火力發電廠循環水系統變頻節能優化分析

王剛

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，為了能夠滿足社會電力能源的供應，火力發電廠的建設規模不斷增加，而這也使得其正常運轉時耗費大量的能源，而循環水系統則是其中一個重要的耗能設備。循環水系統工作時會消耗大量的電力能源，因此必須要將其進行合理的優化設計，使其能夠在工作時發揮自身的作用，在閑置時，降低自身能耗的消耗，從而幫助火力發電廠提高經濟效益，并且降低環境污染問題。因此，文章通過對循環水系統的運行方式進行分析，然后找出其需要進行優化的位置，并進行相應的解決，希望為火力發電廠的運行降低成本。

關鍵詞：火力發電廠；循環水系統；變頻節能；優化

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0162-03

Abstract： With the continuous development of social economy， in order to meet the supply of social electric energy， the scale of thermal power plant construction is increasing， which makes it consume a lot of energy when it is running normally. The circulating water system is one of the important energy consumption equipment. The circulating water system will consume a lot of electric energy when it is working， so it must be optimized reasonably， so that it can play its own role in the work， and reduce the consumption of its own energy consumption when it is idle. Thus， it can help thermal power plants to improve economic efficiency and reduce environmental pollution. Therefore， this paper analyzes the operation mode of circulating water system， and then finds out the location that needs to be optimized， and carries on the corresponding solution， hoping to reduce the cost for the operation of thermal power plant.

Keywords： thermal power plant； circulating water system； frequency conversion and energy saving； optimization

隨著我國對于環境保護政策標準的不斷提升，對于經濟增長與環境污染之間的矛盾需要進行有效改善，隨著能源資源的不斷緊缺，如何進行節能減排是目前企業生產的一個重要問題和發展方向。因為火力發電廠屬于能源消耗的重點企業，并且火力發電廠也是污染排放最為嚴重的企業之一。因此如何對火力發電廠進行節能環保控制，具有非常重要的經濟效益和社會效益。而作為火力發電廠中能源消耗較大的水循環泵組，如何在不同的工作條件下選擇一個合理的配置，對整個火力發電廠發展來說非常重要。因此，下面通過對循環的方式進行研究，來降低各種能源的消耗問題。

1 循環水系統運行方式概述

1.1 母管制循環水系統運行方式

目前，火力發電廠中應用最早的一種水循環系統就是母管制循環水系統，這種方式目前只有一小部分的傳統火力發電廠才會使用，因為其只有在鍋爐與汽輪機臺數不相等的情況下使用。隨著科學技術的不斷進步，基本上已將將這種只建立一個管道的循環系統進行改進。雖然這種母管制的循環水系統使用過程中非常穩定可靠，并且能夠將負荷最合理的進行應用，可是這種方式需要使用大量的元件，從而造成了成本投入的增加，并且控制的難度也在增大，不符合社會發展的需要。

1.2 單元制循環水系統運行方式

而隨著科學技術的進步，單元制循環水系統成為應用最為廣泛的水循環系統之一。通過將汽輪機與鍋爐組成一個整體，然后將鍋爐產生的蒸汽直接傳遞給汽輪機，這種循環系統與其他子系統沒有任何的聯系。這種循環系統結構較為簡單，不僅有利于進行后期的維修，還能夠大大降低元件使用的數量。但是這樣兩個任意子系統間沒有聯系，導致其不能較為靈活的轉換，其中一個系統出現問題時，將會影響整個循環系統的工作。因此，這種循環方式主要被應用在再熱機組中。

1.3 擴大單元制循環水系統運行方式

而另一種常見的水循環系統則是擴大單元制循環水系統，其主要是介于單元制與母管制之間的一種方法。在單元制的基礎上，通過利用一個相應的管道，將各子系統連接到一起。并且在對子系統間管道進行設計時，需要將管道的直徑設計的小于鍋爐與汽輪機之間的管道。這種方式因為大量的管道連接，導致其結構較為復雜，因此在實際的使用過程中需要主要很多的問題。

2 循環水系統的經濟運行方式

對于火電廠來說，循環水泵越多，就越經濟。這主要是因為當循環水量足夠帶走汽化潛熱時，這是最好的經濟循環，使汽輪機具有最佳的真空度。為了控制汽輪機的真空，必須對冷卻水進行調解，冷卻水的溫度通常取決于自然條件，所以當蒸汽負荷達到一定的條件時，凝汽器的真空度只有通過增加冷卻水的流量才能增加。所以，我們為了能夠提高循環水系統的經濟性，這時就需要汽輪機的真空度進行提高，此時的汽輪機功率ΔΝ1應大于為增加循環水量所多消耗的功率ΔΝ2。可是汽輪機工作的最佳經濟運行方式則為ΔΝ=ΔΝ1-ΔΝ2的最大值處。

當ΔΝ在冷卻水量比較小的時候，其隨冷卻水量的增大而增加，因此當達到經濟運行方式時其值應該為最大值。如果我們進一步增加冷卻水的流量，所以應該降低δυ直到最后的結果是零。因此，為了有效地確定汽輪機的最佳真空度，必須在此基礎上控制冷卻水的流量，使汽輪機的排氣壓力保持在最佳真空狀態。這樣，循環機組就可以長期保持經濟運行的工作方式。

目前，火力發電廠循環水系統的冷卻系統大多采用閉式冷卻塔結構。循環水的增加會增加循環水的循環倍率，循環水的損失也會增加。因此，循環水系統的循環水損失，必須增加補水量，增加火電廠水資源消耗，增加水資源成本，增加相關加工成本。此外，這一循環也會增加循環水的濃度，造成一系列問題，如增加化學污水處理成本等。

此外，由于冷卻塔的冷卻面積，冷卻方式也不變。循環水的增加導致了冷卻塔水密度的增加，使水的反向輻射變厚，水和空氣的換熱能力減弱。當發生這種情況時，冷卻塔的水溫將高于1臺循環水泵運行時的水溫。因此，在循環水泵的調度中，需要通過綜合分析，選擇科學的循環水泵數量。例如，在下面的組合中，實際循環泵工作。夏季遇熱季節，為了達到相應的冷卻水處理措施，可采用循環泵和雙泵加輔助循環泵運行。夏季負荷運行時，可采用循環泵、雙泵加開式循環冷卻水泵運行。循環泵和輔助泵的運行可用于夏季低負荷運行。另外，對于冬季滿載，可采用循環泵和開式循環冷卻泵。由于冬季比較冷，可以采用單循環泵，可以停止開式循環冷卻泵。此時，設計輔助循環水泵時，需要設置獨立的開式系統，不與循環水系統相連接，以保證啟動水系統的冷卻水流動的穩定性。此外，由于循環泵通常不使用調速裝置，循環水量只能按階梯變化。對于一些有條件的火力發電廠，循環水泵可以改造成變頻水泵或液力偶合器泵，使運行更加靈活，但改造成本相對較高。

3 目前循環水泵運行中存在的問題

3.1 運行效率低

在火力發電廠的實際工作過程中，循環水泵的實際工程狀態是由水泵本身的性能曲線，以及整個循環系統的實際阻力曲線決定。因此在進行設計時，為了整個循環系統的安全考慮，或是減少在阻力計算時的理想值與實際的誤差，這時設置者通常都會往往選擇一個比會實際所需要的揚程高的情況，而在這種情況下運行時，循環水系統必然導致水泵的運行效率低下，而水泵的實際運行功率增加，甚至會超過正常的配套電機的額定功率。

3.2 汽蝕

當循環水系統中出現汽蝕現象，那么將會使一些液體以氣泡的形式進入泵內的高壓區，當這些氣泡進入到循環泵的高壓區內后，導致其局部產生高頻率、高沖擊力的水擊不斷打擊泵內部件，特別是循環水泵的葉輪，從而使這些葉輪的表面產生蜂窩狀或海綿狀的損壞情況。并且，在凝結熱的促進下，使得活性氣體對一些金屬發生電化學腐蝕效果，最終造成金屬表面出現脫落的現象。因此，若水泵在循環水系統中的運行狀態偏離了高效率區，那么將會有可能造成循環水泵的汽蝕現象。而當循環水系統的實際所需揚程低于水泵的設計揚程，那么水泵在大流量、低揚程、低效率的運行情況下就會產生汽蝕現象。而對于汽蝕現象造成的循環水泵振動大的特點，會使水泵受到嚴重影響最終影響裝置的壽命及系統的正常使用，當然還有可能是系統安裝時出現的問題造成的水泵震動和噪音。

3.3 閥門開度小

正如上面提到的，在實際運行過程中，循環水系統中大部分實際揚程的揚程低于水泵，造成泵運行時流量大、效率低、能耗高的長期性，實際運行功率和水泵可能超過水泵電機功率等。因此，安裝和調試過程中需要安裝人員，手動泵出口閥關小，這樣實際操作會使泵揚程增加，實際水流量減少，有效地降低循環泵的運行功率，從而達到超流，最好不要燒壞電機。然而，這種操作可以降低泵的實際工作功率。但是，由于部分泵的能量消耗需要克服未全開的閥門，導致泵的部分能量損失，造成了相關能源消耗的嚴重浪費。

4 循環水系統變頻節能的優化

4.1 汽輪機最有利真空度的確定

在火電廠循環水系統運行過程中，凝汽器是判斷真空度的重要指標，采用該標準可有效地控制水流量。從理論上講，它可以有效地提高使用效率，達到節能減排的目的。但就目前的設計和實際應用效果而言，循環水系統中凝汽器的使用不夠合理。在循環水系統中，采用增加水量的方式，提高了真空度，但實際能耗仍然很高，導致凝汽器真空水的增加。因此，在確定真空度時，必須根據循環水系統的凈揚程和汽輪機的工作條件制定一個公式。

4.2 循環水泵流量-功能特性的確定

對循環水系統的性能和管理進行了分析。在繪制相應的數據曲線時，這兩條曲線的交點是整個循環水系統的活動點。分析了系統的循環水流量和有效能量，得到了相應的系統功耗。然而，在實際應用的影響下，制造商需要提供流量和功耗曲線來完成這項工作。只有利用曲線才能準確地設計流量和功耗公式，以獲得準確的功耗。

4.3 單泵運行工況點的確定

在整個循環水系統的供需平衡點是需要確保在整個循環水系統的供給和需求的平衡點，使曲線可根據設計要求繪制相應的比例，以及兩者之間的交叉點是整個工作曲線的平衡點。

4.4 雙泵并聯運行工況點的確定

循環水泵并聯運行主要是指在整個循環系統中對水循環的水流量要求很高，在單泵循環中不能達到這種情況，因此可以采用多泵循環來改善水流量。通過使用此循環，還可以有效地提高整個系統的穩定性，因為當循環水泵出現問題時，其他泵不會受到影響，仍能繼續正常工作。針對上述問題，我們發現該方法對整個循環水系統具有重要意義，可廣泛應用于火電廠實際循環水系統中。通過對上述并聯運行的介紹，可以得出總流量是多臺泵并聯運行后所有泵流量之和，但有效能量基本相同。但與單泵運行相比，并聯運行時的流量更高，使管理具有較高的阻力。為了有效地減小這種阻力對流量的嚴重影響，整個系統可以發揮最大的容量，并且必須具有更高的有效能量。因此，在實際控制過程中，整個循環水系統的有效能量會更高。

5 循環水系統備用期間的節能措施

目前，根據某公司對單軸機組的軸封供汽壓力和溫度的嚴格要求，為了保證汽輪機缸體不產生過大的熱應力，所以在冷態啟動時，進行軸封操作應該提前4h進行。而在備用期間必須確保軸封在機組啟動前1-2h正常運行。如果停機時間較短時，那么我們則可以考慮軸封不撤。因為這樣較為頻繁地進行軸封的拆卸極易造成潤滑油系統帶水，而嚴重的影響機組運行。

首先，當1h關閉時，進行軸封，但真空不會被移除。此時可更換輔助循環水泵，關閉循環泵和開式循環泵，并可手動開啟開式循環水電動總閥和循環水旁通閥。在單元啟動之前，可以恢復原來的操作模式。其次，在冷、熱開啟準備階段，軸封執行時不能打開循環水泵，只開輔助循環水泵。啟動前恢復正常工作模式。最后，在冬季采用這種節能方法時，氣缸在低壓缸內膨脹是必要的。因此，軸封和真空施工后，周圍環境對水溫的影響很小，真空度很高，但低壓缸的膨脹是不開放的。所以在冬季啟動前投軸封的階段，需要先采用此節能措施，并且根據實際的機組情況需要，進行合理的控制真空值，從而確保機組缸體膨脹正常。通過對將該方案進行優化的效果進行檢驗可以清楚的發現，這一種節能控制方式與以往的循環水系統控制方式相比，每年能夠減少大量的水資源使用，及成本投入。因此，該方案在實際當中具有較高的應用價值。

6 結束語

綜上所述，隨著我國社會經濟的不斷發展，對于社會中環境保護的要求也在不斷提高。火力發電廠因為其能源消耗十分嚴重，并對自然環境帶來嚴重的影響，從而使得人們的生活受到影響。所以，要想徹底的改變這些問題，必須要從火力發電廠中的各個設備方面進行優化，從而減少設備的能耗浪費問題，而針對火力發電廠中循環水系統來說，其耗能十分嚴重，所以必須要通過不斷地改進對其進行完善，從而幫助火力發電廠降低能源的消耗，使其能夠符合社會可持續發展的需要。

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