火力发电厂600 MW 机组循环水系统运行优化研究

2022-05-08任吉平高慧芳

现代工业经济和信息化 2022年3期

任吉平，高慧芳

（内蒙古京隆发电有限责任公司，内蒙古乌兰察布 012199）

引言

在煤价上涨、电力需求增速放缓、新能源装机容量增加、污染物排放趋严的背景下，火电厂面临前所未有的挑战。作为火电厂的主要的辅机系统之一，循环水系统消耗的电量约占电厂总发电量的1%～1.5%，循环水系统运行优化是火电厂节能降耗的重要举措。如何保证循环水泵科学高效的运行在火电厂中显得尤为重要。目前我国大部分火发厂循环水系统的运行管理模式过于粗犷，针对循环水流量的操作仅仅只能通过运用不同的循环水泵来实现，要么使用定速泵，要么使用双速泵，无法实现循环水系统流量的线性调节。循环水系统运行管理过程中主要取决于操作人员的经验与水平，其局限性较大，相关依据并不完善，无法最大程度地发挥出循环水系统的经济性。基于此，通过对循环水系统运行优化进行研究，有利于火电厂节能降耗和提升经济效益[1]。

1 循环水系统概况

现阶段，火电厂配备两台600 MW 超临界机组，采用上海公司制造的超临界、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。其循环水系统主要利用冷却塔对火电厂机组进行冷却，而冷却塔的工作原理是将冷水引入冷却塔并不断循环对设备进行冷却，冷却塔内的水被加热产生水蒸气通过塔顶排出。每台机组的循环水系统由冷却塔、循环水压力管、回水管、两台循环水泵组成；A 为低速泵、B 为高速泵，分别对应一台低速电机和一台高速电机。因此，可以将火电厂循环水系统的运行模式分为低速单泵模式（A）、高速单泵模式（B）、高低速双泵模式（C）三种。针对三种运用模式分别求出其功率与流量，但是由于循环水系统在设计过程中没有安装流量计，所以主要通过超声波流量计进行检测[2-3]。

2 循环水系统优化方案

2.1 优化原理

在火电厂机组一定负荷和外部环境约束下，改变循环水泵运行方式会改变循环冷却水流量，进而影响机组背压。增加循环水量可以降低机组背压，增加机组出力，但循环水泵的耗电量也会随之增加；减少循环水量会增加机组背压，降低循环水泵的电耗，同时也降低机组出力。循环水系统的优化运行是寻找最优的循环水泵运行方式，使整个系统处于最佳运行状态，从而提高火电厂的经济效益。因此，针对循环水系统运行的优化研究，本质上是寻找机组的最佳真空。一般情况下，机组增加的输出功率与循环水泵增加的电耗之间的差值视为净增加功率[4-5]。当它们之间的差异达到最大值时，便达到了最佳真空，如式（1）所示。但现阶段火电厂并未采用变频控制方式，一般情况下很难通过改变循环泵的运行条件来控制循环水流量，连续控制循环水流量达到最佳循环水流量。净增功率即ΔN 如下所述。

式中：ΔN 为净增功率，kW；ΔNT为凝汽器背压变化引起的功率增量，kW；ΔNp为凝汽器背压变化循环水泵增多的消耗功率，kW。

2.2 汽轮机功率增量

降低凝汽器背压，提高汽轮机效率，可以使发电机产生更多的电力，汽轮机功率的增加与凝汽器背压和额定值的变化成正比，如下式所示:

式中：ΔNT为凝汽器背压变化引起的功率增量，kW；ΔP 为凝汽器背压变化量，MPa；N10为汽轮机额定功率，kW；K 为凝汽器背压变动时汽轮机功率变化率。

2.3 凝汽器背压变量

通过循环水温度T 的变化趋势，在保证相同条件的情况下，针对循环水系统三种不同的运行模式的水量，求得点（T，NT）中三种循环水运行模式下凝汽器背压的变化量ΔP。如下式所示：

式中：P 为三种循环水运行模式下凝汽器背压增量，MPa；P1循环水泵倒换前的凝汽器背压，MPa；P2为循环水泵倒换后的凝汽器背压，MPa。

3 循环水系统优化结果

凝汽器背压的变化往往与很多因素有关，唯一可以用来调节凝汽器背压的就是循环水流量。为此，最佳循环水流量是循环水系统科学高效运行的前提。首先，确定火电厂机组的不同运行工况，根据火电厂机组不同工况下的运行数据，用公式（2）计算汽轮机的功率增量，其次，用公式（1）计算净功率增量，最后，重新计算选定的不同循环水温度下的工况点，直到所有计算完成，最终找到不同工况下的循环水系统的最佳运行模式[6]。

如表1 所示，通过三种运行模式在不同机组运行负荷与循环水温度的条件下进行计算各运行模式的最佳状态，可以看出随着机组负荷的不断增大，A运行模式包含的循环水温越来越低；同理，B 运行模式与C 运行模式也出现了此类的情况，由此可以总结出不同模式下循环水系统一定运行规律，为循环水系统的最佳运行方式有效提供参考。