夏 晋，张新胜，李文杰，章 鹏，钱林锋

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州 310012；2.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014；3.浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 317109）

0 引言

近年来，随着社会经济水平的不断发展与节能减排压力的增加，工业园区用汽量的增多，用汽参数的提高，一些大型火力发电厂纷纷铺设供热管线向周边工业园区供热，以满足供热量供不应求的局面。相较于传统抽汽式汽轮机，抽汽背压式机组省略了冷凝器、冷却水系统和凝结水系统，以除盐水系统取代其部分功能。

除盐水泵在大型抽汽背压式热电联产机组中作为高功率辅机，存在耗电量大的问题，采用变频调速技术能大大改善电机运行工况，有效降低能耗，增加供热机组的经济效益。

1 母管制除盐水系统

1.1 系统介绍

某新建发电厂二期扩建工程建设规模为4台500 t/h级高温高压自然循环煤粉锅炉，4台50 MW抽背式汽轮机组，配置4台50 MW级发电机组，同步实施脱硫、脱硝，4台机组最大供汽量1 432 t/h（不回收），除盐水量为1 580 t/h。如图1所示，除盐水系统设计有5台卧式单级单吸离心泵，其中3台为工频泵，2台为变频泵，除盐水系统的主要设备型号见表1。

表1 除盐水系统设备参数

由图1可知，5台除盐水泵出口有1根DN350的大母管，大母管上又有2根DN350的母管，分别通往3号、4号机组和5号、6号机组，2条母管上分别装有1个流量测点和3个压力测点。大母管上还装设有再循环水管，回流至11号和12号除盐水箱，每一路上设有1个电动调节阀，且设有旁路。

图1 除盐水系统示意

1.2 除盐水母管压力控制的重要性

由图1可知，在抽汽背压式机组正常运行时，除盐水通过母管经轴封冷却器及补水加热器后，输送至除氧器补水母管进入除氧器。在此过程中，除盐水发挥着重要作用。

（1）轴封冷却的主要作用是冷却轴封蒸汽使之形成一定真空，防止大量蒸汽由轴端漏出或窜入轴承润滑油内，造成润滑油乳化带水。本工程的轴封汽源有2路，1路是主机轴封回汽，另1路是小机轴封回汽。除盐水的多少将直接影响轴封冷却器的真空度。

（2）为补水加热器提供冷却水，小机排汽通过补水加热器冷凝，而补水加热的冷却水由除盐水系统提供。本工程小机排汽量较大，通过补水加热器除盐水量的多少直接影响小机排汽压力，本机组小机排汽保护值较窄（排汽压力若大于0.3 MPa则小机跳闸）。

（3）提供除氧器补水，闭式高位水箱补水，保证机组用水的安全。

因此，保证除盐水母管压力的稳定对抽汽背压式机组的安全运行至关重要，同时对除盐水系统母管制自动控制方式的安全可靠性提出了更高的要求。

1.3 母管制恒压控制方式及弊端

本工程前期主要通过变频泵配合再循环阀进行恒压供水，为保证母管压力稳定及再循环阀的调节品质，阀门开度控制在40%～45%，此时再循环流量为140～180 t/h。控制效果如图2所示。

如图2所示，为了保证母管压力维持在1.5 MPa，泄压再循环阀需要频繁动作，同时变频泵的转速也需要运行人员时刻改变。因此，在实际运行中采用此种方式需运行人员频繁操作变频泵，劳动强度大，而且调节效率低、范围小、速度慢、性能差，阀门故障率高，耗电量也大。

针对上述弊端，提出了一种工频泵配合变频泵运行的控制策略，以除盐水变频泵控制母管压力，保证恒压供水，以除盐水工频泵响应外网负荷变化，满足外网流量需求。

图2 控制弊端示意

2 除盐水泵变频控制策略

2.1 变频控制可行性分析

除盐水工频泵恒速运行，特性如图3（a）所示。当外网负荷发生变化，除盐水流量由QB下降到QA时，除盐水泵的扬程由H2变成H1，由于H1＞H2，要满足除盐水母管压力1.5 MPa，进行恒压供水，需要再循环阀开度进行泄压，将多余的能量消耗。当外网流量变化时，除盐水泵的轴功率由面积H2BQBO变为面积H1AQAO，减少不明显。

除盐水变频泵可以变速运行，特性如图3（b）所示。为了响应除盐水流量由QB下降到QA，可以降低除盐水泵的转速，由曲线1变为曲线2运行。此时，除盐水泵的轴功率由面积H2BQBO变为面积H1AQAO，在保证除盐水泵扬程相同（H2=H1），满足母管压力1.5 MPa恒压供水的同时，大大减少了除盐水泵的轴功率。

图3 除盐水泵变频控制节能示意

2.2 变频控制恒压供水方案

通过上述对变频控制的可行性分析可知，采用除盐水变频控制，不仅能保证恒压供水，还可以大大降低除盐水泵的轴功率，起到节能的效果。因此设计了母管制除盐水系统变频控全程控制恒压供水方案。本工程5台除盐水泵的运行组合方式如下：

（1）当母管流量在0～420 t/h时，启动1台变频泵。

（2）当母管流量在420～840 t/h时，启动 2台变频泵。

（3）当母管流量在 840～1 260 t/h时，启动 2台变频泵和1台工频泵。

（4）当母管流量在1 260～1 680 t/h时，启动2台变频泵和2台工频泵。

根据上述组合方式，控制策略如图4所示。

图4 除盐水泵变频恒压供水控制策略

由图4可知，将除盐水母管压力设定为1.5 MPa，再循环阀完全关闭，靠频率变化稳定母管压力。PID（比例-积分-微分）调节控制回路根据母管压力与设定值偏差进行控制，如母管流量Q增加，则母管压力P下降，同时变频除盐水泵频率增加，保证母管压力稳定P=1.5 MPa；如母管流量Q减小，则母管压力P上升，同时变频除盐水泵频率减小，保证母管压力稳定P=1.5 MPa。考虑到2台变频泵并列运行的情况，采用平衡回路控制2台变频泵的出力，并根据除盐水泵运行数量，采用变参PID的方法提高变频的调节品质。

在控制回路中增加2个前馈：1路为除盐水母管流量变化前馈，提高变频泵响应速度；1路为母管压力偏差大快速拉升回路。

另外，为了提高除盐水系统安全运行，设定了如下措施：根据机组运行实际运行情况一般将除盐水母管压力设定在1.5 MPa；母管压力低于1.40 MPa低压力报警，压力低于1.30 MPa延时3 s，启动备用泵；母管压力高于1.65 MPa高压力报警，当除盐水系统处于变频自动控制运行方式下母管压力高于1.65 MPa，自动撤出变频自动，投入再循环阀自动并报警通知运行人员手动调节调整频率；在变频泵与工频泵同时运行的情况下，为保证变频泵与工频泵的出力，保持两者之间的流量在合适的范围，根据实际运行情况将变频频率范围限制在42～48.5 Hz；除盐水箱液位低于5 m报警。

为了保证除盐水变频泵控制母管压力的安全稳定运行，设置了自动切手动条件：除盐水母管压力信号故障；变频泵变频反馈故障；母管压力调节偏差过大，延时10 s，变频泵变频指令与反馈的偏差过大，延时10 s；除盐水母管压力大于1.65 MPa， 延时 2 s。

3 变频泵特性试验及控制效果分析

3.1 变频泵特性试验

在3台供热机组正常运行、除盐水系统运行方式为1台变频泵与2台工频泵并列运行情况下，关闭再循环阀，外网流量负荷需求由950 t/h逐步变为1 200 t/h，变频泵能有效响应外网流量变化，稳定除盐水母管压力，保证恒压供水。变频控制效果如表2所示。

表2 变频泵特性参数

3.2 控制效果分析

采用母管制变频自动调节控制方式后，控制效果如图5所示。运行人员只需设定母管压力（1.5 MPa）即可维持母管压力，无需经常动手调节除盐水变频泵来维持再循环阀开度保证调节品质，并且能完全关闭再循环阀以达到最大限度的节能效果。

图5 除盐水泵变频控制效果

正常运行时，再循环阀开度需在40%～45%，流量140～180 t/h，除盐水泵母线电压U为6 kV，变频运行功率因数 0.92，功率 P=1.732UI cosφ，若以除盐水母管制变频自动控制方式运行，每小时可平均节电100 kW左右。按每年运行350天（其中15天因春节无供热需求，机组停运），上网电价0.485元/kWh初步估算，除盐水母管制变频控制方式每年可为发电厂节约40.74万元。

4 结语

抽汽背压式热电联产机组除盐水系统母管制变频自动控制方式，实现了除盐水系统安全、稳定、高效的运行，减轻运行人员的工作压力，有良好的节能效果，能有效提高抽汽背压式供热机组的经济效益。