670 MW机组循环水系统运行方式优化

2012-10-19王滨郑涛刘尊平

综合智慧能源 2012年4期

关键词：煤耗背压真空度

王滨，郑涛，刘尊平

(华电潍坊发电有限公司，山东潍坊 261204)

0 引言

循环水泵是火电厂中耗电量较大的辅助设备之一。因调峰需要，机组经常处于变负荷运行状态且受昼夜温差和季节的影响，循环水泵必须非常灵活和有效地适应机组在不同负荷时的要求，所以，研究循环水泵运行调节方式，对满足主机需要和电厂节能是非常必要的。

某发电公司技术人员为提高机组运行的经济性，对机组的循环水系统和真空系统进行了分析、研究，将循环水系统由单元制运行改为扩大单元制运行，提出了循环水泵在不同工况下的最佳运行组合方式，取得了显著的节能效果。

1 系统概况

某发电公司#3，#4 670 MW机组各配置1座9000 m2自然通风冷却塔，总冷却水量为69 213 m3/h。凝汽器为N－40000－1型双背压、双壳体、单流程、横向布置的表面式凝汽器。冷却面积为20000×2 m2，凝汽器设计压力(绝对压力)为4.308/5.562 kPa。

每台机组各配2台循环水泵，其中3B，4A为双速泵(半速运行)，3A，4B为全速泵。

循环水泵电动机型号为YKSL3600－16/2150－1，全速泵额定功率为3 600 kW，额定电流为441.6 A，转速为372 r/min。半速泵额定功率为2800 kW，额定电流为360 A，转速为330 r/min。

系统在#3，#4冷却水塔水池之间设联络门，在#3，#4机组循环水泵出口供水母管间设联络门。目前#3，#4循环水系统为单元制方式运行，2个联络门均在关闭位置。#3，#4循环水系统如图1所示。

2 单元制运行存在的主要问题

循环水系统在单元制运行方式下，由于受系统限制，在不同季节(尤其是春、秋2季)，当循环水温升较大时，不得不每台机2泵(1高1低)同时运行，这样，机组真空度可能会大于最佳真空度，经济性不好且会造成凝结水过冷，进一步增加机组煤耗。

2010年10月28日，#4机组负荷为580MW，真空度为97.8 kPa，4A循环水泵(半速泵)运行，电流为298 A。循环水温升已达17℃，说明冷却水量不足(按照经验，循环水温升控制为12～14℃比较合理)。在单元制运行方式下，不得不启动4B循环水泵。启动4B循环水泵后，4A电流为307 A，4B电流为412 A，电流共增加421 A，真空度升至98.3 kPa。

(1)循环水泵每小时增加的电耗(循环水泵功率因数为0.83)为

相当于厂用电率升高:3 631.27÷580 000×100%=0.63%，折算成供电煤耗，煤耗提高0.63×3.2=2.016 g/(kW·h)(该机组厂用电率每变化1%，约影响供电煤耗3.200 g/(kW·h))。

(2)真空度升高，煤耗降低(真空度变化1 kPa，约影响煤耗3.700g/(kW·h))。

综合考虑真空度和厂用电率对煤耗的影响，供电煤耗大约增加2.016 －1.850=0.166g/(kW·h)。

这种单元制运行的情况，在冬季2机2泵、夏季2机4泵运行时受影响较小，但在春、秋2季则影响较大。

在这种情况下，循环水温升较大，凝汽器未运行在最佳背压下，若不增开循环水泵，温差过高，冷却水量不足，经济性差且带负荷能力不足;而增开循环水泵后，真空度的提高不足以抵消厂用电的消耗，单位供电煤耗增加，凝结水过冷，经济性也不好。

图1 #3，#4循环水系统

所以，应利用现有系统条件，探索一种有效的运行方式，能使凝汽器运行在最佳背压且单位煤耗降低。

3 循环水系统扩大单元制的试验过程及运行效果

3.1 试验方法和步骤

(1)对循环水泵出口A，B联络门、循环水进水沟联络门分别进行“远方”、“就地”开关试验并记录开关时间。

(2)由仪控模仿部分工况下的循环水泵出口母管压力低信号，检验循环水泵在“备1”、“备2”状态下的联启情况。

(3)切换循环水泵运行方式时，将备用泵投“备1”，停止1台运行泵，检查备用泵联启，检验“备1”的另一联启条件。

(4)对2台机组循环水泵运行台数相差较大的工况，延长试验时间，检验2个凉水塔水位差是否变化较大。

(5)记录各种工况下，循环水泵启、停对机组循环水压力、真空度等参数的影响。

3.2 试验概况

(1)2010－11－29，在汽机队、仪控队的配合下，对循环水泵出口A，B联络门、循环水进水沟联络门分别进行“远方”、“就地”开关试验。通过试验，上述各门就地、远方开关试验正常，动作灵活，开关时间均为70 s。

(2)2010－11－30 T 09:00，开始进行循环水泵各种方式下的联锁和水位平衡试验，详细步骤和时间记录如下:

1)10:15，将循环水泵房控制方式切为“双机”运行方式。“远方”开启循环水进水沟联络门和#3，#4机组循环水泵出口母管B联络电动门，就地缓慢开启#3，#4机组循环水泵出口母管A联络电动门，检查#3，#4机组循环水压力没有明显变化，投入3B循环水泵“备1”方式，投入4A循环水泵“备2”方式。由仪控模拟“4A，4B循环水泵出口母管压力低”信号，3B循环水泵联启正常，5 s后，4A循环水泵联启正常。此工况为2台高速、2台低速循环水泵都运行的工况，对循环水水量平衡要求不高，因此仅试验了45 min。该试验主要验证了循环水泵在“备1”和“备2”状态下的联启逻辑，2台循环水泵顺序联启，间隔5 s，能够错开启动电流峰值。

2)11:00，切除3B循环水泵“备1”方式，切除4A循环水泵“备2”方式。停止4B循环水泵，机组真空度平均降低0.35kPa。运行3.5h后，#3，#4冷却塔水位差基本无变化。该试验主要验证了在3A，3B，4A 循环水泵运行时(3B，4A 为低速泵)，2个冷却塔水位能通过循环水泵进水沟联络门达到平衡。

3)15:45，试验结束。

此次试验结果为:在3A，4A循环水泵运行时，循环水系统有关参数的变化以及冷却塔水位差均满足正常投运条件，但经济性和每种方式运行条件需通过热力试验确定。

(3)2011－12－01 T 09:22，投入4B循环水泵“备1”方式，由仪控模拟“3A，3B循环水泵出口母管压力低”信号，4B循环水泵联启正常，机组真空度平均升高1 kPa，运行4.0 h，冷却塔水位差增大2 cm。说明在3A，4A，4B循环水泵运行方式下，满足扩大单元制运行要求。

(4)2011－12－01 T 13:20，投入3B循环水泵“备1”方式，停止4A循环水泵，3B循环水泵联启正常，机组真空度基本无变化，运行2.5 h后，冷却塔水位差增大3 cm。说明在3A，3B，4B循环水泵运行方式下，满足扩大单元制运行要求。

(5)2011－12－02，现有方式为循环水泵3A，4B运行，09:36，投入3B循环水泵“备2”方式，由仪控模拟“3A，3B循环水泵母管压力低”信号，5 s后3B循环水泵联启正常;投入4A循环水泵“备1”方式，停止3A循环水泵，检查4A循环水泵联启正常，机组真空度平均升高0.6 kPa，运行5.0 h后，冷却塔水位差增大2 cm。此次试验结果为:在3B，4A，4B循环水泵运行这种现有2台机组流量差最大的运行方式下，冷却塔水位能够实现平衡，满足循环水泵扩大单元制运行的要求。

(6)2011－12－02 T 15:40，切除3B循环水泵“备2”方式，停止4A循环水泵，机组真空度平均降低0.6 kPa，一直维持运行，冷却塔水位差基本无变化。说明3B，4B循环水泵运行方式下，满足循环水泵扩大单元制的要求。

(7)2011－12－03 T 09:35，切除3A循环水泵“备1”方式，投入4A循环水泵“备1”方式，由仪控模拟“3A，3B循环水泵母管压力低”信号，4A循环水泵联启正常，切除4A循环水泵“备2”方式，停止4B循环水泵运行，机组真空度平均降低0.2 kPa。由于当时循环水温度较低，真空度降低较少，维持2台低速泵运行5.0 h。说明在循环水温度较低的情况下，维持3B，4A 2台低速循环水泵运行，满足机组需求。

(8)2011－12－03 T 14:40，投入3A循环水泵“备1”方式，由仪控模拟“3A，3B循环水泵母管压力低”信号，3A循环水泵联启正常，机组真空度平均升高0.6 kPa。全部试验结束，维持3A，3B，4A 循环水泵运行在扩大单元制方式下运行。

此次试验验证的循环水泵逻辑见表1。

表1 试验验证的循环水泵逻辑

3.3 试验结论

(1)每台机组至少1台循环水泵运行时，各种运行组合方式均能满足循环水泵扩大单元制运行的要求，冷却塔水位差稳定。

(2)试验的循环水泵扩大单元制联锁逻辑可靠，满足要求。

4 循环水泵最佳运行方式的确定

针对循环水系统缺乏准确试验数据，无法制定最有效调整计划的情况，该公司配合西安热工研究院在2010年12月对#4机组进行了循环水泵运行优化试验。通过积累的试验数据，提出了机组不同负荷和不同循环冷却水温度下循环水泵的最佳运行方式和机组最佳运行背压。

4.1 确定循环水泵最佳运行方式的方法

确定循环水泵最佳运行方式的方法为:在不同的凝汽器冷却水进口温度和一定的机组负荷及对应多种可能的循环水泵运行方式下，汽轮机的出力(发电机功率)减去该运行方式下循环水泵的耗电功率，得到汽轮机的净出力;对不同循环水泵运行方式下的汽轮机净出力进行比较，取净出力最大值对应的循环水泵运行方式，即循环水泵的最佳运行方式，此时对应的机组背压就是最佳运行背压。

4.2 最佳运行背压的确定

根据#4机组循环水泵在扩大单元制运行方式时凝汽器冷却水流量、循环水泵功耗、汽轮机出力和排汽压力的关系，考虑机组的极限背压(取3.0 kPa)，结合凝汽器变工况特性，计算出机组在不同负荷和不同冷却水进口温度下的最佳运行背压。

凝汽器变工况性能是指机组在不同负荷和不同的凝汽器冷却水进口温度条件下，对应不同循环水泵运行方式(不同凝汽器冷却水流量)时的凝汽器压力。

通过试验数据计算得出的#4机组在循环水泵扩大单元制运行的最佳运行背压见表2。

4.3 循环水泵最佳运行方式的确定

依据试验得出循环水泵扩大单元制的最佳背压曲线，结合机组的实际运行情况，对循环水系统进行了运行方式优化，得出循环水泵最佳运行方式如图2所示。

表2 #4机组最佳运行背压(循环水泵扩大单元制运行)

图2 循环水泵最佳运行方式

当#3，#4机组采用扩大单元制运行时，依照图2可方便地确定循环水泵的最佳运行方式，需注意的是，2台机组负荷应尽量均衡。

5 效益分析

循环水系统单元制运行，具有代表性的运行方式为冬季2机2泵低速运行，春、秋2季短时2机2泵高速运行，其余时间和夏季均2机4泵高、低速运行。

实现扩大单元制运行后，春、秋2季可实现:“2机3泵”运行(1高2低)，比单元制少用1台高速泵;“2机2泵”运行(1高1低)，比单元制少用1台半高速泵。

(1)高速泵运行时平均电流约为370 A，低速泵运行平均电流约为308 A，按1高2低和1高1低各运行50 d计算，节省厂用电约

(2)通过查曲线可知，机组真空度每降低1kPa，供电煤耗约增加3.700 g/(kW·h)。实现扩大单元制运行后，按照图2确定循环水泵的运行方式，可使机组运行在最佳真空度。每台机组真空度与相同负荷下春、秋、夏季2机4泵单元制运行的真空度相比略有降低，按平均降幅0.25 kPa计算，2台机组真空度共降低0.50 kPa，约影响煤耗1.850 g/(kW·h)。按年负荷率70%计算，2台机组每天发电量约为2251.2万kW·h，若2机4泵单元制共运行80 d，标准煤价格按1000元/t计算，年增加费用