运用新控制策略减少给水泵再循环阀的汽蚀现象

侯剑雄，刘志东，杨群发

（广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海519050）

运用新控制策略减少给水泵再循环阀的汽蚀现象

侯剑雄，刘志东，杨群发

（广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海519050）

运用新控制策略后，减少了汽动给水泵再循环阀的汽蚀现象，并降低了汽动给水泵在低负荷时的能耗。在机组正常运行时，将汽动给水再循环阀保持在全关状态，仅在汽动给水泵启动、停运过程中，才进行开启，最大限度地减少了再循环阀的汽蚀现象，降低了能耗。实践证明，运用新控制策略能实现节能降耗，延长再循环阀的使用寿命。通过运行，验证了新控制策略的实用性。

汽动给水泵；循环阀；汽蚀；运行；控制；策略；节能；降耗

0 概 述

广东珠海金湾发电有限公司（简称金湾电厂）的3号、4号机组为600 MW超临界燃煤机组，各配备2台50%额定容量的汽动给水泵（简称汽泵）。汽泵型式为卧式、离心、多级筒型泵，采用机械迷宫式密封，额定转速为5 280 r/min、流量为889 t/h，最大转速为5 550 r/min，最低调节转速2 800 r/min。再循环阀为气动调节阀，在自动状态下参与汽泵入口最小流量的调整。

汽泵再循环阀在工况较差的条件下运行，阀门前后的压差极大，极易被冲刷，使用寿命较短，几乎每年均需检修或更换阀门，特别是阀门被冲刷后的内漏问题，一直不能彻底解决。当机组负荷低至320 MW时，再循环阀处于微开状态，增加了汽泵的汽耗率，降低了机组的经济性。此时，阀门被吹损的情况也非常严重。对阀门进行检修后，不久又会发生内漏，增加了维护成本。在夏季，机组处于高负荷运行，给水流量增大，汽泵转速已至5 500 r/min，长时间的高速运转，将给机组安全性带来隐患。为降低汽泵能耗，提高节能效果，对汽泵再循环阀的控制方式进行探索与分析后，制定了全新的控制方式。经优化后的汽泵再循环阀控制曲线，可显著降低汽泵在低负荷时的能耗，大幅减缓再循环阀被吹损的速度，减少了维护费用，提高了经济效益。

1 再循环阀的原控制策略

在金湾电厂，为减小汽泵因再循环阀开度的变化引起总给水流量波动的影响，在再循环阀的调节范围内设置了死区。采用流量函数控制对应的阀位。再循环阀的控制方法，如图1所示。当泵的入口流量增大时，再循环阀关小的行程，按照a→b→c运行；当泵的入口流量减少时，再循环阀开大的行程，按照d→e→a运行。两条函数线形成的回环区，为流量波动死区。当给水泵流量在死区范围内波动时，再循环阀的开度保持不变，避免阀位的扰动影响总给水流量。e、b、d、c点的数值，根据汽泵厂家提供的运行特性曲线及实际运行工况确定。

图1 汽泵再循环阀的控制曲线

在实际运行中，当机组负荷为310 MW时，总给水流量约为890 t/h，分配至每台汽泵流量约450 t/h。由于机组经常在300 MW及以下负荷作调峰运行，负荷常发生波动，再循环阀常处于微开状态，阀门的内漏和振动比较严重，导致阀门在刚开启时的给水流量发生突降，而超临界锅炉对给水流量的变化较敏感。为保证负荷在300 MW以下给水流量的稳定性，将再循环阀设置为负荷300 MW以上时开启。在图1中，d（F1）、c（F2）、e、b点的数值，分别为500 t/h、650 t/h、300 t/h、450 t/h，并设置再循环阀的最小开度为5%，汽泵最低流量的保护值为263.8 t/h。

从整个系统进行分析，汽泵再循环阀在运行中还存在几个主要问题。

（1）在减负荷过程中，机组负荷到达300 MW时，即开始开启再循环阀。负荷为250 MW时，再循环阀的开度达26%，此时，给水通过再循环阀回流，流量损失很大。

（2）加负荷过程中，负荷到达350 MW时再循环阀才开始关。此前，再循环阀一直处于微开状态，阀门吹损严重，汽泵汽耗增加。

（3）2台汽泵再循环阀开启时，不能做到完全同步。当单台汽泵再循环阀开启时，导致2台汽泵的压头和流量有差异，引起给水总流量的扰动。

（4）目前，机组的负荷率普遍较低，在夜间，常调峰至负荷300 MW以下，汽泵再循环阀长期处于开启状态，阀门的磨损和能耗损失成倍增加。

2 再循环阀控制策略的改进

2.1 汽泵各转速下的最小流量设计值

经咨询汽泵厂家，汽泵在额定转速下的入口、出口最小流量为220 t/h，在其它转速下的最小流量，则可根据公式计算：实际最小流量=额定最小流量×实际转速÷额定转速。根据此计算公式，计算出在不同转速下的汽泵最小流量值，如表1所示。同时，厂家指出，表1中的数值，是保证汽泵在相应转速下运行的最小流量值。从安全角度考虑，在实际运行中，应留有一定的裕度。

表1 汽泵不同转速下最小流量设计值

将实际汽泵再循环阀控制值与表1数据进行对比，可以看出，目前汽泵最低流量保护定值及再循环阀开、关的定值，均偏大。例如汽泵在入口流量为500 t/h时开启，对应的转速约4 000 r/min，而实际汽泵的最小流量设计值，仅为167 t/h。两者存在巨大差异，存在不合理性，具有优化空间。

2.2 再循环阀的关闭试验

将汽泵再循环阀切换为手动全关，缓慢降负荷至230 MW。此时，汽泵转速为3 295 r/min，入口流量降至384 t/h。全面检查汽泵各项运行指标，均为正常，无明显的上升或超限现象。运行证明，再循环阀在机组负荷低至230 MW时，完全没有开启的必要，也为控制定值的修改提供了有力的证据支持。受制于脱硝系统的运行即将退出，没有进行更低负荷的试验。

2.3 运行曲线及保护定值的修改

（1）修改再循环阀控制逻辑。当汽泵升负荷时，泵的入口流量为250 t/h，再循环阀开始关闭（对应图1中的b点）。流量为350 t/h时，再循环阀全关（对应图1中的c点），汽泵降负荷时，入口流量为270 t/h，再循环阀开始开启（对应图1中的d点），流量为170 t/h时，再循环阀全开（对应图1中的e点）。

（2）修改汽泵最小流量保护值。最小流量保护值由固定值263.8 t/h，改为转速的函数值，该函数值是一个变值。按照厂家提供的不同转速下的最小流量，将该值乘以系数1.2。当转速＜3 000 r/min时，保护定值取固定值，为150 t/h。当转速＞5 500 r/min时，保护定值取固定值275 t/h。计算不同转速下最小流量的保护值，如表2所示。

表2 汽泵不同转速下最小流量保护值

（3）汽泵正常运行时，再循环阀置于自动状态。在汽泵启动、停运过程中，再循环阀置于手动状态，由操作员手动操作。

2.4 锅炉给水流量的安全性分析

修改再循环阀的控制逻辑后，在减负荷时，阀门的开启值由500 t/h降低至270 t/h，选定该值主要基于以下两点考虑：一是当流量为270 t/h时，基本上是汽泵最大工况点转速下对应的最小流量设计值的1.2倍，可保证汽泵在各转速下具有安全的汽蚀余量；二是与锅炉MFT保护中“给水流量低低”的动作值相匹配，保证锅炉给水流量的安全。再循环阀开启定值改低后，还担心是否会影响锅炉低负荷时给水流量的安全。事实上，锅炉最低给水流量为600 t/h（约30%BMCR），因此，不论机组是正常运行，还是在启停机过程中，只要锅炉在运行，运行汽泵的再循环阀均不需打开。锅炉MFT保护中的“给水流量低低”动作值为537.5 t/h，汽泵入口流量低至270t/h开启再循环阀时，事实上锅炉也已MFT动作了，因此，汽泵再循环阀的开启，对锅炉给水流量的安全不会造成影响。

若运行中发生2台汽泵“抢水”现象，按照原控制逻辑，被抢汽泵的入口流量降至500 t/h时，开始开启再循环阀，此时，有可能因为再循环阀的开启，导致汽泵出口压力的进一步降低，失去抢救拉回的机会。当被抢汽泵的入口流量降至270 t/h时，已很难让被抢汽泵拉回并重新供水。因此，修改为新的控制逻辑后，此时才开启再循环阀，对汽泵的“抢水”事故处理没有负面影响。分析表明，再循环阀控制逻辑的修改，不会给锅炉给水的流量变化造成影响。

2.5 运行曲线改进后运行效果

改进控制方式后，机组在正常运行中，汽泵再循环阀均保持全关，控制方式置于“自动”状态。由于再循环阀不需开启，基本消除了汽泵再循环阀的节流损失及汽蚀现象。在汽泵节能降耗的同时，减少了再循环阀的维护费用。同时，避免了机组在低负荷时，因汽泵再循环阀开、关造成的总给水流量扰动，增加了机组低负荷运行时的稳定性。

在汽泵启动、停运过程中，需将再循环阀置于“手动”方式并打开。汽泵启动时，将再循环阀切换为手动全开。在汽泵进行并泵的过程中，逐渐关闭再循环阀，全关后投入“自动”方式。欲停泵停运时，先逐渐将循环阀切换为手动全开，然后缓慢地降低汽泵转速，直至汽泵退出运行。汽泵的并泵和退泵操作过程得到简化。当机组调峰低至200 MW时，汽泵再循环阀均保持关闭，汽泵运行稳定，各参数值显示正常。

3 节能效果及经济效益

当机组负荷为300 MW时，除氧器的运行参数为0.46 MPa（温度为150℃），对应焓值为626.89 kJ/kg。汽泵的出口参数为19.3 MPa（温度为155℃），对应焓值为665.44 kJ/kg。优化前，当负荷为300 MW时，汽泵入口流量的差值至少为30 t/h，汽泵效率约为85%。2台汽泵减少的输入功率为：

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

每年汽泵的运行日计为300天，目前，每天有1/3时间是在300 MW及以下负荷运行，假设电费为0.4元/千瓦时，则每年可节省运行费用为：

假设汽泵再循环阀门每年的维护费用为10万元，则每年每台机可节省费用为：75.2十10=85.2万元。

仅考虑了负荷为300 MW工况下的运行状况，当机组运行在300 MW以下时，汽泵的节能效果更明显。

4 结 语

改进了汽泵再循环阀的控制策略后，汽泵再循环阀的汽蚀现象基本被消除。机组低负荷运行时，不需开启再循环阀，仅在并泵或退泵时才开启使用。汽泵的节能效果明显，阀门内漏得到控制，同时，基本杜绝了再循环阀的回流损失。避免了因汽泵再循环阀开启造成的给水流量突降，保证了低负荷时锅炉给水流量的稳定性和安全性。

执行新的控制策略后，汽泵的运行参数稳定。实践证明，新的控制策略是可行的。目前，燃煤机组总体的负荷率偏低，长时间在低负荷状态下运行，更易为电厂带来明显的经济效益。

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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

侯剑雄（1975-），男，高级工程师，从事火电厂生产技术与管理工作。