发电厂循环水泵的优化调度及应用

发电厂循环水泵的优化调度及应用

作者：范玉清

来源：《中国科技博览》2013年第10期

[摘要]本文通过改变循环水泵组合运行方式对循环水流量进行调节，在满足机组负荷变化运行对背压需要的前提下，根据A发电公司所处地理位置，和夏季温度较高，冬天温度较低的变化情况，研究凝汽器真空度变化、和汽轮机凝结水温升变化等计算方法，得到循环水泵的节能运行方式，实现机组节能优化目标。

[关键词]循环水泵；优化调度；节能减排

中图分类号：TM621.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0025-01

“节能、减排”是中国经济社会可持续发展的必然选择，也是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》的重点发展领域。循环水泵是火电厂中耗电量较大的辅机之一，它消耗的电能约占厂总发电量的1%-1.5%。循环水泵的运行方式对凝汽器真空和厂用电率等指标影响较大，因此，研究在一定环境及汽轮机负荷条件下的循环水泵的最优运行方式，确定循环水泵的合理运行台数，保证凝汽器在最佳真空下工作，是提高电厂运行经济性的重要措施。

1 A发电公司循环水泵介绍

A发电公司共有4台机组，1单元1、2号机组为660MW、2单元3、4号机组为

600MW，四台机组共设置8台循环水泵，采用海水开式冷却方式。每单元两台机组循环水系统设置联络门，能相互备用。循环水泵电机均采用湘潭电机厂YKSL3400—16/2150—1TH电机，额定功率3400KW，额定电流416.7A，低速运行方式时电流289A，其中2B、4B循环水泵电机改为高低速切换的双速电机。为提高机组运行的经济性，电厂对机组的循环水系统和真空系统进行综合优化运行，根据不同循环水温度和机组不同负荷，设备不进行任何改造的情况下，提出循环水泵运行的合理方式，降低运行煤耗。

2 制定循环泵粗调方案

为了确定最佳循环水泵运行台数，进行下列3个试验及计算：

（1）通过机组在不同负荷下的一系列变背压试验，求得机组微增出力与背压的数学表达式。提高机组背压的方法是通过改变循环水量，并放入适量空气进入凝汽器，如在真空系统中选择一个合适的疏水门，缓慢打开该阀门放空气至凝汽器。

（2）通过在不同季节时各工况的循环水泵试验，确定各工况循环水流量大小和循环水泵耗功。

（3）通过在不同季节时各工况的凝汽器性能试验，确定凝汽器的实际性能，并作为基准性能。根据基准性能和以上试验的数据，建立凝汽器真空数学模型。改变循环水温和循环水流量，根据变工况计算对凝汽器真空数学模型进行修正，得到循环水温度改变后对应的凝汽器真空。

减少循环泵运行数量，会引起凝汽器真空降低，机组的功率会减少。但由于节约了循环水泵的总耗功，当循环水泵减少的耗功大于机组功率减少值时，这一负荷下就存在一个最佳真空。根据计算分析的需要，对实际运行的机组进行了下列试验：

（1）600MW负荷下变背压试验。

（2）500MW负荷下变背压试验。

（3）400MW负荷下变背压试验。

（4）300MW负荷下变背压试验。

（5）冬季600MW、500MW、400MW和300MW下循环水系统和真空系统的特性试验。

（6）春季600MW、500MW、400MW和300MW下循环水系统和真空系统的特性试验。

（7）夏季600MW、500MW和400MW下循环水系统和真空系统的特性试验。

（8）冬季循环水泵运行方式试验。

（9）春季循环水泵运行方式试验。

（10）夏季循环水泵运行方式试验。

通过以上一系列试验，得到的机组主要运行特性如图1。

3 循环水泵优化运行方式

600MW机组两机三泵运行与两机四泵运行相比，循环水温为23～30℃时，当经济收益为正时说明两机三泵运行合理；当其经济收益为负时说明两机四泵运行较合理（见图1）。

600MW机组两机三泵运行与两机两泵运行相比，循环水温为11～19℃时，当其经济收益为负时说明两机两泵运行合理；当其经济收益为正时说明两机三泵运行合理。

考虑到煤的发热量不足、煤价上涨及试验的准确性等因素，600MW负荷时循环水温在16℃以下宜两机两泵运行；16～28℃宜两机三泵运行；28℃以上宜两机四泵运行。

500MW负荷时，循环水温在17℃以下宜两机两泵运行；17～29℃宜两机三泵运行；29℃以上宜两机四泵运行。

400MW负荷时，循环水温在19.5℃以下宜两机两泵运行；19.5～31.5℃宜两机三泵运行；

31.5℃以上宜两机四泵运行。

300MW负荷全年运行总时间很短，可以参照400MW负荷情况处理。

由于目前电厂绝大部分时间负荷都是在400MW以上，如果都按照600MW负荷时的循环水泵经济运行方式（两机两泵运行100天，两机三泵运行80天，两机四泵运行120天）估计，与全年两机四泵运行相比，净增加发电收入270～380万元；与全年两机四泵和两机三泵运行相比，净增加发电收入180～250万元。

4 循环水泵优化运行结果

从实际试验数据来看，循环水泵运行方式优化在循环冷却水温度处于中低温时的经济效益潜力最大。循环水温度在两机四泵切换点温度（指4台循环水泵同时运行的经济温度）以下，可以称之为中低温。两机四泵的切换点的温度越高，挖掘经济效益的潜力越大；两机四泵的切换点的温度越低，挖掘经济效益的潜力相对减少。

影响循环水泵运行方式的因素有煤的发热量、煤价、机组热耗、气候变化等。目前计算分析是按照标煤发热量进行的，煤发热量降低，两机四泵的切换点温度随之降低。煤价升高，两机四泵切换点温度降低；煤价降低，两机四泵切换点温度升高。机组热耗增加，两机四泵切换点温度降低；机组热耗降低，两机四泵切换点温度升高。年平均气温升高，两机四泵切换点温度就降低。除了热耗以外，其他都属于市场因素和自然条件，不受电厂运行控制。但电厂可以去做的是：（1）降低并维持现有的热耗水平；（2）在选煤的时候，选择煤发热量与煤价之比较高的，这样两机四泵运行的切换点温度会相对较高。

5 讨论

冬季由于循环水温低，汽轮机背压也低。循环水温度为15e时，两机三泵运行时机组的背压约为4.5kPa，已经低于设计背压值（4.9kPa）。随着循环水温的继续变低，背压还会降低。但背压降低到极限真空后，发电机输出功率不但不会增加，汽轮机热耗还会增大，这是因为蒸汽在末级动叶膨胀能力用完，凝结水温度的降低，反而使低压回热抽汽量增大，导致热耗增加。考虑到末级蒸汽湿度随着背压降低而增大，建议负荷在450MW以上时，极限背压应为4.4kPa左右；负荷450MW以下时，极限背压应为3.9kPa左右。除了一机一泵运行工况外，当出现上述极限背压时，如果水温还要降低，就可减少循环水泵的运行台数。

在增减循环水泵运行台数时，还需要注意：当2台机组负荷基本相同时，应优先启停热耗较低的机组所属的循环水泵；当2台机组负荷相差较多时，应优先启动负荷大的机组所属的循环水泵，或者优先停掉负荷小的机组所属的循环水泵。