,輸出轉(zhuǎn)速指令至變頻器,調(diào)整凝結(jié)水泵的上水量,以穩(wěn)定除氧器水位。 當(dāng)就地設(shè)備發(fā)生故障,例如變頻器發(fā)“重故障報(bào)警”或者凝結(jié)水泵突然跳閘等故障時(shí),當(dāng)前凝結(jié)水泵的高壓合閘開(kāi)關(guān)斷開(kāi),并閉合另外一臺(tái)工頻備用凝結(jié)水泵高壓合閘開(kāi)關(guān),備用泵工頻啟動(dòng)。變頻器自動(dòng)切換到“手動(dòng)”方式,兩個(gè)調(diào)節(jié)門自動(dòng)切換到“自動(dòng)”方式,當(dāng)工頻泵啟動(dòng)的瞬間,除氧器上水調(diào)整門開(kāi)度仍然在95%位置,凝結(jié)水上水量會(huì)因此猛增,為防止除氧器水位超過(guò)規(guī)定值,兩個(gè)調(diào)節(jié)門必須在最短的時(shí)間內(nèi)關(guān)到合適的位置,所以邏輯設(shè)計(jì)了在變頻器“自動(dòng)”方式時(shí)調(diào)門開(kāi)度實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際負(fù)荷的變化,一旦變頻器由自動(dòng)切手動(dòng),調(diào)門在10秒鐘時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制關(guān)到當(dāng)前負(fù)荷要求的開(kāi)度且投入到“自動(dòng)”方式運(yùn)行。這個(gè)開(kāi)度也是工頻正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整門的理想開(kāi)度值。當(dāng)調(diào)整門關(guān)到負(fù)荷計(jì)算值位置并且穩(wěn)定后,從而完成整個(gè)凝結(jié)水變頻故障的無(wú)擾切換。
四、冷卻系統(tǒng)方案
由于變頻器本體在運(yùn)行過(guò)程中有一定的熱量散失,為保證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境,需要為變頻器配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本、設(shè)備維護(hù)量、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間,針對(duì)實(shí)際安裝位置、發(fā)熱總量、運(yùn)營(yíng)成本、施工費(fèi)用等因素,此次變頻改造采用了強(qiáng)制密閉式冷卻方案。 為保障變頻設(shè)備處于安全運(yùn)行,避免環(huán)境溫度和粉塵對(duì)設(shè)備的不利影響,在變頻器功率柜側(cè)獨(dú)立增加密閉式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為變頻功率柜外的附屬裝置,能夠保證變頻功率柜始終處于25~35℃運(yùn)行環(huán)境,大幅度延長(zhǎng)濾網(wǎng)更換周期,減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。不需要為變頻器再獨(dú)立建筑房屋,變壓器柜采用開(kāi)放式冷卻,強(qiáng)制冷卻裝置與變頻器功率柜一體化設(shè)計(jì),附著于功率柜頂部,制冷壓縮機(jī)組安裝于變頻器柜附近。強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng)如圖2所示:
|
圖2:強(qiáng)制密閉式冷卻系統(tǒng) | 通過(guò)實(shí)際運(yùn)行,強(qiáng)制密閉式冷卻裝置能夠滿足高壓變頻器運(yùn)行過(guò)程中的散熱需要,設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、快捷,熱交換效率高。
五、節(jié)能效果分析
在不同工況下,凝結(jié)水系統(tǒng)改造前后,凝結(jié)水泵及電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)如表3: 表3:凝結(jié)水泵及電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)
負(fù)荷 MW |
主汽壓 力Mpa |
主汽流量t/h |
凝泵電流A |
凝泵出口壓力Mpa |
凝泵轉(zhuǎn)速 r/min |
凝結(jié)水流量t/h |
|
|
|
改前 |
改后 |
差值 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
改前 |
改后 |
600 |
24.9 |
1807 |
184.2 |
174.9 |
9.3 |
3.09 |
2.53 |
1480 |
1395 |
1450.0 |
1455.0 |
584 |
25.3 |
1729 |
182.4 |
163.0 |
19.4 |
3.12 |
2.54 |
1364 |
1414.8 |
1417.8 |
570 |
24.7 |
1724 |
182.8 |
162.9 |
19.9 |
3.12 |
2.36 |
1354 |
1418.8 |
1390.6 |
550 |
25.2 |
1609 |
177.6 |
151.3 |
26.3 |
3.22 |
2.25 |
1302 |
1325.8 |
1325.7 |
530 |
24.9 |
1579 |
178.9 |
144.4 |
34.5 |
3.17 |
2.17 |
1279 |
1332.8 |
1294.5 |
500 |
24.7 |
1505 |
172.8 |
134.5 |
38.3 |
3.27 |
1.98 |
1233 |
1246.4 |
1231.5 |
480 |
24.8 |
1382 |
171.3 |
120.9 |
50.4 |
3.30 |
1.88 |
1182 |
1217.6 |
1158.4 |
450 |
23.3 |
1184 |
164.2 |
100.9 |
63.3 |
3.36 |
1.67 |
1082 |
1115.4 |
1014.0 |
400 |
21.0 |
1145 |
156.3 |
95.9 |
60.4 |
3.44 |
1.46 |
1040 |
986.3 |
958.8 |
350 |
18.5 |
1050 |
147.4 |
84.0 |
63.4 |
3.50 |
1.20 |
969 |
832.9 |
892.2 |
300 |
15.5 |
880 |
142.6 |
68.8 |
73.8 |
3.53 |
1.02 |
878 |
770.0 |
772.0 | 經(jīng)計(jì)算,各負(fù)荷點(diǎn)下的節(jié)電率如圖3所示:
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圖3:各負(fù)荷點(diǎn)下的節(jié)電率 |
六、結(jié)論
此次600MW超超臨界機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)高壓變頻改造,新增變頻設(shè)備安裝布置在凝結(jié)水泵就近位置,節(jié)省了高壓電纜和土建費(fèi)用。冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),風(fēng)路循環(huán)使用,粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定,受外界環(huán)境因素影響小,大大降低維修、維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。 凝結(jié)水系統(tǒng)投入運(yùn)行后各項(xiàng)測(cè)試性能指標(biāo)良好,兩個(gè)調(diào)整門截流噪音及震動(dòng)明顯減小,凝結(jié)水泵電機(jī)最大節(jié)電率可達(dá)50%,平均節(jié)電率為34.6%。除氧器上水壓力由3.7MPa下降到1.2MPa,特別是低負(fù)荷的時(shí)候,凝結(jié)水泵電流由原來(lái)的200A最低降低到60A左右,節(jié)能效果十分明顯,改造非常成功。
作者簡(jiǎn)介:朱東升,男,高級(jí)工程師,華能營(yíng)口電廠生產(chǎn)部,主要從事電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。
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