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1、大型燃煤机组循环水运行方式优化作者 周开贵 苏一山 王锐 单位：大唐贵州发耳发电公司摘 要：循环水系统是火力发电厂一个相对独立的、对机组经济性有较大影响的重要辅助系统，本文探讨了循环水泵优化运行的原理和方法，通过进行现场试验，以及在电厂的实际应用，取得了较好的效果。对于其他火力发电企业具有一定的借鉴意义。关键词：火电机组 循环水泵 最佳真空 优化运行1、前 言随着电力市场的竞争日益加剧，提高机组的经济性已成为火力发电厂中降低生产成本关键所在。如何提高机组的经济性是发电企业需要探索的问题，事关企业的经济效益的盈亏，众所周知，由于机组的运行经济性，不仅与主设备(包括锅炉和汽轮机)有关，而且还与辅助
2、设备的性能和运行状况有关。循环水系统作为火力发电厂一个相对独立的，对机组经济性有较大影响的重要辅助系统，是为汽轮发电机组凝气设备等系统设备提供冷却水的重要辅机。循环水泵作为循环水系统的核心，其耗电量约占厂用电率的比例较高，它又是改变汽轮机真空的重要可调节因素，合理选择循环水泵的运行方式对于提高电厂的经济性有重要意义。但目前大多数电厂在循环水系统的运行方式中缺乏可操作性的理论依据，对循环水量的调节相当粗略，仅凭经验进行运行调节。夏季循环水温度较高，按照机组配备的循环水泵皆投入运行； 冬季循环水温度较低，可以停运一台或多台泵，但没有具体明确的理论依据，造成循环水泵开启的数量很难与机组的工况相匹配，
3、造成无益耗电量增多。本文讨论了循环水泵优化运行的原理和方法，通过进行了现场试验，以及在电厂进行了实际应用，取得了较好的效果。2、循环水系统优化原理循环水泵是从冷水源取水后送往凝汽器对汽轮机排汽进行冷却， 循环水泵经济调节的核心就是根据凝汽器最佳真空所需循环水量合理调节循环水泵的组合方式。为提高机组运行经济性，循环水泵运行方式切换应遵循以下原则: 当增加循环水量时，应使汽轮机功率增量 大于循环水泵功率增量； 当减少循环水量 时，应使机组功率减少量小于循环水泵功率减少量，即在汽轮机热耗不变的情况下，使其发电量与循环水泵的耗电量的差值达到最大值的循环水量为最佳循环水量:式中，为第 i 台汽轮发电机
4、组功率增量， i = 1，2 ，3 m，m 为机组台数；为第 j 台循环水泵的耗电增量， j = 1，2，3 n ， n 为循环水泵台数。图 1 为最佳循环水量的示意图。图 1 净增功率与循环水量的关系曲线3、循环水系统的优化模型31 凝汽器特性分析根据凝汽器传热特性,凝汽器压力所对应的饱和温度可由下式确定1:式中, 为循环水入口水温, C；为循环水温升, C, 可用下式表示: ； 为凝汽器端差, C ,可用下式表示: 。311 循环水入口水温的确定冷却水入口水温取决于当地的气候条件, 而与凝汽器和循环水泵的运行状况无关, 对于循环水系统, 冷却水入口水温除受气象条件影响外, 还受冷却塔运行性
5、能的影响。因此, 要确定冷却水入口水温的应达值, 必须把凝汽器和冷却塔作为一个整体进行考虑。312 循环水温升的确定由凝汽器热平衡理论, 蒸汽的凝结放热量等于循环水的吸热量, 用下式表示为 :式中, 为汽轮机的排汽量, ；、分别为凝汽器中的蒸汽、凝结水的比焓, ；为循环水的流量, ；、分别为进入和离开凝汽器循环水的比焓, ；为循环水的比热, 对于淡水, 。则循环水温升可以表示为:式中, 为循环倍率, 即它表明冷却单位蒸汽量所需要的循环水量。其中, 焓差 表示凝结1 kg蒸汽所放出的热量。由于排汽有 10 % 左右的湿度, 故将比1 干饱和蒸汽的凝结放热量少, 只有, 取其平均值, 则3 . 1
6、 . 3 凝汽器端差的确定由传热学基本公式推导可得:式中, 为凝汽器的冷却面积, ；为凝汽器的总体传热系数, 。凝汽器的总体传热系数采用美国 H E I公式计算, 并且利用别尔曼公式中的蒸汽负荷修正系数2 凝汽器饱和温度下所对应的压力可以由以下经验公式确定33. 2 排汽量的确定在计算汽轮机功率时, 必须准确地计算排汽量。通常电厂常把凝结水流量的指示值作为排汽量, 这样会产生很大误差。因为进入凝汽器的流量中除了排汽量之外, 还有各处的疏水和漏汽, 特别是当凝结水再循环门开启时, 凝结水泵出水量远大于排汽量。由于汽轮机末级抽汽点压力仅与排汽量有关, 所以可利用该压力来计算排汽量。根据汽轮机变工况
7、原理, 凝汽式机组末级常处于临界工况, 抽汽点压力,与排汽量成正比；即使处于亚临界工况, 抽汽点压力也与排汽量成正比, 即则有 式中, 为大气压力, ；为末级抽汽点真空, ；为设计排汽量, 。3.3 背压变化后, 汽轮机功率增量的计算凝汽器真空提高, 可以使汽轮机多发电, 可以用下式表示4其中, 为汽轮机功率的增量, ；为凝汽器真空的变化, ；为真空每变化, 汽轮机功率相对变化率, 可以从背压变化对功率的修正曲线上查出；为汽轮机额定功率,。3.4 循环水量改变以后, 循环水泵耗功增量的计算循环水泵耗功通过改变循环水泵的运行方式, 得出循环水泵流量与耗功的关系:式中 N P 为循环水泵耗功, k
8、W。3.5 最佳真空计算最佳运行真空是以机组功率、循环水温度和循环水流量为变量的目标函数, 在量值上为机组功率的增量与循环水泵耗功增量之差, 即在数学意义上, 当目标函数对循环水流量进行偏微分等于 0 时, 此时, 循环水流量对应的机组背压即为最佳值。4、设备概述及存在的问题4.1设备概述某4600MW火电厂的循环水系统为闭式循环，循环水泵出口凝汽器凝汽器排水冷却塔循环水泵前池循环水泵，每台机配置两台循泵，一个冷却水塔， 1、2号机组四台循泵，1、2号循泵向1号机组提供循环水，3、4号循泵向2号机组提供循环水，1、2号机组循环水可以通过两个串联的联络蝶阀互相提供，组成一个扩大单元，以此类推，3
9、、4号机组也是同样结构，组成一个扩大单元。补充水来自化学补给水，为防凝汽器冷却水管滋生微生物和结垢，分别在循环水泵前池加入杀菌剂、阻垢剂。循环水泵型号：88LKXA-29（1、2号机），2200KLA-29（3、4号机），型式：立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵，夏季单机二台循泵运行，冬季单机单泵运行，春秋季两机三泵运行。循环水泵启动时，先快开出口蝶阀至15（约5秒），此时水泵倒转速度约为额定转速的20，然后启动循环水泵，泵启动后继续慢开出口蝶阀至100（约25秒）。循环水泵的正常停泵为出口蝶阀先快关至15（约5秒）然后停泵，出口蝶阀再慢关至0（约25秒）；事故停泵为出口蝶阀联锁关闭。循环
10、水泵允许堵转运行（即出口阀关闭），运行时间不得超过10秒。循环水泵与电动机采用可调节的刚性连接，泵的轴向推力由电动机的推力轴承承受，循环水泵轴承润滑、冷却水，电机冷却器冷却水由工业水及循泵出口自供水供给，出口蝶阀液压油站油压正常为814。4.2存在问题由于循环水泵是定速驱动，也就是说流量是不可调的，在季节和昼夜温差以及机组负荷变化的情况下，循环水流量与机组所需要最佳真空对应的循环水流量存在偏差，比如：在冬季后夜低负荷时单台循泵都是有余量的，而在夏季后夜低负荷、春秋季节天气变化时常常出现单台循泵流量不够，两台循泵流量余量又过大，结果是白白浪费掉大量的电能和水资源，偏离了最佳真空，致使厂用电率上升
11、，供电煤耗升高，降低了机组运行的经济性，因此非常有必要优化循环水系统运行方式，降低企业生产成本提高市场竞争力。5、试验方法及结果5.1试验方法循环水泵运行台数经济性原计算公式为：循环水泵耗电量上网电价=负荷增加值标煤价格标煤煤耗，循环水泵启动后的效益应为：（启泵前的煤耗 - 启泵后的煤耗）负荷标煤价格，而启泵前的煤耗 - 启泵后的煤耗=真空变化值，所以，原公式可以更改为：循环水泵耗电量上网电价=负荷标煤价格真空变化值（x）说明：计算中，循环水泵功耗以实际电度表计为准，标煤价格参考当地煤炭市场行情，通过研究负荷与真空变化值（x）之间的关系，可以得到循环水系统损益曲线。5.2试验结果火电机组循环水
12、泵的优化运行方式，取决于循环水进水温度、机组负荷、凝汽器换热系数、循环水泵特性参数、上网电价、标煤单价等多个因素的相互作用。为了使机组能够经济运行，就要求机组运行中真空能达到设计值，甚至是使机组的真空运行中始终保持在最佳真空状态。特别指出某4600MW火电厂中只有1、2号机组对应的1、3号循泵通过对循环水泵电机级数的改造，实现每单机一台循环水泵可低速运行，方法是将循泵电机的极对数从18改接为16，成功使电流降低了82A左右，从而大大的降低了厂用电率。这样一来，循环水泵运行方式就出现了多样性，单元制可以采用单机单台高速泵运行，单机单台低速泵运行，单机两台高速泵运行，单机一高一低两台循泵运行；扩大
13、单元制可以采用双机两台低速泵运行，双机两台高速泵运行，两机三泵（两高一低、两低一高），两机四循泵等运行方式。在相同的负荷及循环水进水温度下，增加循环水泵的运行台数，会使循环水流量增加、凝汽器循环水温升降低，提高机组真空，降低供电煤耗率，节省燃料费用；同时也会使厂用电功率增加，机组供电量减少，电费收入也减少。因此，对整机效益来讲，循环水泵运行台数的增加既有好的影响又有坏的影响，如何使整机效益最大，需要通过不同运行方式测试比较得到。机组循环水系统优化运行，即是为了确定在不同负荷、循环水温条件下采用何种循环水泵运行组合方式，降低厂用电率，不但是节能降耗的重要工作，同时也为机组的经济、稳定运行提供了保
14、证，机组正常运行时循泵优化运行方案：（一）、同一扩大单元只有一台机组运行时，循环水系统采用单元制运行1、循环水系统单元制运行方式下，机组负荷500MW，循环水温升14时；可增启一台循泵。2、机组凝汽器真空-78.5kPa时，无论是否满足以上增启循泵条件，均可增启一台循泵运行。（二）、扩大单元制启动循环水泵的条件1、循环水系统扩大单元制运行方式下，当单机负荷大于480MW,循环水进水温度26.5，循环水温升13时，可启动第三台循泵；当单机负荷大于550MW,循环水进水温度31.5，循环水温升12时，可启动第四台循泵。2、机组凝汽器真空-78.5kPa时，无论是否满足以上增启循泵条件，均可增启一台
15、循泵运行。（三）、停运循泵的条件：1、循环水系统单元制运行方式下，两台循泵运行，当循环水温升9时，可停运一台循泵。2、循环水系统扩大单元制运行方式下，循环水温升9时，可停运增启的第四台循泵；温升10可停运增启的第三台循泵。（四）、循泵高、低速运行规定1、循环水系统单元制运行方式下，机组负荷350MW，循环水温升12.5C时,单机低速循泵运行，机组负荷400MW，循环水温升13.2C时,单机高速循泵运行，机组负荷480MW，循环水温升13.7C时,单机一高速一低速循泵。 2、循环水系统扩大单元制运行方式下，机组总负荷700MW，循环水温升12.5C时,两台低速循泵运行，机组总负荷800MW，循环水温升13.0C时, 一台高速循泵加一台低速循泵，机组总负荷960MW，循环水温升13.5C时, 两台高速循泵，机组总负荷1030MW，循环水温升13.9C 时, 一台高速循泵加两台低速循泵，机组总负荷1080MW，循环水温升14.3C时, 两台高速循泵加一台低速循泵，机组总负荷1120MW，循环水温升14.5C 时, 两台高速循泵加两台低速循泵。如表1所示表1 循环水泵
