330 MW 机组循环水联络改造及经济性分析

张宪东，张菂儿，刘建航

（1.国家能源菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274000；2.东北电力大学，吉林 吉林 132000）

0 引言

火力发电厂用电量约占机组发电量的4%～6%，如循环水泵、真空泵、凝结水泵等重要辅机是厂用电的消耗大户，特别是循环水泵［1］。通常情况下，循环水泵为高压电机，单机容量大、运行时间长、耗电量多，其耗电量高达厂用电量的10%，所以其运行效率的高低、状态的好坏直接影响到全厂的经济性和安全性。针对某发电厂2 台330 MW 机组存在循环水泵耗电量高的情况进行分析。正常情况下，循环水泵必须夏季4 台运行、冬季2 台运行，无法根据循环水需求量经济合理进行调节，造成在满足凝汽器冷却需求的基础上，循环水存在浪费的现象。对循环水泵系统运行的经济性研究，对于节约厂用电、提高热电厂运行经济性具有重要的意义。

1 基本概况

两台330 MW 汽轮机组分别于2006 年5 月、9月投产运行，为凝汽抽汽式供热机组，2 台机组配置4 台循环水泵。循环水系统设计为单元制运行，即每台汽轮发电机组配1 座双曲线自然通风冷却塔，1 台机组配2 台高、低速变极调节循环水泵，1 条DN2420 压力供水管和1 条DN2420 压力回水管，三期5 号、6 号机组循环水泵房合并布置，循环水泵房与冷却塔以流道连接，如图1 所示。

由于5 号、6 号机组5A、5B 和6A、6B 各自为单元制循环水系统，在循环水运行经济性上存在缺陷：

1）在夏季环境温度较高的情况下，单元制循环水系统，2 台机组必须全开4 台循环水泵，供水存在浪费，同时在满足机组经济真空情况下，耗电量过大，厂用电率高。

2）在冬季环境温度较低的情况下，机组真空度维持在较高水平，单元制循环水系统的运行模式下，必须每台运行机组各开1 台循环水泵，同样存在供水和能耗浪费。

3）在冬季环境温度特别低的情况下，单元制循环水系统运行设计的循环水富余量过大，机组运行时，凝结水过冷度过大，造成整个热力系统热效率降 低［2］。

图1 5 号、6 号机组循环水系统

2 改造方案

为在环境温度低、真空度满足经济运行条件时，实现1 台循环水泵向2 台机组供水。在环境温度较高、4 台循环水泵供水存在浪费时，采用3 台循环水泵供2 台机组［3］。在1 台机组运行1 台机组备用时，循环水通过联络输送2 台冷水塔进行冷却，提高冷却效果、降低循环水温从而达到节能降耗的目的。

故对三期5 号、6 号机循环水管道进行联络改造，即在三期循环水泵房西侧，2 台机组循环水泵出口母管DN2420×12 上部分别开孔，分别由两道DN1800 电动蝶阀相连，管道上安装2 只DN1800电动蝶阀，如图2 所示。同时，将2 台机循环水泵泵前池隔离墙打通1 个水泥沟，沟宽深为3 000 mm×2 000 mm，安装启闭机。

3 结果分析

3.1 机组联络后运行方式

采用循环水联络后运行方式，可实现2 台机组循泵的灵活搭配：1 台循环水泵向2 台机组供水，如图3 所示；3 台循环水泵供2 台机组，如图4 所示，利用联络打到2 台冷水塔进行冷却。另外，搭配循环水泵高速、低速的合理安排，可以很大程度上实现机组的节能降耗和稳定运行［4］。

图2 5 号、6 号机组循环水联络

图3 1 台循泵为2 台机组供水

图4 3 台循泵为2 台机组供水

3.2 经济性分析

3.2.1 真空对煤耗的影响试验

为提高机组经济效益，针对真空对煤耗的影响进行了300 MW 负荷情况下的试验，试验结果如表1所示，真空对发电煤耗影响变化见图5。

表1 真空变化对煤耗影响试验数据

图5 真空对发电煤耗影响变化

从图5 可知，300 MW 工况时，当大气压力为102 kPa、真空在97 kPa 以下时，真空每变化1 kPa，影响发电煤耗约2.6g／kWh，当真空大于97.5 kPa后，再提高机组真空对发电煤耗几乎没有影响。

3.2.2 循环水联络后不同工况下真空变化试验

为了得出在循环水联络后，不同工况对真空的影响，在300 MW 负荷下，对3 台循环水泵与4 台循环水泵不同工况进行了试验，结果如表2 所示。

表2 不同工况对真空的影响

由此可见，5 号、6 号机组负荷在300 MW 4 台循环水泵比3 台循环水泵真空提高了1.1 kPa。

根据以上两个试验得出：真空压力每上升1 kPa，厂供电标煤耗下降2.6 g／kWh；在300 MW 负荷时，4 台循环水泵比3 台循环水泵真空提高1.1 kPa。

根据运行数据，循环水泵运行时厂用电率9.7%，上网电价为0.421 9 元／kWh，煤价约为620 元／t（以标准煤计），计算如下（机组汽温、汽压、负荷不变）：

300 MW 运行时（厂用电率9.7%），机组因增启一台循环水泵真空提高1.1 kPa，而每小时节约的标准煤耗为300 000×（1－9.7%）×2.6÷1 000 000×1.1＝0.774 774（t），则每小时节约的成本为620×0.774 774＝480.4（元）。

增启1 台循环水泵运行，每小时耗电成本为1.732×6×230×0.70×0.421 9＝705.8（元）。

机组进行了改造后，在能满足机组的经济运行的同时，按2 台机组每年约有4 个月的时间减少1台循环水泵的运行，则年节约资金：（705.8-480.4）×4×30×24＝649 152（元）

综上所述，机组负荷300 MW 时，3 台循环水泵运行，每小时1 台循环水泵停运节电成本705.8 元，比因4 台循环水泵运行而真空提高，影响煤耗下降节约的成本480.4 元，要多225.4 元。

因此，在不影响机组安全稳定运行的情况下，4台循环水泵运行不如3 台循环水泵循环水联络运行经济性好。

3.3 机组联络后安全性分析

循环水系统是火电厂重要的辅助系统，一旦发生循环水中断事故，主机会因真空过低易发生跳闸事故，如果不能及时恢复，主机油系统会因失去冷却水加大汽轮机惰走的风险，凝汽器还可能由于温度过高发生设备损坏。

2009 年11 月，某电厂通过2 台机组循环水联络，避免了一次循环水中断造成停机的事故［5］。事故前2 台机组分别带150 MW 基本负荷，3 号机1 台低速循泵、4 号机组2 台低速循泵运行。3 号机组循泵电气故障跳闸，备用泵未联启，强制启动备用泵不成功。运行人员迅速手动开大循环水供水联络门，使4号机组循环水通过联络门为3 号机组提供循环冷却水，5 min 后备用泵成功启动，循环水恢复正常运行，从而为3 号机组备用循环水泵的开启争取了时间，避免了一次非计划停机事故，使得2 台机组负荷没有受到影响。

联络运行有效减小了循环水中断所带来的不利影响。当1 台机组的2 台循泵发生全停事故，可以由另1 台机组的2 台循泵维持2 台机组的基本负荷［6］。而当其中1 台机组发生循环水大量泄漏时，也可以关闭供水母管联络门，防止事故扩大，或微开联络门，保证事故机组的安全停运和维护。

4 结语

通过机组循环水系统改造，达到了节能降耗的目的，并在一定程度上增强了机组的安全性能。采用2 台机组3 台循环水泵运行方式，减少了各台循环水泵25%的运行时间，有利于检修维护，延长了循泵的使用寿命，降低了维护费用。因此，循环水联络运行对机组安全稳定运行具有一定的优越性，对同类火力发电机组的优化运行具有一定的借鉴意义。