汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析

汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析

孔祥林申建敏

南山集团有限公司山东龙口265713

摘要：本文主要针对汽轮机组凝结水泵变频调速改造进行分析，明确了改造的方法是否科学可行，并对其改造的过程中的一些关键问题进行重点分析，可供今后参考。

关键词：汽轮机组；凝结水泵；泵变频调速；改造

前言

针对汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性，我们也应该进一步分析，探讨汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性是否真正符合我们的要求，从而确保汽轮机组凝结水泵变频调速改造的效果。

1、凝结水泵变频简介

凝结水泵变频装置采取一拖二的方式运行，即两台凝结水泵共用一台变频装置，凝结水泵通过切换旁路柜内的刀闸进行工频和变频方式的切换。正常运行时采取一台变频运行一台工频备用的方式，可实现事故状态下的联锁启停。变频装置由上位机柜、旁路柜、变压器柜和功率柜及控制柜组成。

变频装置的启停有就地和远方两种控制方式。就地控制方式下，可通过就地功率控制柜上的启、停来操作，遇故障时可实现就地事故紧停按钮紧停及故障消音操作。在远方控制方式下，就地紧停按钮、启动和停止按钮以及消音按钮均不起作用，所有操作由DCS相应控制系统完成对应功能。

2、凝结水泵变频改造后需要注意的问题

2.1工频泵、变频泵进行倒换时，变频泵不能在低转速下长期停留，变频泵的转速应确保其出口压力与母管压力接近，防止与工频泵出口压差大逆止门打不开，而导致变频凝结水泵汽化。

2.2工频泵长期备用期间，应加强其绕组的绝缘监视，并定期采取备用凝结水泵变频切换措施来干燥绕组，确保其处于良好备用状态。

2.3工频泵运行时，变频泵起不到备用作用，因为变频泵启动转速为500rpm，启动后需要加速方可接待负荷，此时如工频泵掉闸变频泵的流量不能满足机组负荷需要，需要限制机组负荷。为此变频器因故停运或在变频方式备用时，应及时倒为工频方式备用，但变频泵工作方式倒换期间需要开关停电，又增加了机组运行的不稳定因素。

3、汽轮机概况

某电厂六期工程装机容量为2×25MW，汽轮机组为某地汽轮电机有限责任公司制造。#1，2汽轮机组各配置3台凝结水泵，额定流量65m3/h，额定功率55kW，1台机组正常情况下2台泵运行，1台备用。凝结水泵将凝汽器热水井中的凝结水升压后送至轴封加热器、低加、高压除氧器，正常运行时由安装在低加出口的凝结水调门来调节热水井水位，不能依据水位高低自动调节，始终以恒定转速运行，造成电能浪费。另外，自#1，2机组安装投产以来，凝结水系统一直频繁地出现问题，直接困扰甚至威胁到全厂的安全经济运行，同时使得检修环节工作量陡增。如果在凝结水泵电机主回路中串入变频器，以凝结水水位高低自动调节电机频率，从而使电机的功率输出以凝结水水位高低自动变化，将节约大量自耗电能，同时，也为机组的安全运行奠定了基础。

4、汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性分析

4.1目前凝结水系统存在的问题

（1）长期以来，＃1，2号机组由于凝结器水位调节阀的卡涩和凝结器水位过高或过低造成的停机或是甩负荷事件时有发生，直接威胁生产的安全运行。

（2）由于凝汽器热水井容积较小，凝汽器热水井水位上下波动较大，其水位调节阀调整频次增加，造成调节阀卡涩或是其他故障频繁。每次凝汽器水位调节阀刚处理正常，没过多久又出现故障，机组在正常运行时凝汽器水位调节阀又无法检修和调试，只有靠其旁路手动门人为地对凝汽器热水井水位进行调整，运行人员常常由于集中于对凝汽器水位的监视与调整，而忽略其他参数的监视与调控，对设备的安全运行埋下隐患，这也是＃1，2号机组频繁甩负荷和停机的主要原因之一。

4.2#1，2机组凝结水泵变频调速改造对系统的影响

4.2.1给水泵盘根冷却水由凝结水泵供给

由于高除正常运行压力是0.4MPa，零米到除氧器除氧塔高度是17米，静压约是0.17MPa，沿程大约损失0.13MPa，即：0.4+0.17+0.13＝0.7MPa。所以改变频后正常运行时凝结水泵的出口压力不会低于0.7MPa。正常运行给水泵入口压力为0.5MPa左右，0.7MPa＞0.5MPa，所以给水泵盘根冷却水足以供给。

4.2.2抽汽逆止门的控制水能否供足

在正常的运行工况下，抽汽逆止阀控制水由凝结水杂水联箱和给水泵入口母管两路同时供给。

抽汽逆止阀强行关闭途径一：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力也会同时下降，当凝结水压力低于给水泵入口压力时，抽汽逆止阀控制水由给水泵入口母管的水自动顶开逆止门，从而将抽汽逆止阀强行关闭。

抽汽逆止阀强行关闭途径二：当汽轮机发生故障时，凝汽器水位会迅速下降，凝结水泵出口压力会同时下降，运行人员及时给凝汽器进行补充软水，使凝结水泵出口压力大于给水泵入口压力时，由凝结水强行关闭抽汽逆止阀。

通过以上分析，抽汽逆止阀的控制水、给水泵入口母管和凝结水泵的凝结水都可以满足抽汽逆止阀的关闭条件，所以不必担心凝结水泵改变频后对给水泵密封水和抽汽逆止阀控制水供给不足的问题。

4.3改造方案

在每台汽轮机组两台凝结泵主回路中串入变频器，将原凝结水泵电源箱更换为55kW变频器并带有PLC控制的控制箱，在汽机DCS上加装所需的PLC启、停泵操作功能，保留原有1台泵的控制功能，以便在变频器出现故障时作为工频备用，保证机组的正常运行。

同时改造现控制回路为：由可编程控制器PLC控制，并取凝结器热水井水位信号作为频率调节参考量，水位高时调节频率增大，从而使电机转速升高，水位低时调节频率减小，从而使电机转速降低，满足凝结水泵电耗随负荷变化而变化的运行要求，达到节能降耗的目的。

4.4资金投入

该系统需4套变频系统，每2台装在一面柜内，柜内每台变频器的出入口均设有空气开关，柜体通风和防尘。所需投资为4台变频器，2台PLC编程器、液位压差变送器、电缆等所需总费用约为80万元。

4.5经济效益分析

#1，2机组共4台凝结泵将改为变频控制，每台凝结泵流量为65m3/h，电机功率为55kW，2台凝结泵满负荷运行时，流量为130m3/h，功率为110kW，而每台机组凝结水流量约60～80t/h之间，未改为变频调速时，所需功率为：P＝90%×110＝99kW，改造后，根据P（功率）＝Q（流量）×H（压力），若压力恒定，则每台机组所需功率为：

P＝{（60～80）/130}×110＝51～68kW

若变频控制调节电机功率在此范围内工作，每小时节约电能51～68kW，假设六期机组全年运行约8000小时，则全年节电量约40.8～54.4万kW•h，每度电按0.5元，全年节约电费20.4～27.2万元，照此计算，可在4年内收回成本。

结束语

综上所述，在汽轮机组的运行过程中，汽轮机组凝结水泵变频调速改造也是情有可原，可以说也是发展的重点，所以，本文总结了汽轮机组凝结水泵变频调速改造可行性的一些问题，可供参考。

参考文献：

[1]吴麒．自动控制原理[M]．清华大学出版社，2017.68

[2]李刚．超（亚）临界机组热工自动控制技术[J]．科技致富向导，2017，（30）．23