濕冷機(jī)組全停后循環(huán)水泵節(jié)能優(yōu)化

滕慧達(dá) 金建偉

摘要：某4×660MW超臨界閉式循環(huán)濕冷機(jī)組火電廠通過(guò)對(duì)凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)以及輔機(jī)開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的分析，經(jīng)過(guò)論證比選利用現(xiàn)有設(shè)備無(wú)需改造通過(guò)輔助開(kāi)式冷卻水泵獨(dú)立運(yùn)行的方式，在保證機(jī)組停運(yùn)期間各輔機(jī)冷卻用水的同時(shí)提前停運(yùn)循環(huán)水泵，達(dá)到以小泵換大泵的節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞：火電廠;循環(huán)水泵;輔機(jī)冷卻水;節(jié)能優(yōu)化

0引言

近年來(lái)火電廠通過(guò)擴(kuò)容改造、供熱改造、輔機(jī)變頻改造等方面大幅降低發(fā)電供電煤耗，但隨著水電、核電、新能源等國(guó)家鼓勵(lì)優(yōu)先發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量不斷增長(zhǎng)，火電機(jī)組作為調(diào)峰機(jī)組利用小時(shí)數(shù)大幅下降，機(jī)組調(diào)停次數(shù)及時(shí)間大幅增加，機(jī)組啟停過(guò)程中的節(jié)能優(yōu)化也受到了關(guān)注。其中關(guān)于濕冷機(jī)組凝汽器循環(huán)水泵（下稱循泵）在機(jī)組啟停前后時(shí)的優(yōu)化研究較少，主要為通過(guò)鄰機(jī)聯(lián)絡(luò)供循環(huán)水或間歇性供水。文章通過(guò)某內(nèi)陸電廠660MW超臨界閉式循環(huán)濕冷機(jī)組同期機(jī)組全停后的循環(huán)水運(yùn)行方式優(yōu)化探索實(shí)踐介紹供同類型機(jī)組參考。

1系統(tǒng)介紹

某內(nèi)陸火力發(fā)電廠4×660MW超臨界機(jī)組凝汽器采用閉式循環(huán)冷卻方式，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座自然通風(fēng)冷卻水塔，循環(huán)冷卻水塔池中冷卻水（以下簡(jiǎn)稱循環(huán)水）通過(guò)循環(huán)水泵輸送入機(jī)組凝汽器與機(jī)組低壓缸排汽換熱返回至冷卻塔冷卻降溫后回至冷卻水塔池形成閉式循環(huán)。輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)根據(jù)用戶水質(zhì)要求分為以凝汽器循環(huán)水為冷卻介質(zhì)的輔機(jī)開(kāi)式循環(huán)冷卻水（以下簡(jiǎn)稱開(kāi)冷水）系統(tǒng)和以除鹽水為冷卻介質(zhì)的閉式循環(huán)冷卻水（以下簡(jiǎn)稱閉冷水）系統(tǒng)。其中閉冷水通過(guò)閉冷水冷卻器由開(kāi)冷水冷卻，開(kāi)冷水由循環(huán)水供水管供水經(jīng)開(kāi)冷水泵升壓冷卻用戶后回至循環(huán)水回水管經(jīng)冷卻塔冷卻。

2存在的問(wèn)題

為保證機(jī)組停運(yùn)后主設(shè)備的安全停運(yùn)必須保留開(kāi)冷水系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行直至無(wú)開(kāi)冷水用戶。機(jī)組停運(yùn)后開(kāi)冷水系統(tǒng)的最后用戶一般為主機(jī)冷油器以及閉冷水系統(tǒng)，其中主機(jī)冷油器在汽輪機(jī)打閘一周后（汽輪機(jī)缸溫允許停運(yùn)盤(pán)車及潤(rùn)滑油）可停運(yùn)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行的條件為循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行，因此在機(jī)組停運(yùn)期后為保持機(jī)組的安全停機(jī)需要維持循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行。調(diào)停或檢修機(jī)組多時(shí)會(huì)出現(xiàn)相鄰機(jī)組也停運(yùn)的工況，因此仍需在同期的最后一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)后保留一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行直至后停運(yùn)機(jī)組安全停機(jī)。

該廠機(jī)組停運(yùn)后開(kāi)冷水用戶僅需400t/h冷卻水（母管壓力0.2MPa.g）即可滿足要求。作為火力發(fā)電廠僅次于電動(dòng)給水泵的第二大電動(dòng)輔機(jī)，660MW機(jī)組的循環(huán)水泵最小功率高達(dá)2800 kW，流量約40000t/h，在循環(huán)水失去凝汽器這一最大用戶的情況下為維持僅有400t/h流量的開(kāi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行而運(yùn)行循環(huán)水泵是不經(jīng)濟(jì)的，因此有必要通過(guò)優(yōu)化在同期機(jī)組全停時(shí)保證正常停機(jī)用水的情況下減少循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)間。

3解決方案

根據(jù)保證機(jī)組停運(yùn)破壞真空后輔機(jī)冷卻水不中斷可停運(yùn)循環(huán)水泵的思路主要有以下兩種不改造設(shè)備的解決方案：

3.1方案一：工業(yè)水替代循環(huán)水

該廠循環(huán)水供水管道設(shè)置有工業(yè)水注水管路，機(jī)組停運(yùn)破壞真空后可停運(yùn)循環(huán)水泵并關(guān)閉其出口蝶閥，通過(guò)工業(yè)水注水經(jīng)過(guò)循環(huán)水供水管替代循環(huán)水向開(kāi)冷水泵供水。

全廠工業(yè)水設(shè)置有5臺(tái)工業(yè)水泵，2運(yùn)3備，揚(yáng)程64m，流量為280t/h/臺(tái)，功率75Kw，工業(yè)水注水管規(guī)格為DN250mm，根據(jù)泵與管路數(shù)據(jù)額外啟動(dòng)兩臺(tái)工業(yè)水泵后，完全可滿足停機(jī)時(shí)的開(kāi)冷水用量。

該方案缺點(diǎn)在于工業(yè)水持續(xù)向循環(huán)水系統(tǒng)注水將導(dǎo)致冷卻塔蒸發(fā)量極小的情況下冷卻塔池水位持續(xù)升高溢流，同時(shí)工業(yè)水注水入循環(huán)水后揚(yáng)程無(wú)法滿足開(kāi)冷水用戶需求，需要維持開(kāi)冷水泵運(yùn)行并且額外啟動(dòng)2臺(tái)工業(yè)水泵。

3.2方案二：開(kāi)冷水泵從循環(huán)水供水管自吸水

停運(yùn)循環(huán)水泵后保持循環(huán)水管道與冷卻塔池相通，利用開(kāi)冷水泵具有一定允許吸上高度的特點(diǎn)，僅靠開(kāi)冷水泵從循環(huán)水供水管自吸水以實(shí)現(xiàn)開(kāi)冷水循環(huán)。

兩種開(kāi)冷水泵性能參數(shù)如下表：

根據(jù)允許吸上高度公式

Hg=大氣壓水柱（10.3m）汽蝕余量-安全余量（0.5m） （1）

表1中數(shù)據(jù)代入式（1）可得主開(kāi)冷水泵允許吸上高度為2.6m，輔助開(kāi)冷水泵的允許吸上高度分別分別為5m（#1機(jī)）、4.7m （#2、#3、#4）。循環(huán)水供水管道位于地下，該管道在冷卻水塔池中水的靜壓下在循泵停運(yùn)時(shí)仍能保持循環(huán)水進(jìn)水管的充滿度，根據(jù)冷卻水塔池水面與布置于0m的開(kāi)冷水泵的高差最大值均<2m，計(jì)算結(jié)果表明開(kāi)冷水泵獨(dú)立運(yùn)行時(shí)理論上不會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

各型號(hào)開(kāi)冷水泵的揚(yáng)程均為25m，根據(jù)循環(huán)水冷卻塔配水管高度為14.7m，再扣減不到2m的吸上高度以及10%的延程阻力，開(kāi)冷水泵獨(dú)立運(yùn)行時(shí)仍有7m的揚(yáng)程余量，足以將水打進(jìn)回水管。

2017年9月份、2017年10月份、2018年2月份、2018年11月份四次同期機(jī)組停運(yùn)后以該方案進(jìn)行調(diào)整，各機(jī)組均能保持輔助開(kāi)冷水泵獨(dú)立穩(wěn)定運(yùn)行

4經(jīng)濟(jì)性分析

按歷史數(shù)據(jù)低速循泵功率2800kW，2臺(tái)機(jī)組的輔助開(kāi)冷水泵功率75kW計(jì)算每小時(shí)可節(jié)約廠用電2800kWh-2×75 kWh=2650kWh，根據(jù)以往機(jī)組停運(yùn)7天后停運(yùn)循泵的操作方式估算采用開(kāi)冷水泵獨(dú)立運(yùn)行的優(yōu)化方式一次同期機(jī)組全停工況可節(jié)約廠用電44.52萬(wàn)kWh，按0.4元/千瓦時(shí)的售電價(jià)格的經(jīng)濟(jì)效益可產(chǎn)生17.808萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年同期機(jī)組全停工況共出現(xiàn)20天，若完全進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，全年可節(jié)電127.2萬(wàn)kWh，經(jīng)濟(jì)效益50.88萬(wàn)元。該優(yōu)化辦法對(duì)于新建機(jī)組長(zhǎng)達(dá)1至2個(gè)月的調(diào)試期，效果尤其明顯。

5總結(jié)和建議

在保證開(kāi)冷水不中斷的前提下通過(guò)運(yùn)行方式的優(yōu)化提前停運(yùn)大功率的循環(huán)水泵可節(jié)省大量廠用電。文中方案無(wú)需改造投入，推薦存量電廠使用。由于管道設(shè)備的布置原因方案二運(yùn)行方式穩(wěn)定性不足，優(yōu)化調(diào)整過(guò)程中需要一定的操作技巧，且容易受外界干擾而失穩(wěn)，此時(shí)可結(jié)合方案一進(jìn)行。建議新建電廠或冬季較冷地區(qū)的電廠在增設(shè)輔助開(kāi)冷水泵時(shí)考慮下沉式布置低于循環(huán)水管以提高輔助開(kāi)冷水泵運(yùn)行穩(wěn)定性并簡(jiǎn)化調(diào)整操作。