1000MW燃煤電廠循環水泵選型與節能運行研究

摘 要：循環水泵是電廠的“能耗大戶”及電廠節能的主要對象。以某濱海2×1000MW燃煤機組為例，對循環水泵常用調節流量的方法作了技術分析，對不同水泵臺數、雙速電機、變頻調速三種調流方案作了技術經濟比較，提出滿足該工程技術經濟條件的最優循環水泵配置方案。按循環水系統最優化理論，確定了各種泵型配置方案下逐月的最優運行方案，為實際運行提供可操作性的依據。

關鍵詞：循環水泵；流量調節；節能運行；變頻

引言

目前我國工業企業單位GDP能耗居高不下的情況已引起高度重視，國家在“十三五”節能減排綜合性工作方案中提出了到2020年單位GDP二氧化碳強度減少40%到45%的目標。能耗在一次能源生產總量中占有很大比重，冷卻水系統中的循泵占汽輪發電機組額定發電量的1%-1.5%，是火電廠節能的重要對象。其特性不僅關系著電能的損耗，而且會直接影響凝汽器的背壓，進而影響機組的發電量，合理選擇循環水泵的類型、配置方式和運行方式具有重要作用。在目前我國電力事業剛經歷過飛速發展、經濟還處于探底階段的背景下，我國火力發電廠目前很大程度上達不到滿負荷運行條件，因此優化循環水泵的配置對電廠的安全經濟運行和節能降耗有著重要意義。

對循環水系統常用調節流量的方法作了技術分析，對1機2泵和1機3泵、雙速電機、變頻調速等調流方式作了技術經濟比較，經比較推薦采用1機3泵的變頻調速方案；提出滿足該工程技術經濟條件的最優循環水泵配置方案；按循環水系統運行最優化的理論，確定了逐月的最優運行方案，為該電廠的實際運行提供可操作性的依據。計算結果顯示：采用循環水泵流量可調（變頻）的方案相比于流量不可調的方案（定速），增加了調節水量的方式，經濟效益明顯。

1 循環水系統優化概述

某工程裝機容量為2×1000MW，位于渤海灣內，機組冷卻水為海水，循環冷卻水取自某工業區內1#港池的海水。該海域平均高潮位380cm，平均低潮位156cm，最大潮差569cm。該海域7、8月份平均水溫為25.5℃-27.0℃，全年平均水溫12.6℃，各月水溫值見表1。

在汽輪機排汽量和循環水溫一定的情況下，隨著循環水量Dw的增加，凝汽器真空升高，汽輪機增加功率輸出，但同時循環水泵的耗功亦隨之增多，抵償增發功率的收益，使汽輪機的增發功量ΔNt與循環水泵耗電量ΔNp之差達到最大的循環水量稱最佳循環水量，相應凝汽器真空稱最佳真空[1-3]。循環水系統最優運行真空示意圖如圖1所示。

圖1 最優運行真空示意圖

對于可實現循環水量連續調節的電廠，只需將循環水量調節到優化計算得到的最佳循環水量即可；而對于目前國內大多數電廠流量不可連續調節，僅可通過改變循環水泵的組合方式來使循環水量階躍變化，傳統的連續優化模型不能采用，只能采用離散優化模型，從而可以給出離散的最佳循環水流量與機組負荷、循環水溫的函數關系和決定切換時機的臨界工況線繪制的所謂等效益點曲線[4-5]。

根據設計經驗及運行調研分析，結合廠址條件特點，循環水泵配置方式主要按1機2泵、1機3泵兩種配置方式進行比選。

根據同類工程計算結果，變頻器的投資回收期取決于機組變負荷運行的時間，機組的負荷率越低，取得的經濟效益就越高。如果全年機組滿負荷運行，循環水泵基本按照額定工況運行，則變頻器實際意義不大，投資回收期過長；而如果機組常年在低負荷運行，且變化較大，循環水泵長時間偏離額定設計工況點，則變頻意義較大，節能效果明顯。綜合上述分析，對表2中的6種循環水泵配置方案進行深入的技術經濟比較。

2 循環水系統運行節能優化計算

由于機組負荷變化的隨機性，為便于節能優化計算，現假定機組滿負荷運行，且機組的年利用小時數在每月平均分布。以1機2泵（定速泵）的方案作為計算的基準方案，根據冷端優化的循環水量結果及本工程的循環水管路阻力特性情況，采用流體計算分析軟件PIPENET1.6對上述6種循泵配置方案下各種運行組合工況進行計算。其中循環水泵不同的配置方案對應的出水流量對照表見表3，不同方案逐月循環水泵配置表見表4。

從表5可以看出，采用循環水泵流量可調的方案與流量不可調的方案相比，節能效果非常明顯，部分月份采用小水量運行方式能充分利用低水溫的冷卻效果。

變頻泵方案與雙速泵方案相比，由于水量調節線性化，節能效果更為顯著；1機3泵與1機2泵相比，節能效果更優。

以上優化計算是在機組滿負荷運行的假定條件下進行，如考慮機組負荷的變化，配置變頻泵將更具有節能優勢。為方便比較，在1機3泵（配1臺變頻泵）方案下，假定負荷為100%、90%、80%、70%四檔，且四檔負荷在三檔水溫的運行時間內隨機分布，對此進行逐月工況節能優化計算，計算結果如表6所示。

3 循環水系統方案技術經濟比較

對以上6種方案的節能年費用與初期投資費用進行比較，如表7所示。

從表7可看出，1機3泵方案比1機2泵方案經濟性更優越，當1臺機組配置3臺循環水泵，且其中1臺泵采用雙速電機調節冷卻水流量可減少年費用約58萬元/年；1機3泵方案中當1臺泵采用變頻調速泵調節流量，可使系統在最佳循環水倍率下運行，年運行費用最低，雖初投資比3臺定速泵的方案增加了100萬元，但較3臺定速泵的方案節約年費用75萬元。如考慮全年負荷情況，在假定四檔負荷在三檔水溫范圍內隨機分布的情況下，1機3泵配1臺變頻泵的方案可節省年費用約103萬元，這主要是在熱季時降負荷運行時節能效果更明顯。因此，采用每臺機組設置3臺循環水泵，并設置1臺變頻泵來調節流量的方案是最經濟的。

在滿負荷下，逐月節能優化后，每月的最優運行水量如圖2所示。在滿負荷下，不考慮負荷變化時的節能效果如圖3所示。

該火電廠實際運行時，可按不同水溫條件和不同機組負荷計算循環水泵最優運行工況圖，運行人員可由此靈活調節最經濟的循環水泵運行方式，可大幅度的降低用電，提高電廠經濟效益。

4 結束語

（1）采用循環水泵流量可調（變頻）的方案較流量不可調的方案（定速）相比，增加了水量的調節方式，節約了廠用電，可取得明顯的經濟效益，若電廠承擔調峰任務，年運行負荷變化較大時，其運行經濟性將會更加明顯。（2）對某濱海工程，每臺機組采用1臺變頻泵調節流量比采用1臺雙速泵調節流量更經濟。（3）可根據電廠實際負荷情況及不同水溫條件計算循環水泵最優運行工況，以提高電廠經濟效益。

參考文獻

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[2]盧懷鈿，鐘少偉.1036MW

機組汽輪機冷端運行優化及循泵雙速節能改造的試驗研究[J].電力建設，2011，32（7）：109-112.

[3]黃新元，趙麗.火電廠單元制循環水系統離散優化模型及其應用[J].熱能動力工程，2004，19（3）：302-305.

[4]繆國鈞，葛曉霞.電廠循環水系統的優化運行[J].汽輪機技術，2011，53（3）：230-232.

[5]婁衛星.循環水泵運行方式優化[J].華電技術，2014，36（5）：6-7.

作者簡介：梁賢金（1983-），男，碩士，工程師，主要從事火力發電廠水工工藝方面的設計及研究工作。

田娟娟（1985-），女，學士，助理工程師，主要從事建筑給排水、消防工程及節能方面的設計及研究工作。

邰巍（1986-），男，碩士，工程師，主要從事火力發電廠水工工藝方面的設計及研究工作。

李曉一，男，碩士，教授級高工，主要從事火力發電廠水工工藝方面的設計及研究工作。