电厂循环泵选型配置的经济性分析

董军飞

摘要：在火力发电厂的各个生产环节中，循环泵的用电量占整个电厂用电量的比例很大，因此是衡量电厂经济性的重要指标之一。文章通过剖析国内某发电厂循环泵技术改进的全过程，探讨如何根据不同地区的气候特点合理选择循环泵。通过分析所在地区不同季节水温变化的情况，对循环泵的工况进行调整，选择最有效的循环水泵配置台数，以求获得较大的经济效益。

关键词：循环泵；选型配置；冷却倍率；经济性分析

中图分类号：TK264.1  文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）04-0066-03

0 引言

循环泵是发电厂循环水系统中的关键设备，它就像人的心脏一样不断工作以带动整个循环水系统正常运行。循环泵的主要作用是向汽轮机凝汽器提供冷却水，同时还给各个厂用辅助设备提供轴承冷却水或其他冷却水。整个循环水系统流程如下：循环泵将温度较高的水送至凉水塔降温，再将这些凉水送至需要冷却的设备，形成一个完整的水循环。国内发电厂的循环水系统大都采用此方式运行，并且循环泵一般采用低扬程泵［1］。循环水系统的经济性分析通用性较强，本文采用国内某发电厂的循环水系统相关运行数据，通过介绍该发电厂循环水系统的改进过程及方案选择，对其安全性和经济性进行分析、优化，可为类似系统的运营提供一定参考。

1 设备配置概况

1.1 循环泵主要技术参数和工况介绍

国内某发电厂共3台汽轮发电机组，总装机容量为27 MW。其中，1号、2号汽轮发电机组为N12－35－1型凝汽式机组，功率为12 MW。3号机汽轮发电机组为罗马尼亚AP3－1型凝汽式机组，功率为3 MW。机组冷却方式采用一次循环供水模式，循环泵房裝有3台长沙水泵厂生产的24SA-10A循环泵。该循环泵的主要技术参数见表1。

1.2 循环泵配置方式分析

各个季节和不同生产负荷下的循环水泵配置情况见表2。

经过多年对机组运行指标的分析，发现表2所采取的循环泵数量配置存在2个问题。

（1）该发电厂坐落在国内中部偏西南地区，该地区夏季和秋季炎热，5～10月份的循环水温度为17～28 ℃，当2台循环泵供水时，按设计流量每台2 700 t/h计算，冷却水量仅能满足1号和2号机组同时正常运行，当并入3号机运行后，冷却水量明显不足，凝结器真空处于较低状态，汽耗随之增大。因此，若要维持3台机组正常运行，需要同时投运3台循环泵，而这种配置方式又会使循环水总流量存在较大富裕量，导致发电厂用电率升高，并且因缺少备用循环泵而导致机组运行可靠性降低。

（2）在1月、2月、3月、4月、11月、12月份，循环水温度在15 ℃以下，这时候3台机组配置2台循环泵的运行方式就可以提供所需的冷却水用量，而当只运行1号和2号机组时，2台循环水泵的配置又有较大的富裕量，若调整管道节流调节阀来改变循环水泵流量，又会造成因节流而损耗功率。针对以上情况，该发电厂做了一项负荷试验，在试验中只启用1台循环泵和2台12 MW的机组，在确保相同气候条件和维持凝结器真空不变的前提下，保证单台循环泵处于额定负荷运转状态，可满足2台12 MW机组的带负荷达到10 MW左右，这项试验为之后增设的小功率循环泵的选型提供了参考依据。

由此可见，该发电厂配置3台循环泵的运行模式不能满足实际需求，且存在较大安全隐患。对此，该发电厂经过多次论证后，提出进行技术改造，增加1台循环泵即4号循环泵。

2 循环泵改造方案及选型配置

发电厂为了弥补不同季节、不同负荷条件下机组现行循环泵配置方式的不足，通过场地勘测、投资估算等方面的论证，最终决定采用增设小功率循环泵的办法，在保证机组运行安全性和经济性的前提下，通过对循环水泵启动数量进行实时搭配控制达到冷却水量满足机组负荷的要求，从而实现节能降耗的目的。

2.1 凝结器冷却倍率的选择

根据当地水文监测站提供的历年各月份平均水温（见表3）统计可知：每年1月、2月、3月、4月、11月、12月份的最高水温在15℃以下，而5—10月份水温在17～28 ℃之间，结合该发电厂冷凝器冷却倍率历年经验数据和机组历年运行情况，该发电厂机组冷却倍率的选择如下：夏季和秋季的冷却倍率取值为56，春季和冬季的冷却倍率取值为43。

2.2 电厂四季用水情况调查

由于近年来该厂对化学水处理用水、锅炉冲灰水及部分辅机冷却用水等系统进行了改造，取水点由原来从凝结器进水母管上抽取改为由凝结器出口供给，从而减少了部分用水量。春季和冬季循环水温度较低，各个用水的辅机冷却水量可适当减少，春季和冬季的机组用水量见表4。夏季和秋季循环水温度较高，造成各个辅机冷却水用水量增大，夏季和秋季的机组用水量见表5。

2.3 不同运行方式下机组的用水量

由表4和表5可以确定该发电厂3台机组在各种运行方式下的总循环水用水量如下。

（1）3台机组同时运行：春冬季用水量约为4 782 t/h；夏秋季用水量约为6 266 t/h。

（2）2台（12 MW）机组运行：春冬季用水量约为4 036 t/h；夏秋季用水量约为5 288 t/h。

（3）单台（12 MV）机组运行：春冬季用水量约为2 018 t/h；夏秋季用水量约为2 644 t/h。

2.4 新增循环泵的流量确定

机组在不同运行方式下的用水量表明：现行的循环水泵配置方式（见表2）中的6种运行方式只有2种无法达到机组运行需求，即春季和冬季的2机运行、夏季和秋季的3机运行，这两种方式的配置极不合理。

（1）春季和冬季的2泵3机配置中，2机运行所需水量为4 036 t/h，而2台循环泵（24SA－10A型）所提供的流量为2×2 700 t/h，富裕水量＝2×2 700-4 064=1 364 t/h，若只运行1台循环水泵，又会造成冷却水量不够，缺水量＝4 036-2 700＝1 336 t/h。

（2）夏季和秋季的2泵3机配置中，3机所需水量为6 266 t/h，而2台循环泵（24SA－10A型）所提供的流量为2×2 700 t/h，远远小于所需的冷却水量6 266 t/h，缺水量＝6 266-2×2 700＝866 t/h；若采用3机3泵配置，虽可满足用水量的需要，但又存在耗电率偏高（占发电量的4%左右）和机组运行安全性降低（缺少备用泵）的问题。

综上分析，新增的4号循环水泵流量选取应保证能结合不同的外部条件，灵活有效地对循环水量进行调整，以适应各种运行方式下用水量的需求。因此，水泵的流量取春季和冬季1泵2机运行时的缺水量1 336 t/h作为选泵依据。

2.5 新增循环泵的选型

新增循环泵的选型，必须考虑该发电厂现有设备的实际情况。该发电厂锅炉引风机和1号排粉机无备用电动机，为了能在紧急情况下实现电动机相互备用及相互调换，提高运行安全性，取引风机和1号排粉机的匹配功率220 kW作为新设循环水泵的电机功率。

为了能同时满足原系统并联水泵扬程相同特性和缺水量的要求，新增循环泵的杨程H=39 m左右；对应的新循环泵流量Q＝1.07×Qmax＝1.07×1 336 t/h≈1 429 t/h（其中，为考虑管道特性的流量的损失，取损失系数为1.07［2］）。

根据现有循环泵的现场实测，仅在1号和2号循环泵之间有3.0 m×2.4 m的安装场地，因此新的循环泵外形尺寸必须符合此场地条件。

综上，新增设的4号循环泵最后确定型号为长沙水泵厂生产的350S44型水平中开式清水泵，其额定流量为1 260 m3/h，扬程为44 m，轴功率为177.6 kW，满足使用需求。

3 经济性分析

该发电厂实施4号循环泵技改项目后，一共有4台循环泵，1号、2号、3号循环泵的流量为2 700 m3/h（以下简称大循环泵），4号循环泵的流量为1 260 m3/h，需要重新改进机组在各运行方式下循环泵的配置方式（见表6）。

以上6种运行方式中只有春季和冬季的2机运行、夏季和秋季的3机运行这2种方式的配置在技改前后变化较大。由于3号机组全年的利用时间较短，因此对夏季和秋季的3机运行方式不做经济性分析［3］，只对春季和冬季2机运行（2×12 MW）时采用的不同循环泵配置方式进行技改前后的经济性比较，对比情况见表7。

根据表7数据可知，当机组负荷及其他运行参数不变的情况下，2台大循环泵供水配置方式的功耗为638 kW，1台大循环泵和4號循环泵供水配置方式的功耗为497 kW。由此可知：每小时节省的电量＝638-497＝141 kW·h。若按燃煤发电机组标杆上网电价0.351 5元/kW·h的电价进行计算，每年可获得经济收益＝每月节约电量×年运行月数×电价＝141 kW·h×24 h×30 d×6月×0.351 5元/kW·h≈21.41万元。

排除凝结器处于极限真空的特殊运行状态，保守估计每年节能产生的经济收益在20万元左右。

4 结论

循环泵技改之后的试运统计数据结果显示，发电厂用电率下降了0.6%，节能效果相当显著。此结果为本研究的经济性比较提供了事实支撑，因此可以得出如下结论：在不同季节不同运行方式下进行循环泵配置的选择时，必须遵循机组运行安全和经济性原则；在同一时期同一运行方式下，当循环泵配置不变时，应针对负荷、冷却水温、河床水位等多变因素及时调整冷却水量，以确保经济效益最大化。

5 参考文献

［1］郑体宽.热力发电厂（第2版）［M］.北京：中国电力出版社，2001：18-32.

［2］徐文通，魏贞伟，李凤祥.关于离心泵装置若干问题的探讨［J］.中国油脂，2006，31（11）：79-81.

［3］王国清.汽轮机设备运行［M］.北京：中国电力出版社，2004：4-14.