淺談600MW亞臨界控制循環鍋爐爐水循環泵節能優化

摘 要 針對A電廠600MW亞臨界控制循環鍋爐爐水循環泵長期三臺運行引起的高能耗問題，本文根據《電站鍋爐水動力計算方法》，對該電廠鍋爐水循環系統各個工況下的安全性進行分析計算，提出爐水循環泵的節能運行方式，該方式節約能耗，增加效益，在A電廠中得到了成功應用。

關鍵詞 爐水循環泵;節能;能耗

1問題的提出

A電廠600MW機組亞臨界鍋爐水循環采用控制循環方式。系統內布置了3臺循環泵，按照設計文件，采用“兩運一備”的運行方式足可滿足ECR工況要求。但是廠方為了安全可靠，實際運行中一直采取了三臺泵運行的方式。由于三臺泵運行裕度很大，雖然可靠性很高，但也造成能耗較高。

由于爐內水循環對鍋爐安全運行至關重要，所以廠方對改變爐水循環泵運行方式長期以來持謹慎態度。采用新的運行方式必須考察各種工況下爐內水動力循環的安全性及裕度，尤其是故障狀況下的安全性，本文依據《電站鍋爐水動力計算方法》，對該電廠鍋爐在兩泵、單泵、無泵時的工況進行了水動力安全性的分析，計算了各個工況下爐內水動力的安全裕度，提出爐水循環泵節能運行方式。

2鍋爐水循環系統運行方式優化

2.1 系統的介紹

A電廠鍋爐水循環系統由水冷壁、水冷壁集箱及其連接管道、汽包、下降管和爐水循環泵組成。水冷壁采用“螺旋管圈+垂直管屏”布置方式，以過渡段中間集箱為界，從冷灰斗進口到過渡段中間集箱進口前采用螺旋管圈，過渡段中間集箱出口至水冷壁出口集箱采用垂直管屏，結構上采用光管和內螺紋管。使用光管的區域為冷灰斗、垂直管屏、后墻延伸側墻，其余區域水冷壁采用內螺紋管。

與自然循環方式相比，控制循環最大的不同在于下降管設置了循環泵。由于壓力參數提高，汽水密度差逐漸減小，循環壓頭降低，爐水循環變得困難。設置爐水循環泵就是為了增加循環壓頭，保證系統穩定運行。爐水循環泵的安全運行對600MW亞臨界控制循環鍋爐至關重要。

2.2 鍋爐水動力校核計算概述

鍋爐水動力校核計算的思路是選取傳熱較強的管子作為校驗管進行傳熱惡化校驗，由于爐膛內傳熱不均，沿高度方向和寬度方向熱負荷不同，因此，必須先對爐膛進行分區段熱力計算，得出校驗管沿爐膛高度的熱負荷分布曲線，再根據各并聯管子壓差相同的原則，用上升管屏的工作壓差做水平線交出校驗管的工作點，得出校驗管的各項水循環參數。若沿整個高度，根據計算得出的校驗管各點的重量含汽率都低于按傳熱惡化條件所允許的重量含汽率，并留有適當的裕度，則認為安全[1]。

2.3 計算結果及分析

在控制循環水動力計算方法的安全性指標中，防止內螺紋管傳熱惡化的指標是最小質量流量，防止光管傳熱惡化的指標是臨界含汽率[2]。本文將分別從以下兩個指標來進行傳熱惡化校驗。

（1）光管臨界含汽率指標

圖1為在鍋爐ECR工況下， 鍋爐水循環泵在兩泵，單泵，無泵時由水循環計算結果繪制的水動力安全性校核特性圖。

從上圖中，可以清晰看出：

1）兩泵帶ECR負荷時，水冷壁管內質量流速較大，由于設計時留有很大的安全裕度，質量含汽率曲線始終在光管質量臨界含汽率曲線下方，并且距離有相當大的距離，爐水循環安全可靠。

2）ECR負荷下只有一臺泵工作或者兩泵運行時一臺泵出現故障時，循環流量較兩泵運行時有所減少，質量含汽率較兩泵運行時上升，曲線上移并逼近光管臨界質量含汽率曲線，但并沒有相交，安全裕度大幅度降低，運行風險上升。

3）系統中沒有水泵運行，可視為自然循環。在該工況下，由于只依賴自然循環中汽水密度差產生的壓頭，系統流量較小，質量含汽率沿爐膛高度急劇升高，在上圖中的橫坐標“標高”約15米處，曲線開始和臨界含汽率曲線有了交點，隨后在相當大的范圍內，質量含汽率曲線都遠高于臨界含汽率曲線，引起傳熱惡化。

（2）內螺紋管最小質量流量指標

以下表1所示為鍋爐在三種工況下循環水速和流量。

分析上表數據可以看出，ECR負荷下兩泵運行時最小質量流量為785.2 kg/s.m2高于內螺紋管最小允許質量流量524.2kg/s.m2，計算裕度達49.8%，運行安全可靠;單泵帶ECR運行時，實際最小質量流量為581kg/s.m2， 裕度僅為10.9%，較兩泵運行大幅降低，抵御爐內傳熱和自身循環的擾動變弱，運行風險提高;自然循環時，最小質量流量遠低于最小允許質量流量，引起傳熱惡化。

3優化效果

3.1 節能效果明顯

A電廠在經試驗后采用了爐水循環泵2用1備運行方式后，能耗降低，節約了廠用電，經濟性提升明顯。一臺爐水循環泵電機的額定功率為400kW，若年運行小時數以7000小時計算，上網電價以0.40元/千瓦時計， 在實現兩泵運行，一泵備用的運行方式后，每年每臺鍋爐可節約廠用電2800000千瓦時，收益增加約112萬元，經濟效益非常可觀。

3.2 延長了設備使用壽命

爐水循環泵采用2用1備運行方式，三臺泵都可以切換備用，縮短了設備運行時間，延長了使用壽命。另外可對備用的爐水循環泵做必要的保養維護或檢修，進一步提高了爐水循環泵運行的可靠性。

3.3 運行噪音有所減弱

由于運行過程中有一臺泵備用，較三臺泵運行噪音有所降低，改善了現場環境。

4結束語

（1）A電廠兩泵運行一泵備用的運行方式安全可靠，且留有較大的安全裕度。兩泵運行時，要經常對備用泵做檢查，并且三臺泵輪換做備用，防止備用泵遇故障時難以啟動。

（2）倘若兩泵運行時一臺泵突然故障時，應啟動備用泵。如備用泵啟動故障，此時應減負荷至60%ECR（鍋爐設計時單臺泵只能帶60%ECR負荷）。減負荷時一定注意對降壓速度的控制，切忌降壓太快，導致爐水循環泵發生汽蝕。

（3）A電廠在經試驗后采用了爐水循環泵2用1備運行方式，經濟性提升明顯，節能效果突出，延長了設備使用壽命，水泵運行時中噪音降低。

（4）本文對A電廠爐水循環泵幾種工況下運行的安全性進行了分析，提出鍋水循環系統的節能優化方案，該分析方法可為其他600MW亞臨界機組控制循環鍋爐爐水循環泵的節能運行提供參考。

參考文獻

[1] 上海成套所，江蘇工業鍋爐情報網：電站鍋爐水動力計算方法：JB/Z201-83[S].北京：中國標準出版社，1984.

[2] 吳雨紅.控制循環鍋爐水動力計算方法概述[J]，鍋爐技術，2000， 31（10）：1-4.

作者簡介

王具寶（1983-），男，寧夏彭陽人;學歷：碩士，職稱：工程師，現就職單位：寧夏特種設備檢驗檢測院，研究方向：特種設備檢驗檢測、特種設備節能。