間接空冷系統循環水泵臺數及運行方式的優化

孫玉慶

（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

間接空冷系統中循環水泵的主要功能是將從凝汽器出來的熱水輸送到空冷散熱器中進行散熱，冷卻后的循環水再返回凝汽器中去冷卻汽輪機排汽。其中，循環水泵組包括循環水泵及其配套的電動機，是間接空冷系統的重要組成部分。在合理、經濟、先進的原則下，電廠為追求利潤的最大化必須降低生產成本。循環水泵是廠用電的主要消耗點，節約循環水泵的廠用電，降低微增電費，對降低發電成本有著顯著的意義，同時對降低工程的初投資也有重要的作用。為保證系統安全、高效運行及節省工程投資，需對循環水泵運行工況、方式及合理臺數予以充分論證，這對實現循環水泵最優配置有著重要意義。本文僅以表凝式間接空冷系統的臥式離心式循環水泵為例進行分析和研究。

1 臥式離心式循環水泵

對于表凝式間接空冷系統低揚程及閉式管路系統，多選用高效率的臥式離心式水泵，現階段該水泵最大效率可達91.5%。它結構簡單，轉子短；泵與電動機可直聯，總長度短；占地面積小；高效率運行范圍廣，能適應變工況的揚程變化；檢修較易，使用壽命長。

現階段國內已招完標的循環水泵最大流量約為6.39 m3/h（例如神頭二期主機循環水泵流量約為6.11 m3/s，揚程約23.6 m），經過與水泵廠家溝通和現有水泵樣本顯示，循環水泵流量可以做到更大（如流量10.22 m3/h，揚程約23 m，但無實際過程招標案例）。

采用常規間冷系統空冷散熱器布置方式，300 MW級的1臺機組配2臺循環水泵，600 MW級的1臺機組配3臺循環水泵，1000 MW級的1臺機組配4臺循環水泵。

2 臥式離心式循環水泵配置優化

2.1 300 MW級臥式離心式循環水泵配置

一般300 MW級間接空冷系統配置“兩機一塔”設計方案，每臺機組設置2臺高效臥式循環水泵，2臺機組共4臺循環水泵。現以某300 MW級間冷系統工程為例，選取的循環水泵設計參數為：Q=5.14 m3/s，H=21 m，N=1400 kW。

圖1為采用雙速水泵（每臺水泵均采用雙速電動機）、定速水泵（每臺水泵均采用定速電動機）并聯運行示意圖。

在機組正常運行時，采用高速泵并聯運行，在低氣溫區間，尤其是冬季供熱期間，采用2臺水泵低速并聯運行，可分別滿足單臺機組（共6個扇段）3個、4個、5個、6個扇段運行；當2臺水泵定速（高速）并聯運行時，也可分別滿足單臺機組（共6個扇段） 3個、4個、5個、6個扇段運行；單臺定速泵運行時，可滿足單臺機組2個扇段運行。從圖1分析得出：單臺機組配置2臺定速水泵既可滿足機組空冷系統在最佳運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）運行，又可滿足冬季供熱期間運行，

圖1 2臺水泵雙速和定速并聯運行示意圖

2.2 600 MW級臥式離心式循環水泵配置

一般600 MW級間接空冷系統配置“一機一塔”設計方案，但隨著現階段廠址建設600 MW級間冷系統的要求，600 MW級間冷系統采用“兩機一塔”的設計方案越來越多，例如山西趙莊、西上莊等工程。通常600 MW級機組每臺機組配置3臺高效臥式循環水泵，2臺機組共6臺循環水泵。現以某600 MW級間冷工程為例，選取的循環水泵設計參數為：Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW。

根據中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司2015年申請的專利“可大幅減少占地面積的間接空冷系統”，提出一種新的散熱器布置方式——“散熱器分上下兩層和內外圈分別錯開垂直布置在間冷塔的進風口處”，這種散熱器布置方式但僅限3個扇段運行（當2臺水泵定速并聯時）。另外，在新疆地區（冬天比較寒冷）某300 MW級空冷機組在冬季運行時，為防凍，需要把散熱器的扇段全部投運，這時需要單臺機組2臺循環水泵全部投入運行，這時低速水泵的優越性體現不出來。

參考相關工程，該型號的雙速電機比單速電機約增加21萬元/臺的設備費用，若采用雙速水泵，初投資將會增大約84萬元（2臺機組）。單臺機組運行方式應盡量不采用1臺高速泵+1臺低速泵的并聯運行，因并聯后已脫離單臺低速水泵的流量曲線范圍，易造成低速水泵出現震蕩現象。圖2為2臺水泵（定轉速+高速）并聯運行圖。既可以大幅減小占地，又可大幅減少塔內散熱器管內流體阻力，還可大幅降低循環水泵揚程。參照某660 MW間冷工程，采用新的散熱器布置方案后，循環水泵揚程由原來常規的23 m降低到18～19 m。因此，可考慮單臺機組配置2臺高效臥式循環水泵，2臺機組共4臺循環水泵。

圖2 2臺水泵雙速和1臺高速水泵與1臺低速水泵并聯運行示意圖

按照以上散熱器布置方式計算管路阻力，方案一（一機三泵）和方案二（一機二泵）均可以滿足工程循環水系統的需求。上述某600 MW級間冷系統按方案一確定的循環水泵參數為Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW；按方案二確定的循環水泵參數為Q=8.33 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表1為2種方案的相對經濟性比較表。

表1 2種方案的相對經濟性比較（600 MW 2臺機組）

圖3為單臺機組配置2臺定速循環水泵（每臺水泵均采用定速電動機，一機兩泵）并聯運行示意圖。2臺機組共用1座自然通風冷卻塔（即兩機一塔），循環水系統采用單元制。空冷散熱器垂直布置在空冷塔外四周，2臺機組共16個冷卻扇段，以上下層、內外圈、垂直方式布置在塔外。當2臺水泵定速并聯運行時，可分別滿足單臺機組（共8個扇段）4個、6個、8個扇段運行；單臺定速泵運行時，可滿足單臺機組2個、3個扇段運行。從圖3分析得出：單臺機組配置2臺定速水泵既可滿足機組空冷系統在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區間運行，又可滿足冬季供熱期間運行，但僅限4個扇段運行（當2臺水泵并聯運行時）。

圖3 2臺水泵定速并聯運行示意圖

2.3 1000 MW級臥式離心式循環水泵配置

一般1000 MW級間接空冷系統配置“一機一塔”設計方案。通常每臺機組配置4臺高效臥式循環水泵，2臺機組共配置8臺循環水泵。現以某1000 MW級間冷工程為例，選取的循環水泵設計參數為Q=6.11 m3/s，H=23.5 m，N=1800 kW。

同理，根據中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司2015年申請的專利“可大幅減少占地面積的間接空冷系統”，若采用散熱器雙層布置方案，則該1000 MW機組的循環水泵揚程由原來的23.6 m降低到18 m～19 m。因此，可考慮該1000 MW間冷系統單臺機組配置3臺高效臥式循環水泵，2臺機組共配置6臺循環水泵。

按照以上散熱器布置方式計算管路阻力，方案一（一機四泵） 和方案二（一機三泵） 均可以滿足本工程循環水系統需求。上述某1000 MW級間冷系統按照方案一確定的循環水泵參數為Q=6.11 m3/s，H=23.6 m，N=1800 kW；按照方案二確定的循環水泵參數為Q=8.17 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表2為2種方案的經濟性比較表。

表2 2種方案的經濟性比較表（1000 MW 2臺機組）

圖4為單臺機組配置3臺定速循環水泵（每臺水泵均采用定速電動機，一機三泵）并聯運行示意圖。2臺機組分別采用1座自然通風冷卻塔（即一機一塔），循環水系統采用單元制。空冷散熱器垂直布置在空冷塔外四周，單臺機組10個冷卻扇段。當2臺水泵定速并聯運行時，可分別滿足單臺機組（共10個扇段）2個、4個、6個扇段運行；當3臺水泵定速并聯運行時，可分別滿足單臺機組（共10個扇段） 6個、8個、10個扇段運行；單臺定速泵運行時，不能滿足單臺機組扇段運行。從圖4分析得出：百萬機組配置3臺定速循環水泵既可滿足機組空冷系統在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區間運行，又可滿足冬季供熱期間運行，但僅限2臺及以上水泵并聯運行時。

圖4 3臺水泵定速并聯運行示意圖

3 結論

a） 300～1000 MW級不同容量機組間冷系統配置循環水泵均采用定速運行方式較經濟，既可滿足機組空冷系統在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區間運行，又可滿足冬季供熱期間運行。

b）單臺機組循環水泵組運行方式不宜采用1臺高速泵+1臺低速泵的并聯運行，因并聯后已脫離單臺低速水泵的流量曲線范圍，易造成低速水泵出現震蕩現象。

c）結合新型空冷系統散熱器布置方式，經過優化后300 MW級機組間冷系統單臺機組配置2臺循環水泵運行；600 MW級機組間冷系統單臺機組配置2臺循環水泵運行；1000 MW級機組間冷系統單臺機組配置3臺循環水泵運行。

d）結合新型空冷系統散熱器布置方式，經過優化后600 MW級機組間冷系統單臺循環水泵揚程可降低4～5 m，節省電費約230萬元/年；1000 MW級機組間冷系統單臺循環水泵揚程可降低4.6～5.6 m，節省電費約380萬元/年。