660 MW间接空冷机组循环水泵配置方案探讨

安贵成

(阳泉煤业集团兆丰铝业公司自备电厂，山西阳泉045000)

660 MW间接空冷机组循环水泵配置方案探讨

安贵成

(阳泉煤业集团兆丰铝业公司自备电厂，山西阳泉045000)

根据660MW间接空冷机组相关技术参数及当地气象资料，对循环水泵型式、台数、调节方式进行了技术经济分析，认为采用3台卧式双吸离心泵，并采用变频器调速同时改变3台水泵转速的方案是科学、经济的方案。

循环水泵;经济循环水量;变频器调速;投资;运行耗能

0 引言

阳泉煤业集团有限责任公司西上庄2×660MW汽轮发电机组系哈尔滨汽轮机厂生产的CJK660－27/0.4/600/610高效超超临界、一次中间再热、间接空冷抽凝式汽轮机。

表凝式间接空冷系统由表面式凝汽器、循环水泵、空冷塔以及散热器等构成。其循环冷却水系统为:循环水进入表面式凝汽器的水侧通过表面换热，冷却凝汽器汽侧的汽轮机排汽，受热后的循环水由循环水泵送至空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后再返回凝汽器去冷却汽轮机排汽，构成了密闭循环。由于表凝式间接空冷机组冷端为两次换热，所以该类型机组与常规湿冷机组相比，设计背压较高，且背压受气温影响变化幅度较大。如果循环水量不进行调节，将导致冬季气温较低时，机组背压降至阻塞背压而效率降低，循环水泵耗能浪费严重。

1 循环水量参数

间接空冷机组背压的高低与循环冷却水的进水温度、流量、机组排汽量、凝汽器的传热端差等因素有关，它由与之相对应的饱和蒸汽温度ts来确定，温度ts由下式决定:

式中:ts为与凝汽器背压Pc相对应的饱和蒸汽温度;tw1为冷却水进口温度;Δt为冷却水温升;tw2为冷却水出口温度;δt为凝汽器端差;r为凝结水的汽化热;Dc为汽轮机排汽量;Dw为循环冷却水流量。根据ts即可查得蒸汽所对应的饱和压力Ps，由于凝汽器中不可凝结气体所占比例很小，凝汽器内的压力Pc和Ps近似相等，即Pc≈Ps。

上述参数中，冷却水进口温度tw1(即空冷塔散热器组出水温度)与空冷塔散热器的散热系数、进塔空气量、散热量及气温等因素相关，但气温的影响更大。由空冷塔散热器特性曲线可知:散热量为额定值时，循环水温度tw1与气温t0近似为线性关系。另外，汽轮机排汽量Dc与机组负荷有直接关系。当气温t0较低，冷却水进口温度tw1较低，凝汽负荷Dc较小的情况下，减少冷却水量Dw可使机组背压不至于低于阻塞背压，同时可以降低循环水泵消耗功率，增加上网电量，使机组在最经济工况下运行。从公式(1)、(2)可导出循环水量的计算公式:

2 间接空冷系统主要技术参数

根据某厂表面式凝汽器参数、空冷散热器参数，循环水管径及布置方案，对间接空冷系统进行水力计算(相关参数见表1)，得到TMCR工况下循环水系统阻力为23.97m。散热器为Ø25六排管铝管铝翅片型式，塔外垂直布置，102组。

表1660 MW表凝式间接空冷系统主要技术参数

3 循环水泵配置方案

3.1 循环水泵型式选择

卧式双吸离心泵与立式离心泵、斜流泵相比较，具有以下主要优点:设备价格低，效率高，无轴向推力问题，无立式电机的润滑油供油和冷却等辅助系统，安装、检修维护费用低，性能更加稳定，且泵站的深度和高度均较小，土建投资节省。因此，选用卧式双吸离心泵是较合理的。

3.2 循环水泵台数及参数选择

1台汽轮机可以配置2台或3台循环水泵，其总出力应大于机组的最大计算用水量。一般情况下，循环水泵台数越少，整个泵站的总投资就越小。2×50%容量方案，循环水泵流量为28885t/h，满足此要求的国内水泵厂家较少，且均无实际工程应用业绩;3×35%容量方案，循环水泵流量20220t/h，满足此要求的国内水泵厂家比较多。

经比较分析，最终确定采用3×35%容量方案，确定循环水泵参数为:Q=5.70m3/s(20520t/h)，H=24m，N=1650kW。

3.3 循环水泵调节方式优化

目前，间接空冷系统循环水泵主要采用改变并列水泵运行的台数，采用双速电机改变水泵转速的方案进行调节循环水流量。水泵并列运行的原则是水泵扬程相等(或比较接近)。否则，将导致扬程较小的水泵流量占总流量比例较小，并列运行的所有水泵工况均偏离其设计高效区，效率下降明显，严重情况下将导致扬程小的水泵被“闷死”，流量为零，水泵快速起温的事故。因此，采用双速电机，水泵的联合运行方式只能采取高速并列或低速并列的运行方式。机组稳定运行期间，当循环水泵需高低速切换时，水泵启停操作较多。实际运行过程中，大多在机组启动前确定循环水泵高速或低速并列方式;从安全方面考虑，机组运行期间对循环水泵不作高低速切换。所以，双速电机方案实际上存在部分时间段循环水泵的运行方式偏离理想运行方式，既不经济，又使得设备投资不能够正常发挥效益。

随着高压变频器设备可靠性提高及价格降低，高压变频技术在电厂水泵及风机控制方面得到了广泛推广应用。采用变频调速方案，水泵启停、水泵并列(解列)时，对循环水系统的冲击较小，无水锤隐患。同时可以根据气温的变化、负荷的高低实时进行调节循环水流量，调节方式更加灵活、方便。

下面就采用“变频器调速，同时改变3台水泵转速”与常规的“改变并列水泵运行台数”进行经济性分析比较。

3.3.1 投资比较

高压变频器价格约为1000元/kW，变频器调速方案较常规定速泵方案增加投资约495万元。

3.3.2 运行经济性分析

(1)定速泵方案运行耗能分析

为了防止空冷塔散热器冻裂，冬季循环水流量和循环水温度不可以降低太多。根据国内外调整试验资料，当环境温度低于0℃时，冷却塔出水温度应不低于20℃。间接空冷系统设计气温为14℃。从安全可靠性角度分析，由于间接空冷系统是闭式循环，循环水泵启停对循环水系统的冲击(水锤)比普通湿冷机组开式循环系统大得多，不允许每天夜间停止1台泵运行，第二天上午再启动该泵运行。综合考虑上述因素，定速泵方案的运行方式为:4至10月份循环水泵为3台并列运行(工况A)，其余月份为2台并列运行(工况B)。

通过相关水力计算，求得系统流量－阻力特性曲线，结合水泵的流量－扬程、流量－效率特性曲线，计算得出各工况点参数，相关计算参数如表2所示。循环水泵运行耗能与机组负荷率无关，全年能耗为3620.80万(kW·h)。

(2)调速泵方案运行耗能分析

由水泵比例定律可知:一台水泵只改变转速时，流量、扬程、轴功率分别与转速的一次方、二次方、三次方成正比，水泵的效率不变。转速改变，工况参数改变，而效率不变是调速调节方式节能效果最好的根本原因。对于多台水泵并列运行的系统，所有水泵同时调速，稳定转速工况下，单泵工况是相似工况，符合比例定律;并列运行工况参数也符合比例定律，并列运行工况的流量、扬程、轴功率分别与转速的一次方、二次方、三次方也是比例关系，水泵的效率不变。换言之，扬程、轴功率分别与流量的二次方、三次方成正比。

查阅阳泉气象站提供的典型年气温分级资料，依据前述公式(3)及表2技术参数，计算求得各种气温下机组带额定负荷的经济循环水流量，结合流量－阻力特性曲线，水泵的流量－扬程、流量－效率特性曲线，求得各工况点参数，相关计算参数如表3。循环水泵的运行转速同时可按照机组负荷进行实时调节，按日均负荷率80%，考虑滑参数运行排汽量与负荷为不完全线性关系因素，综合按排汽量平均90%进行估算，由于循环水量与排汽量为正比关系，调速泵方案全年耗能2123.72万(kW·h)。

表2 定速泵方案循环水泵运行方式及技术参数

表3 调速泵方案各种工况点循环水泵运行方式及技术参数

(3)两种方案经济性比较

一年按运行6500h(运转率74%)进行折算，上网电价按0.35元/(kW·h)估算，调速泵方案比定速泵方案可多收益(3620.80－2123.72)×0.74× 0.35=387.74万元，效益显著。变频器设备的投资在一年半内即可收回。

4 结语

综上所述，660MW间接空冷机组循环水泵宜采用三台卧式双吸离心泵，调节方式采用变频器调速，并同时改变三台水泵转速的配置方案。该方案投资比常规定速泵方案有所增加，但水泵启停平稳，调节灵活方便，可以根据气温的变化、负荷的高低实时进行调节循环水流量，可以使机组在接近额定背压的工况下运行，同时做到循环水泵耗电最省，极大地提高了机组运行的效率和综合经济性，收益远远大于投资。所以，该方案是较科学、较经济的方案。

［1］山东省电力学校.汽轮机设备及运行［M］.北京:水利电力出版社，1987.

［2］郭立君，何川.泵与风机［M］.北京:中国电力出版社，2004.

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［4］李润森.300MW空冷机组给水泵配置研究［J］.动力工程，2006，26(2):171－179.

［5］崔凯平，王宏明.600MW空冷机组电动给水泵容量配置分析［J］.热机技术，2004(3):23－26.

Study on distribution scheme of circulating water pump of 660 MW indirect aircooling units

According to the indirect air－cooled unit of 660MW related technology parameters and the local meteorological data，circulating pump type，number of units，regulation of were technical and economic analysis.The result shows using three sets of horizontal double suction centrifugal pump，and by inverter and change the three pump speed is the most scientific，the most economical solution.

water circulating pump;economic circulation water;frequency converter;investment;running energy consumption

TK264.12

B

1674－8069(2016)02－055－03

2015-11-17;

2016-01-20

安贵成(1970-)，男，高级工程师，长期从事火电厂生产技术研究工作。E－mail:angc.168@163.com