某停運機組閉式水系統運行方式優化策略研究及實施

摘要：在進入電力市場改革后，降低發電機組發電成本，提高經濟效益越來越受到重視，某電廠9F型燃機-汽機聯合循環機組配套閉式水系在聯合循環機組停運時，閉式水用戶僅為燃機、汽機潤滑油冷油器等，用量少但需要持續提供閉式水，本文通過對停運機組閉式水系運行方式的優化策略研究和實施，降低6kV輔機閉冷泵的能耗，從而實現節能效果。

關鍵詞：閉式水系統;閉冷泵;運行優化;節能技術

1.前言

在火電廠中，機組運行的經濟性不僅與主設備有關，而且還與輔助設備的性能與運行方式有關。其中，閉式水系中閉冷泵的能耗也在發電廠用電中占相當比例，其功能是向燃氣輪機、汽輪機、鍋爐、發電機的輔助設備提供冷卻水。

某電廠為兩套9F型燃機-汽機聯合循環機組，閉式水系統采用除鹽水和凝結水為補水水源，向燃機廠房、汽機廠房、余熱鍋爐島區域的輔機提供冷卻水，包括回水的冷卻、升壓輸送和調節。每套機組配備有兩臺100%容量的閉冷泵、5m3的閉式水箱及兩組板式換熱器，閉式水箱保證了正常運行中閉冷泵入口壓力穩定，閉式水經閉冷泵升壓后供給各用戶。每套機組閉式水系統獨立運行。

2. 閉式水系統概況

該廠閉式水供應用戶有：LCI冷卻器、燃機潤滑油冷卻器、吹掃空氣冷卻器、火焰檢測冷卻器、HPU控制油冷卻器、氫氣干燥器、燃機發電機氫冷器、汽機潤滑油冷卻器、汽機EH 油冷卻器、凝泵軸承和機械密封冷卻水、汽機發電機空冷器、汽機高中壓缸貓爪冷卻、化學取樣冷卻、高中壓給泵機械密封冷卻水、高中壓給泵電機冷卻水、高壓給泵油站冷卻器、高溫風機、空壓機及其干燥機。其中，空壓機及其干燥機是兩套機組公用，可以分別由第一、第二套機組供給閉式冷卻水。

機組停運后，燃機、汽機油系統運行，盤車運行，閉式水供應用戶主要有燃機潤滑油冷卻器與汽機潤滑油冷卻器，其它用戶隨著機組和輔機的停運可以停止閉式水的供應，并且在機組解列半小時后，燃機潤滑油冷油調及汽機潤滑油冷油調均只有約1%的開度，隨著燃機及汽機缸溫的冷卻，潤滑油冷油調的開度僅有百分之零點幾的開度，根據閥門特性曲線，經過冷油調的冷卻水量很小，僅需很少的閉式水流量就能滿足停運機組的閉式水冷卻要求。

3. 停運機組閉式水系統運行方式優化對策研究

3.1閉式水用戶自然冷卻

機組停運后，很小的閉式水流量就能滿足冷卻要求，當燃機、汽機缸溫降至環境溫度后，閉式水冷卻量降至最低，潤滑油冷油調開度長時間保持在0%，嘗試停止此時閉式水供給，讓燃機、汽機潤滑油自然散熱，發現潤滑油溫緩慢上漲，燃機約5小時，汽機約8小時，油溫超過允許值。因此，停運機組閉式水系統停運，油系統僅靠自然冷卻無法滿足冷卻要求。

3.2閉式水系統聯絡運行

單機運行時，運行機組燃機潤滑油冷油調及汽機潤滑油冷油調開度隨著環境溫度的變化，開度從11%至100%變化，在環境溫度與閉式水母管溫度較低潤滑油冷油調開度較小時，運行機組閉式水量能夠同時滿足運行機組、停運機組冷卻量需求。

空壓機及其干燥機是兩套機組公用，可以由第一套聯合循環機組空壓機房/1號爐冷卻水進閥門供給閉式水，再通過空壓機房/1號爐冷卻水回閥門回到第一套聯合循環機組閉式水系統，也可以由第二套聯合循環機組空壓機房/3號爐冷卻水進閥門供給閉式水，空壓機房/3號爐冷卻水回閥門回到第二套聯合循環機組閉式水系統。兩套機組的空壓機房/冷卻水進、空壓機房/冷卻水回閥門在空壓機房閉式水供水母管、回水母管處聯通，每臺機組側有自己的供、回水閥門，正常只由一套機組供給閉式水。當空壓機房閉式水由運行機組供給時，在確保運行機組安全運行同時，調整停運機組側空壓機房/冷卻水進、空壓機房/冷卻水回閥門，將運行機組側閉式水引入停運機組側閉式水系統，建立循環，優化停運機組閉式水運行方式，從而可以停止停運機組閉冷泵的運行，達到節能降耗的目的。

4. 停運機組閉式水系統運行方式優化對策實施

對策實施時以1/2號機組運行、3/4號機組備用，兩套機組閉式水系統正常運行，空壓機房閉式水由1/2號機組供給為例。對策實施期間集控室指定一名運行人員負責1/2號機組的閉式水系統盤上操作和監視運行機組燃機、汽機潤滑油油溫，監視閉式水水箱及其它閉式水用戶溫度變化情況;對策實施期間空壓機房留一名運行人員監視空壓機出口溫度;對策實施前維護人員在空壓機房/爐3冷卻水進、回閥門處搭好腳手架，對策實施期間該處留一名運行人員負責空壓機房/爐3冷卻水進、回閥門操作。閉式水操作調整應當以運行機組優先，確保運行機組安全運行。

4.1停運機組閉式水大用戶隔絕

1/2號機組單臺閉冷泵帶動1/2號機組、3/4號機組閉式水系統會造成1/2號機組閉式水用戶冷卻水壓力、流量降低，冷卻效果下降，而3/4號機組停運，閉式水用戶大多無需冷卻，因此，兩套機組閉式水系統聯絡前需將3/4號機組的閉式水大用戶隔絕，確保閉式水系統壓力能夠滿足1/2號機組閉式水用戶冷卻要求。而燃機的氫冷器閉式水流量占閉式水總流量的31%，汽機發電機空冷器閉式水流量占閉式水總流量的13.7%，鍋爐島閉式水流量占閉式水總流量的5%，均須隔離。再除去燃機冷油器、汽機冷油器、空壓機及干燥機外，3/4號機組其它閉式水用戶流量很小，為減少操作量，其它小用戶不隔離。

隔絕停運機組大用戶時，值班員注意3/4號機組閉式水壓力，開啟并調整機4/閉式水再循環調，維持3/4號機組閉式水系統壓力，防止超壓。

4.2閉式水由分列運行改聯絡運行

1/2號機組閉式水供3/4號機組閉式水聯絡運行，操作中注意1/2號機組閉式水母管壓力不低于0.37MPa、閉冷箱水位不低于700mm，空壓機出口溫度不超過90℃。檢查1/2號機組運行正常，閉式水母管壓力超過0.40MPa，閉冷箱水位補至1200mm，兩臺閉式水熱交換器均投入運行。檢查3/4號機組已停運，各閉式水用戶溫度正常，除空壓機房、燃機和汽機潤滑油外其余用戶已不需要冷卻。調節3/4號機組閉式水母管壓力，使其高于1/2號機組閉式水母管壓力0.01MPa。檢查3/4號機組HPU控制油泵、EH油泵、高壓給泵稀油站潤滑油泵已停運。手動關閉機4/發電機空冷溫控調，關閉爐3/閉冷進總，關閉氫冷器3A/冷進、氫冷器3B/冷進、氫冷器3C/冷進、氫冷器3D/冷進，調整機4/閉式水再循環調維持閉式水母管壓力不變。檢查空壓機房/爐1冷卻水進、回全開。解除4號機備用閉冷泵聯鎖，關閉機4/閉冷箱出，停運運行閉冷泵，關閉機4/閉式水再循環調。關閉閉冷泵4A/進水、閉冷泵4B/進水。就地手動緩慢開啟空壓機房/爐3冷卻水回至5%，緩慢開啟空壓機房/爐3冷卻水進至5%，監視好1/2號機組閉冷箱水位，若異常下降則立即關閉閥門。微開機3/燃機閉式水回母氫冷器前空、機3/燃機閉式水供母氫冷器前空排氣，無空氣后關閉。就地手動緩慢交替開啟空壓機房/爐3冷卻水回和冷卻水進至20%，監視好1/2號機組閉冷箱水位，若異常下降則立即關閉閥門，若機1/潤滑油冷油調開度到100%及時增開機力塔風機并交替關小空壓機房/爐3冷卻水回和冷卻水進。操作完畢，全面檢查兩套機組閉式水系統正常。

4.3閉式水聯絡運行分析

根據廠家資料，明確閉式水用戶溫度限定值如下：運行機組燃機潤滑油溫≤60℃，高壓給泵稀油站供油溫度≤46℃，備用機組燃機潤滑油溫≤39℃，空壓機加載運行時排氣溫度≤92℃，設備能夠連續安全運行。

1/2號機組閉式水供3/4號機組閉式水聯絡運行后發現，1/2號機組閉式水出水溫度、汽機潤滑油冷油器閉式水調門開度、燃機潤滑油冷油器調開度、高壓給泵稀油站溫度都有略微的上漲趨勢，但未超限，隨著環境溫度的不斷上升，統計閉式水聯絡運行時數據，當環境溫度達到32℃以上時，開式水運行方式及機力塔風機已無調整手段（高速循泵、6臺機力塔風機時），循進溫度較高且增開開冷泵后運行機組閉冷水出母溫度≥34℃時，稀油站溫度達到了46.5℃，燃機潤滑油冷油器調開度為100%，需將閉式水聯絡運行改分列運行，來保證運行機組的安全穩定。

4.4閉式水聯絡運行改分列運行

1/2號機組供兩套聯合循環機組閉式水聯絡運行改分列運行，操作中注意1/2號機組閉式水母管壓力不低于0.37MPa、閉冷箱水位不低于700mm，空壓機出口溫度不超過90℃。檢查1/2號機組運行正常，閉式水母管壓力正常，閉冷箱水位補至1200mm，兩臺閉式水熱交換器均投入運行。檢查3/4號機組已停運，閉式水熱交換器至少一臺均投入運行。檢查空壓機房/爐1冷卻水進、回全開。就地手動交替關閉空壓機房/爐3冷卻水進和冷卻水回至0%，監視好1/2號機組閉式水母管壓力及閉冷箱水位，若異常下降則立即恢復閥門。開啟閉冷泵4A/進水、閉冷泵4B/進水，啟動4號汽機閉冷泵，開啟機4/閉冷箱出，調節機4/閉式水再循環調，調整閉式水母管壓力。開啟機4/開冷泵旁，開啟氫冷器3A/冷進、氫冷器3B/冷進、氫冷器3C/冷進、氫冷器3D/冷進，調整機4/閉式水再循環調維持閉式水母管壓力不變。開啟爐3/閉冷進總，調整機4/閉式水再循環調維持閉式水母管壓力不變。機4/發電機空冷溫控調投入自動，關閉機4/閉式水再循環調。觀察閉式水壓力正常后投入4號機備用閉冷泵聯鎖。操作完畢，全面檢查兩套機組閉式水系統正常。

5. 效果檢查

閉式水由分列運行改聯絡運行，優化了停運機組閉式水運行方式，停止停運機組閉冷泵的運行，達到節能降耗的目的。全年累計省電87.5萬KWh，降低廠用電率約0.023%，有效的減少了生產成本及能源的消耗，促進企業的提質增效。

參考資料：

[1]《大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術叢書設備及系統分冊》中國電力出版社2009.9

[2]郭光， 祝鵬杰， 郭國慶. 汽輪機輔機運行優化和節能技術探討[J]. 南方農機， 2016（s1）：253-253.

[3]劉振盛. 汽輪機輔機運行優化和節能技術探討[J]. 中國機械， 2015（10）：83-84.

作者簡介：居艷勇（1988-），男，江蘇南通人，大學本科，工程師，研究方向：發電廠集控運行。