循環水泵前池液位下降對機組經濟性的影響

陳開峰

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司 華東分公司，安徽 合肥 230031)

循環水泵前池液位下降對機組經濟性的影響

陳開峰

(中國大唐集團科學技術研究院有限公司 華東分公司，安徽 合肥 230031)

循環水泵前池液位的變化，對機組冷端參數和經濟性有顯著影響。通過對汽輪機冷端系統特性的分析，建立了考慮前池液位變化的機組特性參數計算模型。該模型可以較為準確地計算出前池液位下降造成的經濟損失。并以某電廠為例，定量地計算了前池液位降低對機組經濟性產生的影響。所創建的計算分析方法，在同類型機組故障分析和循環水系統設計選型方面，具有一定的參考價值。

循環水泵；前池液位；計算模型；經濟性

0 引言

對于采用直流式循環水系統的發電廠，一般取水水源地距離循環水泵泵站較遠，取水系統管道也較長。在長時間運行中，取水管道很容易受水中泥沙、雜物、微生物、海藻等影響而產生堵塞。尤其是采用暗渠取水的系統，不但易堵塞且清理難度也特別大。管路堵塞，取水阻力增大，導致循環水泵吸水前池液位下降，不但會減小泵的汽蝕余量影響設備安全，同時也會增加泵耗功，減小泵流量[1]，而影響機組冷端參數和機組出力。取水系統堵塞、阻力增大是采用直流式循環水系統的電廠最常見的故障之一，分析其對機組安全和經濟性的影響，具有非常重要的現實意義。文獻[2-4]研究了潮汐對循環水系統特性和凝汽器特性的影響。文獻[5]分析了循環水泵前池水位降低對汽輪機冷端系統運行性能的影響。以上研究成果充分證明了前池液位的變化對機組冷端系統運行產生了重要影響。文獻[6-13]介紹了循環水系統優化原理和凝汽器變工況特性的計算方法。文獻[14-16]分析了背壓對機組微增功率的影響及計算方式。本文以某電廠出現的取水系統堵塞導致前池液位降低這一實際問題為導向，在前人研究的基礎上，綜合循環水系統特性、凝汽器運行特性、汽輪機背壓—微增功率特性的研究成果，建立起前池液位變化下，機組經濟性參數的計算模型，以此為基礎詳細分析前池液位的下降對機組經濟性產生的影響。

1 機組運行概況

1.1 循環水系統概況

某電廠每臺機組設置2臺循環水泵，每2臺機組的4臺循環水泵設置1個泵站，共用1個前池，見圖1。該電廠共4臺660 MW機組，循環水系統采用擴大單元制，8臺循泵出口母管互相設置聯絡門。

圖1 循環水取水系統圖

每個取水前池供4臺循環水泵取水，從過去一年的運行數據中可查取由1臺循泵運行增開至2臺循泵運行時液位變化，見圖2。2臺循泵增開至3臺循環水泵運行時的液位變化，見圖3。

從圖2和圖3中可以看出，每增啟1臺循環水泵，液位都會瞬間下降。根據近一年內的運行數據統計，得到表1的數據。

循環水泵必須汽蝕余量為8.71 m，3臺泵運行時最低的液位勉強可以滿足要求，只有0.61 m裕度。如果開啟第4臺泵，可以預見，前池液位會比3泵運行時更低，此時將無法滿足循泵必須汽蝕余量的要求。因此在機組運行時，每個泵站最多允許同時開啟3臺泵。

圖2 循泵由1泵開至2泵時前池液位變化

圖3 循泵由2泵開至3泵時前池液位變化

循泵運行臺數增啟循泵后前池液位降幅/m低潮位最低前池液位/m泵吸入口最低液位深/m104.6113.3121.882.4711.1732.510.629.32

1.2 循環水泵組合運行情況

循環水泵調度優化[11]5即是根據不同季節的循環水溫度，選擇不同的循環水泵組合運行方式，以實現機組出力增加值和循環水泵功耗增加值之間差值的最大化，此時的凝汽器真空為最佳真空。根據該廠循環水泵優化調度曲線，在夏季高溫時，循環水泵最優運行應為四機七泵和四機八泵的方式，但是由于液位的下降，導致每個泵站至多開啟3臺泵，實際運行中夏季采用的是四機六泵運行。

循環水泵優化調度曲線見圖4。

圖4 循環水泵運行方式優化調度圖

2 前池液位下降引起的經濟性損失

前池液位下降引起的機組經濟性損失分成2個方面進行計算：一是由于液位的降低，導致泵揚程增加、流量減少、泵耗功增加，進而產生的經濟性損失；二是由于液位的降低，導致夏季時循環水泵無法在最優組合方式下運行，進而產生的經濟性損失。

2.1 考慮前池液位變化時機組特性參數的計算模型

2.1.1 潮位與循環水泵性能參數之間的函數關系式

該電廠處于黃海海域，前池液位受潮汐影響呈現周期波動，潮位差大約5 m。通過試驗采集電廠循環水系統運行數據，可將循環水系統流量—潮位，功率—潮位的數據分別繪制成曲線，如圖5、圖6為該電廠四機四泵運行方式下的系統特性和潮位的關系曲線(潮位所取數據即為前池液位數據)。通過潮汐運動的特性，建立起前池液位與循環水系統參數的關系式。

圖5 單機流量—潮位曲線

圖6 單臺泵功率—潮位曲線

通過曲線可以擬合四機四泵運行時泵特性參數和潮位關系式：

流量：q=-0.006 7x3+ 0.084x2- 0.236 9x+14.248

功率：p=2.035 6x3- 25.774x2+ 75.125x+2 027.9

根據機組在四機五泵、四機六泵等不同運行方式下的潮位、循環水流量、循環水泵耗功數據，通過數據擬合的方式可分別獲得不同循環水泵運行方式下潮位—循環水流量和潮位—循環水泵耗功的關系式，本文不再贅述。

2.1.2 凝汽器變工況和機組微增功率的計算

凝汽器壓力通過凝汽器變工況模型進行計算，即在特定的機組負荷、循環水流量、循環水溫度，采用HEI標準計算凝汽器的換熱系數，確定凝汽器的真空值，這些工作可以通過計算機程序進行。

機組背壓—微增功率特性是根據機組背壓對出力的修正曲線來確定，見圖7背壓對機組出力的修正曲線。

圖7 排汽壓力對機組出力修正曲線

通過修正曲線可以擬合出背壓對出力修正率的函數關系式：

0.336pc2+1.134 8pc-0.015 4

式中：ΔNt為機組背壓pc相對于額定背壓4.9kPa時，機組出力增量，MW。

2.2 液位降低對機組背壓和凈出力的影響

根據建立的計算模型，分別計算出前池水位下降前后，循環水流量、循環水泵耗功、機組背壓、機組微增功率的數值，進而得到其變化值。文中以1泵運行液位為基準，計算2泵和3泵運行時前池平均液位下降1.88 m和4.39 m時的經濟性指標變化。 表2所示為四機四泵運行時，2個泵站的前池液位均下降1.88 m時，機組出力變化；表3所示為四機五泵運行時，2泵同時運行的前池液位下降1.88 m，3泵同時運行的前池液位下降4.39 m時，機組出力變化；表4所示為四機六泵運行時，2個泵站前池液位均下降4.39 m時，機組出力變化。

表2 四機四泵運行時前池液位下降對機組出力影響

表3 四機五泵運行時前池液位下降對機組出力影響

2.3 循環水泵偏離最優運行方式對機組背壓和凈出力的影響

循環水系統冷端優化調度曲線如圖4。實際運行中，四機七泵區域和四機八泵區域全部采用四機六泵運行。在一定的機組負荷和循環水溫度時，分別計算四機六泵、四機七泵、四機八泵運行方式下，循環水系統流量、循環水泵耗功、機組背壓、機組微增功率等參數，通過對比可得到四機六泵運行替代四機七泵和四機八泵運行方式時，機組的出力損失。計算結果見表5。

表4 四機六泵運行時前池液位下降對機組出力影響

可見，夏季減少泵的運行數量，對經濟性的影響極大。如30 ℃，660 MW負荷時，因循環水泵偏離最優運行方式導致機組功率凈減少4.07 MW。

表5 循泵運行方式改變對機組出力的影響

3 因前池液位降低產生的經濟損失核算

按照機組平均負荷為600 MW，年運行小時數為4 500 h進行年發電量損失核算，循環水泵各運行方式的運行時間估算及功率損失見表6。

因液位下降引起的年發電量損失為：

643×(0.13+0.59+0.66)+1 286×(0.27+0.45)=1 813.26MW·h

表6 各運行方式運行時間分配

因循環水泵偏離最優運行方式引起的年發電量損失為：

643×(2+2.9)=3 150.7MW·h

年總損失發電量為4 963.96 MW·h，按2015年燃煤機組平均上網電價0.384元/kW·h計算，年損失達190.62萬元。

4 結論

(1)循環水泵前池液位對循環水流量、循環水泵耗功、凝汽器真空和機組微增出力均產生顯著的影響。

(2)前池液位的下降減少了機組凈出力，同時，液位降幅過大也會降低泵運行的安全性。若夏季，因此無法增加循環水泵運行臺數，則循環水泵無法在最優組合方式下運行，如此，將會產生更大的經濟損失。

(3)前池液位的下降影響該電廠每臺機組年經濟損失達190萬元，4臺機組年經濟損失則高達760萬元。電廠必須對該類故障足夠重視。

(4)同類型故障的機組，可參照本文的案例分析，進行損失核算，并據此判斷故障的嚴重性。

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The Influence of Water Level Drop of Circulating Water Pump Forebay on Unit Economy

CHEN Kaifeng

(China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co. Ltd., East China Branch, Hefei 230031, China)

The change of the water level of the circulating pump forebay has a significant effect on the cold end parameters, and it also has great impact on the economy of unit. By analysing the characteristics of the unit cold end system, the calculation model for characteristic parameters of the unit considering the forebay water level influence is established. Hence the economic loss caused by the drop of the water level can be accurately calculated. Taking a power plant as an example, the influence of the forebay water level drop on the unit economy is calculated quantitatively. The calculation and analysis method has a certain reference value for the fault analysis of the same type unit and the design and selection of circulating water system as well.

circulation pump; the water level of the absorbing well; computational model; unit economy

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2017.04.014

2017-01-06。

TK121

A

1672-0792(2017)04-0074-05

陳開峰(1986-)，男，工程師，研究方向為火電機組故障診斷、節能技術、性能監測與試驗。