運(yùn)用新控制策略減少給水泵再循環(huán)閥的汽蝕現(xiàn)象

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519050）

運(yùn)用新控制策略減少給水泵再循環(huán)閥的汽蝕現(xiàn)象

侯劍雄，劉志東，楊群發(fā)

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519050）

運(yùn)用新控制策略后，減少了汽動(dòng)給水泵再循環(huán)閥的汽蝕現(xiàn)象，并降低了汽動(dòng)給水泵在低負(fù)荷時(shí)的能耗。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，將汽動(dòng)給水再循環(huán)閥保持在全關(guān)狀態(tài)，僅在汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)、停運(yùn)過程中，才進(jìn)行開啟，最大限度地減少了再循環(huán)閥的汽蝕現(xiàn)象，降低了能耗。實(shí)踐證明，運(yùn)用新控制策略能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，延長再循環(huán)閥的使用壽命。通過運(yùn)行，驗(yàn)證了新控制策略的實(shí)用性。

汽動(dòng)給水泵；循環(huán)閥；汽蝕；運(yùn)行；控制；策略；節(jié)能；降耗

0 概 述

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司（簡稱金灣電廠）的3號(hào)、4號(hào)機(jī)組為600 MW超臨界燃煤機(jī)組，各配備2臺(tái)50%額定容量的汽動(dòng)給水泵（簡稱汽泵）。汽泵型式為臥式、離心、多級(jí)筒型泵，采用機(jī)械迷宮式密封，額定轉(zhuǎn)速為5 280 r/min、流量為889 t/h，最大轉(zhuǎn)速為5 550 r/min，最低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速2 800 r/min。再循環(huán)閥為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，在自動(dòng)狀態(tài)下參與汽泵入口最小流量的調(diào)整。

汽泵再循環(huán)閥在工況較差的條件下運(yùn)行，閥門前后的壓差極大，極易被沖刷，使用壽命較短，幾乎每年均需檢修或更換閥門，特別是閥門被沖刷后的內(nèi)漏問題，一直不能徹底解決。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低至320 MW時(shí)，再循環(huán)閥處于微開狀態(tài)，增加了汽泵的汽耗率，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。此時(shí)，閥門被吹損的情況也非常嚴(yán)重。對(duì)閥門進(jìn)行檢修后，不久又會(huì)發(fā)生內(nèi)漏，增加了維護(hù)成本。在夏季，機(jī)組處于高負(fù)荷運(yùn)行，給水流量增大，汽泵轉(zhuǎn)速已至5 500 r/min，長時(shí)間的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將給機(jī)組安全性帶來隱患。為降低汽泵能耗，提高節(jié)能效果，對(duì)汽泵再循環(huán)閥的控制方式進(jìn)行探索與分析后，制定了全新的控制方式。經(jīng)優(yōu)化后的汽泵再循環(huán)閥控制曲線，可顯著降低汽泵在低負(fù)荷時(shí)的能耗，大幅減緩再循環(huán)閥被吹損的速度，減少了維護(hù)費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 再循環(huán)閥的原控制策略

在金灣電廠，為減小汽泵因再循環(huán)閥開度的變化引起總給水流量波動(dòng)的影響，在再循環(huán)閥的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)設(shè)置了死區(qū)。采用流量函數(shù)控制對(duì)應(yīng)的閥位。再循環(huán)閥的控制方法，如圖1所示。當(dāng)泵的入口流量增大時(shí)，再循環(huán)閥關(guān)小的行程，按照a→b→c運(yùn)行；當(dāng)泵的入口流量減少時(shí)，再循環(huán)閥開大的行程，按照d→e→a運(yùn)行。兩條函數(shù)線形成的回環(huán)區(qū)，為流量波動(dòng)死區(qū)。當(dāng)給水泵流量在死區(qū)范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，再循環(huán)閥的開度保持不變，避免閥位的擾動(dòng)影響總給水流量。e、b、d、c點(diǎn)的數(shù)值，根據(jù)汽泵廠家提供的運(yùn)行特性曲線及實(shí)際運(yùn)行工況確定。

圖1 汽泵再循環(huán)閥的控制曲線

在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為310 MW時(shí)，總給水流量約為890 t/h，分配至每臺(tái)汽泵流量約450 t/h。由于機(jī)組經(jīng)常在300 MW及以下負(fù)荷作調(diào)峰運(yùn)行，負(fù)荷常發(fā)生波動(dòng)，再循環(huán)閥常處于微開狀態(tài)，閥門的內(nèi)漏和振動(dòng)比較嚴(yán)重，導(dǎo)致閥門在剛開啟時(shí)的給水流量發(fā)生突降，而超臨界鍋爐對(duì)給水流量的變化較敏感。為保證負(fù)荷在300 MW以下給水流量的穩(wěn)定性，將再循環(huán)閥設(shè)置為負(fù)荷300 MW以上時(shí)開啟。在圖1中，d（F1）、c（F2）、e、b點(diǎn)的數(shù)值，分別為500 t/h、650 t/h、300 t/h、450 t/h，并設(shè)置再循環(huán)閥的最小開度為5%，汽泵最低流量的保護(hù)值為263.8 t/h。

從整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，汽泵再循環(huán)閥在運(yùn)行中還存在幾個(gè)主要問題。

（1）在減負(fù)荷過程中，機(jī)組負(fù)荷到達(dá)300 MW時(shí)，即開始開啟再循環(huán)閥。負(fù)荷為250 MW時(shí)，再循環(huán)閥的開度達(dá)26%，此時(shí)，給水通過再循環(huán)閥回流，流量損失很大。

（2）加負(fù)荷過程中，負(fù)荷到達(dá)350 MW時(shí)再循環(huán)閥才開始關(guān)。此前，再循環(huán)閥一直處于微開狀態(tài)，閥門吹損嚴(yán)重，汽泵汽耗增加。

（3）2臺(tái)汽泵再循環(huán)閥開啟時(shí)，不能做到完全同步。當(dāng)單臺(tái)汽泵再循環(huán)閥開啟時(shí)，導(dǎo)致2臺(tái)汽泵的壓頭和流量有差異，引起給水總流量的擾動(dòng)。

（4）目前，機(jī)組的負(fù)荷率普遍較低，在夜間，常調(diào)峰至負(fù)荷300 MW以下，汽泵再循環(huán)閥長期處于開啟狀態(tài)，閥門的磨損和能耗損失成倍增加。

2 再循環(huán)閥控制策略的改進(jìn)

2.1 汽泵各轉(zhuǎn)速下的最小流量設(shè)計(jì)值

經(jīng)咨詢汽泵廠家，汽泵在額定轉(zhuǎn)速下的入口、出口最小流量為220 t/h，在其它轉(zhuǎn)速下的最小流量，則可根據(jù)公式計(jì)算：實(shí)際最小流量=額定最小流量×實(shí)際轉(zhuǎn)速÷額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)此計(jì)算公式，計(jì)算出在不同轉(zhuǎn)速下的汽泵最小流量值，如表1所示。同時(shí)，廠家指出，表1中的數(shù)值，是保證汽泵在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的最小流量值。從安全角度考慮，在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)留有一定的裕度。

表1 汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量設(shè)計(jì)值

將實(shí)際汽泵再循環(huán)閥控制值與表1數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，目前汽泵最低流量保護(hù)定值及再循環(huán)閥開、關(guān)的定值，均偏大。例如汽泵在入口流量為500 t/h時(shí)開啟，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速約4 000 r/min，而實(shí)際汽泵的最小流量設(shè)計(jì)值，僅為167 t/h。兩者存在巨大差異，存在不合理性，具有優(yōu)化空間。

2.2 再循環(huán)閥的關(guān)閉試驗(yàn)

將汽泵再循環(huán)閥切換為手動(dòng)全關(guān)，緩慢降負(fù)荷至230 MW。此時(shí)，汽泵轉(zhuǎn)速為3 295 r/min，入口流量降至384 t/h。全面檢查汽泵各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，均為正常，無明顯的上升或超限現(xiàn)象。運(yùn)行證明，再循環(huán)閥在機(jī)組負(fù)荷低至230 MW時(shí)，完全沒有開啟的必要，也為控制定值的修改提供了有力的證據(jù)支持。受制于脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行即將退出，沒有進(jìn)行更低負(fù)荷的試驗(yàn)。

2.3 運(yùn)行曲線及保護(hù)定值的修改

（1）修改再循環(huán)閥控制邏輯。當(dāng)汽泵升負(fù)荷時(shí)，泵的入口流量為250 t/h，再循環(huán)閥開始關(guān)閉（對(duì)應(yīng)圖1中的b點(diǎn)）。流量為350 t/h時(shí)，再循環(huán)閥全關(guān)（對(duì)應(yīng)圖1中的c點(diǎn)），汽泵降負(fù)荷時(shí)，入口流量為270 t/h，再循環(huán)閥開始開啟（對(duì)應(yīng)圖1中的d點(diǎn)），流量為170 t/h時(shí)，再循環(huán)閥全開（對(duì)應(yīng)圖1中的e點(diǎn)）。

（2）修改汽泵最小流量保護(hù)值。最小流量保護(hù)值由固定值263.8 t/h，改為轉(zhuǎn)速的函數(shù)值，該函數(shù)值是一個(gè)變值。按照廠家提供的不同轉(zhuǎn)速下的最小流量，將該值乘以系數(shù)1.2。當(dāng)轉(zhuǎn)速＜3 000 r/min時(shí)，保護(hù)定值取固定值，為150 t/h。當(dāng)轉(zhuǎn)速＞5 500 r/min時(shí)，保護(hù)定值取固定值275 t/h。計(jì)算不同轉(zhuǎn)速下最小流量的保護(hù)值，如表2所示。

表2 汽泵不同轉(zhuǎn)速下最小流量保護(hù)值

（3）汽泵正常運(yùn)行時(shí)，再循環(huán)閥置于自動(dòng)狀態(tài)。在汽泵啟動(dòng)、停運(yùn)過程中，再循環(huán)閥置于手動(dòng)狀態(tài)，由操作員手動(dòng)操作。

2.4 鍋爐給水流量的安全性分析

修改再循環(huán)閥的控制邏輯后，在減負(fù)荷時(shí)，閥門的開啟值由500 t/h降低至270 t/h，選定該值主要基于以下兩點(diǎn)考慮：一是當(dāng)流量為270 t/h時(shí)，基本上是汽泵最大工況點(diǎn)轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的最小流量設(shè)計(jì)值的1.2倍，可保證汽泵在各轉(zhuǎn)速下具有安全的汽蝕余量；二是與鍋爐MFT保護(hù)中“給水流量低低”的動(dòng)作值相匹配，保證鍋爐給水流量的安全。再循環(huán)閥開啟定值改低后，還擔(dān)心是否會(huì)影響鍋爐低負(fù)荷時(shí)給水流量的安全。事實(shí)上，鍋爐最低給水流量為600 t/h（約30%BMCR），因此，不論機(jī)組是正常運(yùn)行，還是在啟停機(jī)過程中，只要鍋爐在運(yùn)行，運(yùn)行汽泵的再循環(huán)閥均不需打開。鍋爐MFT保護(hù)中的“給水流量低低”動(dòng)作值為537.5 t/h，汽泵入口流量低至270t/h開啟再循環(huán)閥時(shí)，事實(shí)上鍋爐也已MFT動(dòng)作了，因此，汽泵再循環(huán)閥的開啟，對(duì)鍋爐給水流量的安全不會(huì)造成影響。

若運(yùn)行中發(fā)生2臺(tái)汽泵“搶水”現(xiàn)象，按照原控制邏輯，被搶汽泵的入口流量降至500 t/h時(shí)，開始開啟再循環(huán)閥，此時(shí)，有可能因?yàn)樵傺h(huán)閥的開啟，導(dǎo)致汽泵出口壓力的進(jìn)一步降低，失去搶救拉回的機(jī)會(huì)。當(dāng)被搶汽泵的入口流量降至270 t/h時(shí)，已很難讓被搶汽泵拉回并重新供水。因此，修改為新的控制邏輯后，此時(shí)才開啟再循環(huán)閥，對(duì)汽泵的“搶水”事故處理沒有負(fù)面影響。分析表明，再循環(huán)閥控制邏輯的修改，不會(huì)給鍋爐給水的流量變化造成影響。

2.5 運(yùn)行曲線改進(jìn)后運(yùn)行效果

改進(jìn)控制方式后，機(jī)組在正常運(yùn)行中，汽泵再循環(huán)閥均保持全關(guān)，控制方式置于“自動(dòng)”狀態(tài)。由于再循環(huán)閥不需開啟，基本消除了汽泵再循環(huán)閥的節(jié)流損失及汽蝕現(xiàn)象。在汽泵節(jié)能降耗的同時(shí)，減少了再循環(huán)閥的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，避免了機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，因汽泵再循環(huán)閥開、關(guān)造成的總給水流量擾動(dòng)，增加了機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

在汽泵啟動(dòng)、停運(yùn)過程中，需將再循環(huán)閥置于“手動(dòng)”方式并打開。汽泵啟動(dòng)時(shí)，將再循環(huán)閥切換為手動(dòng)全開。在汽泵進(jìn)行并泵的過程中，逐漸關(guān)閉再循環(huán)閥，全關(guān)后投入“自動(dòng)”方式。欲停泵停運(yùn)時(shí)，先逐漸將循環(huán)閥切換為手動(dòng)全開，然后緩慢地降低汽泵轉(zhuǎn)速，直至汽泵退出運(yùn)行。汽泵的并泵和退泵操作過程得到簡化。當(dāng)機(jī)組調(diào)峰低至200 MW時(shí)，汽泵再循環(huán)閥均保持關(guān)閉，汽泵運(yùn)行穩(wěn)定，各參數(shù)值顯示正常。

3 節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為300 MW時(shí)，除氧器的運(yùn)行參數(shù)為0.46 MPa（溫度為150℃），對(duì)應(yīng)焓值為626.89 kJ/kg。汽泵的出口參數(shù)為19.3 MPa（溫度為155℃），對(duì)應(yīng)焓值為665.44 kJ/kg。優(yōu)化前，當(dāng)負(fù)荷為300 MW時(shí)，汽泵入口流量的差值至少為30 t/h，汽泵效率約為85%。2臺(tái)汽泵減少的輸入功率為：

30 t/h×2臺(tái)×（665.44-626.89）kJ/kg÷ 3 600 s÷85%=784.2 k W

每年汽泵的運(yùn)行日計(jì)為300天，目前，每天有1/3時(shí)間是在300 MW及以下負(fù)荷運(yùn)行，假設(shè)電費(fèi)為0.4元/千瓦時(shí)，則每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為：

假設(shè)汽泵再循環(huán)閥門每年的維護(hù)費(fèi)用為10萬元，則每年每臺(tái)機(jī)可節(jié)省費(fèi)用為：75.2十10=85.2萬元。

僅考慮了負(fù)荷為300 MW工況下的運(yùn)行狀況，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在300 MW以下時(shí)，汽泵的節(jié)能效果更明顯。

4 結(jié) 語

改進(jìn)了汽泵再循環(huán)閥的控制策略后，汽泵再循環(huán)閥的汽蝕現(xiàn)象基本被消除。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不需開啟再循環(huán)閥，僅在并泵或退泵時(shí)才開啟使用。汽泵的節(jié)能效果明顯，閥門內(nèi)漏得到控制，同時(shí)，基本杜絕了再循環(huán)閥的回流損失。避免了因汽泵再循環(huán)閥開啟造成的給水流量突降，保證了低負(fù)荷時(shí)鍋爐給水流量的穩(wěn)定性和安全性。

執(zhí)行新的控制策略后，汽泵的運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。實(shí)踐證明，新的控制策略是可行的。目前，燃煤機(jī)組總體的負(fù)荷率偏低，長時(shí)間在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，更易為電廠帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]賴加良，戈黎紅.超臨界機(jī)組給水泵最小流量控制方法的改進(jìn)[J].發(fā)電設(shè)備，2009，77（5）：358-360.

[2]鄒世浩，萬勝軍.超臨界最小流量調(diào)節(jié)閥的研究[J].鍋爐制造，2013，242（6）：62-64.

[3]錢紹斌.給水泵再循環(huán)閥異常處理[J].電力安全技術(shù)，2010，12（1）：49-50.

[4]閻志敏.給水泵再循環(huán)閥的設(shè)計(jì)與控制[J].發(fā)電設(shè)備，2008，76（4）：332-334.

[5]劉長良，周丹.660MW單列輔機(jī)超超臨界機(jī)組給水控制策略優(yōu)化[J].電力科學(xué)與工程，2013，29（9）：43-46.

[6]王志強(qiáng)，李忠杰，李金鋮.給水泵最小流量再循環(huán)閥控制方法的改進(jìn)[J].河北電力技術(shù)，2011，30（6）：41-44.

Using the New Control Strategy Significantly Reduces the Water Pump Recirculation Valve Cavitation

HOU Jian-xiong，LIU Zhi-dong，YANG Qun-fa
（JIN WAN Power Plant Co.，Ltd.，Zhuhai 519050，Guangdong，China）

Through the use of the new control strategy，cavitation of the steam feed water pump recirculation valveand the energy consumption of the steam feed water pump at low load are reduced.Steam feed recirculation valve is fully closed during the normal operation of the unit，and shall only be opened during the steam feed pump start and shutdown process，to minimize the recirculation valve cavitation，and greatly reduce the energy consumption.Practice shows that the new control strategy can realize the energy saving and consumption reduction，and prolong the service life of the recirculation valve.The practicality of the new control strategy is proved through the operation of the unit.

steam feed water pump；recirculation valve；cavitation；operation；control；strategy；energy saving；consumption reduction

TK223 65+2

A

1672-0210（2016）02-0040-04

2016-01-06

侯劍雄（1975-），男，高級(jí)工程師，從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。