母管制给水系统优化研究

[摘 要]母管制给水系统的突出优势是在水利供应的时候能够保证统一性，实现资源的集中利用，针对热力发电厂母管制给水系统的现状进行系统优化运行的分析，其目的就是要提高热电厂母管制给水系统的作用效果。

[关键词]母管制；给水系统；除氧器；优化

中图分类号：TV675 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0156-02

1 引言

提高能源利用率和降低环境污染已经成为全球重视的课题。热电联产符合按质用能的原则，是一种高能源利用率的节能减排手段。供热机组的给水系统耗电在热电厂厂用电中占有很大的比重；母管制给水系统不仅可以减少备用给水泵的数量，而且使给水系统的运行方式更为灵活，还可以降低给水系统耗能；因此，母管制给水系统在我国供热机组中被广泛应用，但给水管网运行的优化问题一直未得到很好解决。

2 现有母管制给水系统运行的优化方法及其存在的问题

母管制给水系统优化运行的最终目的是：保证给水负荷的前提下保证机组最小的能耗。母管制给水系统作为热电厂一种常见的运行方式，如何选择较为合理的给水泵开启、转速组合方式是电厂运行管理中经常遇到的问题。母管制机组中，给泵的组合方式直接影响到系统内管道压力分布，从而影响分配到每台高加的水流量，而高加得到的给水流量直接影响汽轮机的抽汽及汽轮机的效率。因此要综合考虑给水系统对泵的功耗和汽轮机组效率的影响。

现有的母管制给水系统的优化方案有：

对于单元制运行的系统，给水管网系统较为简单，给水系统的优化主要集中在给水泵效率的分析上。国内在这方面有一定的研究，北京电力科学研究所和北京第一热电厂合作，于1987年开始研制监测调度系统，目的是通过此系统对各台运行泵的参数进行实时监测、数据处理，算出运行经济指标和经济调度优化方案，同时为合理的经济运行提供科学的定量数据，以达到节能之目的，为母管制给水泵组的节能探索了途径。系统以常规测试方法为基础，测试各给水管段流量计算总供水量，同时用温差法测定泵的效率，直观地反映泵的运行经济状况。

综合国内外的研究现状，已有研究成果主要存在以下问题：由于实际的母管制给水管网系统很复杂，以纯数学模型为基础的给水管网系统往往会忽略很多因素，尤其没有考虑到对汽轮机组效率的影响。这样会导致数学模型与实际情况相差很大，得出的最终优化结果实际上并不是最优结果；通过监测系统、调度系统对各台运行泵的参数进行实时监测、数据处理以达到优化目的的方法，由于监测的数据有限，仅从泵的效率着手，没考虑到管道的阻力特性等因素的影响，所以不能实现全局优化。

3 除氧器的作用

除氧器的主要功能是除去水中的氧气和二氧化碳等非冷凝气体，其次是将凝结水加热至除氧器运行压力下的饱和温度。除氧器由壳体、起膜器组装置、填料组装置（不锈钢填料层）等组成。给水（凝结水、除盐水）在集水室内混合，流入由隔板和旋膜管组成的喷水装置，经旋膜管呈伞状喷淋而下。加热蒸汽将给水加热到接近除氧器工作压力下的饱和温度，进行除氧（大约除去给水含氧量的90%左右）。喷淋下的凝结水和补给水，在装半圆管组成的淋水条组上汇集和进行二次分配，淋落到填料层上。给水在填料层内，沿填料层表面呈膜状向下流与向上流的加热蒸汽充分接触，给水被加热到饱和温度并进行深度除氧，达到给水含氧量要求。已除去的氧及其他气体与未凝结蒸汽由顶部的排汽装置进行汽水分离后，通过排汽管排出。除氧水汇集流入除氧水箱内。在除氧水箱内部设有再沸腾接管，用于除氧设备启动时加热。 与除氧器有关的管道按母管制方式进行连接，除氧器可按母管制方式运行。除氧器的加热蒸汽来自锅炉减温减压后加热蒸汽和闪蒸蒸汽。保证除氧器在启动时加热所需。除氧器采用定压运行方式，运行压力为0.02MPa，利用除氧器上部的压力信号PICA控制加热蒸汽调节阀PV的开度来控制其运行压力，出水温度达到其相应压力下的饱和温度。流入除氧器的水源，除主除盐水通过LICA液位信号控制LV调节阀外，还有来自丙烯透平系统凝结水，根据在线分析仪AISA控制，正常进除氧器AV-A开启，去凝结水站AV-B关闭，通过LV不断调节其开度自动维持除氧水箱处于正常水位。设备出水管上，装有取样接管，用于出水溶解氧的监测。

4 母管制给水系统优化研究

母管制除氧给水泵组运行优化，母管制除氧给水泵组运行难点为除氧器：除氧器水位、溶解氧及压力运行中需要协调调整，各台除氧器之间互相影响产生抢水、压游现象；给水泵：抢水、憋压。神华宁煤烯烃一分公司现役6台低压除氧器、6台高压除氧器、6台中继水泵及6台高压给水泵。除盐水原水经低压除氧器一次除氧器后由中继水泵输送入高压除氧器进行二次除氧，经除氧加热后最终由高压给水泵送入锅炉。除氧器和给水泵均为母管制运行，现我厂除氧器运行中存在各台除氧器抢水而水位自动无法投入，调整水位均靠人工调整。除氧器运行压力和温度均无法维持在较为稳定的范围内，波动范围较大。除氧器除氧效果不能满足国家颁布标准≤7μg/L。给水泵并列运行时因各台泵组设备性能不同而造成个别给水泵憋压而出力不足。一般采用母管制给水系统，多台机组并联运行，多台高加并联运行，多台给水泵并联运行，这样的母管制系统，存在很多可以优化及改造的点。

4.1 各台给水泵性能试验

制造厂提供的性能曲线与给水泵的实际性能曲线往往有较大差距，同型号给水泵的性能也有一定差别。因此，为了高效率地使用水泵，就有必要对泵的实际性能进行测试。性能试验后根据实际给水管路特性及给水参数要求，进行给水泵本体的优化改造。

4.2 电动泵改为汽动泵或者变频改造

首先考虑汽轮机供热给除氧器的蒸汽参数有没有可回收的焓损，有的话，可以利用小的背压机来代替或者部分代替给水泵电动机工作，实现给水泵变速节能同时回收蒸汽焓损； 接下来再考虑给水泵电动机的变频改造，实现转速可调，使母管压力可以达到最优值，降低给水单耗，降低供电煤耗，同时使给水系统实现优化自动控制成为可能。

4.3 选用低压降比的给水调节阀

调节阀的压降比是指调节阀全开时的压降与此时系统总压降之比。低压降比调节阀的值一般在0.1左右，既能大大降低调节阀的节流压差，又能满足系统调节要求。

4.4 合理调整锅炉负荷

加强锅炉负荷的协调控制，尽量采用一台锅炉调整，其余锅炉稳定负荷的办法，减少或避免给水在冷、热高压母管中长距离横向流动，减少流动损失，降低给水泵电耗。

4.5 考虑给水系统自然分配流量偏差的影响

在给水系统采用母管制的电厂中，由于各台机组的高压加热器数量不等，给水管道结构各异，造成给水系统的阻力特性各不相同，致使通过各机加热器的给水流量与设计值不符。这种按阻力特性分配的方式，称为自然分配。给水流量呈自然分配将偏离设计值，引起回热抽汽量变化，导致各机的热力循环发生变化。

所以，要在等效焓降的理论基础上，依据跨机组热质交换理论及最优化理论，综合分析给水分配对真空的影响、给水分配变化引起回热加热器加热不足的影响、给水分配对回热循环变工况的影响以及给水强度对锅炉效率的影响等因素，提出了给水分配的热经济性参数。据此参数，合理地调整优化流过各台机组的给水量，从而达到提高全厂运行经济性的目的。

4.6 给水系统优化自动控制系统的应用

从热经济指标出发，或者保持发电煤耗不变，以供电煤耗为目标函数，或者保持汽轮机耗气量不变，以机组发电量和给水系统耗电量差额为目标函数。约束条件则考虑投入运行的给水泵台数、容量对给水量的限制及给水泵系统水力特性对给水量的限制而定。由此来建立数学优化模型，采用动态规划的方法进行求最优点，实现给水系统的优化自动控制，降低单耗，节能减排。

5 结语

给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，它的作用是将除氧器水箱中的水经过给水泵 组升压、机组高压加热器升温后提供给锅炉。由于给水系统在任何工况下都要保证不间断向 锅炉供水，其运行方式的安全性、经济性对发电厂的生产与节能降耗具有重要意义。

作者简介：乌新宇，1987年生，内蒙古人，助理工程师，现供职于神华宁夏煤业集团烯烃一分公司，研究方向为火电系统运行管理