450 MW燃氣-蒸汽聯合循環機組在采暖季的循環水系統優化方案

李振宇

摘 要：本文以某電廠450 MW多軸一拖一燃氣-蒸汽聯合循環機組為研究對象，通過優化采暖季循環水系統，達到降低廠用電量10%的節能減排目標，并為其他工況下的系統優化尋找通用的解決方案。

關鍵詞：聯合循環機組;采暖季;循環水系統;廠用電量

中圖分類號：TM611.31文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0130-03

Research on the Optimal Scheme of Circulating Water System of 450 MW Gas-steam Combined Cycle Unit in Heating Season

LI Zhenyu

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： Taking a power plant's 450 MW multi-shaft one-to-one gas-steam combined cycle unit as the research object， this paper optimized the heating season circulating water system to achieve the energy-saving and emission-reduction goal of reducing plant power consumption by 10%， and find general solutions for system optimization under other working conditions.

Keywords： combined cycle unit;heating season;circulating water system;plant power consumption

本設計方案以某電廠450 MW多軸一拖一燃氣-蒸汽聯合循環機組為優化對象（簡稱一拖一機組）。其中，燃機采用上海電氣-西門子重型單缸SGT5-4000F（+）型，汽輪機采用上海汽輪機廠生產的LZC（B）137-12.5/0.4/550/547型汽輪機。該機組為供熱調峰機組，在純凝工況下的發電出力為434.732 MW，背壓工況下的發電出力為365.717 MW，對外供熱能力為294.24 MW。

循環水系統共設4臺循環水泵和12臺機力通風冷卻風機。其中，2臺循環水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產的76LKXB-24型，電機為湘潭電機股份有限公司生產的YKSL-2002-14/1500-1型（簡稱大泵）。2臺循環水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產的52LKXA-24型，配套采用的雙速電機為湘潭電機股份有限公司生產的YKSLD-630-10/12型（簡稱小泵高速和小泵低速）。循環水泵銘牌參數如表1所示。

機力塔風機為12臺豪頓華工程有限公司生產的LF-98型，電機采用南通威爾電機有限公司的YXKK355-4型。表2為機力塔風機銘牌參數。

目前，循環水系統的運行方式是根據機組負荷、循環水溫度、凝汽器真空和端差，通過改變循環水流量和循環水溫度確定最佳真空值，從而提高機組運行經濟性。人們采用啟停不同類型的循環水泵進行階躍性調節，改變循環水流量，并采用啟停不同數量的機力塔風機，改變循環水溫度[1-2]。

1 設定優化目標

根據該電廠采暖季運行情況，每月廠用電量約為118.5 MW，循環水系統耗電量為35.5 MW，約占廠用電總量的30%。其中，一拖一機組冬季工況循環水系統運行方式為：2臺循環水小泵低速同時運行，2臺機力塔風機運行。工況改變時，根據循環水溫度決定機力塔風機運行臺數。

假設采取1臺循環水小泵高速運行，啟動2臺機力塔風機。設計流量基本相當，均能夠滿足機組正常運行條件，工況可行，那么循環水系統一天耗電量理論值至少為32MW·h。系統耗電量可降低約3.5MW·h，節約電量10%。為驗證運行方案優化可行性，假定以降低10%耗電量為目標，制定方案尋優驗證。

2 提出優化方案

2.1 根據循環水量設計方案

根據設計資料中《循環冷卻水量表》（見表3），計算得出循環水冷卻量設計值，并根據設計值制定優化方案。

為減少變量對優化方案的影響，在二拖一機組停運時進行優化方案的設計，只需要考慮一拖一機組的凝汽器冷卻水量[Q11]、輔機冷卻水量[Q12]和二拖一機組的輔機冷卻水量[Q22]。因此，循環水冷卻量最大值[Qmax]應為：

[Qmax=Q11+Q12+Q22]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[Qmax]應為10 737 m3/h（一拖一機組冬季抽凝方式下總用水量6 837 m3/h與二拖一機組輔機冷卻水量3 900 m3/h之和）。根據機組運行情況，對循環水泵運行方式做出調整，并選擇出合理的循環水泵運行方式，如表4所示。

2.2 根據降低10%耗電量的目標提出方案

根據流量設計，筆者發現，滿足情況的方案較多。結合機力塔風機對循環水溫度的調節可知，方案的選項會更多。那么，增加限制條件，引入降低10%耗電量的目標作為邊界條件。

現運行方式為：啟動2臺循環水小泵低速，2臺機力塔風機同時運行。根據表1和表2可知，循環水系統耗電量為循環水泵耗電量與機力塔風機耗電量之和，這里只計算理論值，暫忽略電壓電流、功率因數、軸功率等相關參數。那么，循環水系統耗電量理論值為1 480 kW。根據設定目標，即降低系統耗電量10%，要選出耗電量為1 332 kW的運行方式。因此，根據循環水泵和機力塔風機的運行方式組合，列出篩選表，如表5所示。

由表5可以看出，有四種方案均符合設計目標的要求。方案一是啟動1臺循環水小泵高速運行;方案二是啟動1臺循環水小泵高速運行，1臺機力塔風機同時運行;方案三是啟動2臺循環水小泵低速運行;方案四是啟動2臺循環水小泵低速運行，1臺機力塔風機同時運行。

2.3 方案比較

從耗電量、揚程、設計流量和設備備用等四個方面將四種方案與現狀放在一起進行比較，形成方案數據對比結果，如表6所示。

比較發現，方案一為最佳數據方案，但根據實際運行情況，不啟動機力塔風機可能會影響循環水溫度。方案二與方案三相比，流量均符合要求，降低耗電量條件基本相似，不相上下，但從實際運行經驗來看，方案二的備用良好，為同類型設備備用，當設備發生故障時，啟動備用設備對系統的影響最小，因此方案二的可行性更高。方案四符合條件，但是設備備用情況欠佳，對機組安全性有一定影響，暫不考慮。

根據理論數據和實際運行經驗判斷，篩選出方案一（啟動1臺循環水小泵高速運行）和方案二（啟動1臺循環水小泵高速運行，1臺機力塔風機同時運行）進行下一步的試驗驗證。

3 方案驗證

為避免不確定因素對試驗的影響，選擇在同一天氣條件、同一機組負荷下對方案一和方案二分別進行試驗，具體試驗數據如表7所示。

根據具體實施結果，人們可以得出以下結論。一是前提條件比較，方案一和方案二在同一工況、同一環境下均能達到目標要求，有較好的盈利能力。二是實施數據相比而言，在循環水系統耗電量、廠用電率和盈利能力等方面，方案一更加優化。三是存在一定的問題，方案一由于運行工況的要求僅持續了3 h，真實性值得商榷，方案二運行時間為14 h，數據真實性有保障。為此，為了驗證方案一的可行性，擇機做了第二次試驗。試驗數據對照結果如表8所示。

由此可見，在一拖一機組采暖季運行時，循環水系統采用方案一，啟動1臺循環水小泵高速運行，就可以滿足機組運行條件，降低廠用電量33%，增加單位盈利近萬元。

4 結語

此次優化方案能夠較好地滿足機組節能優化的需求，達到預期效果。但是，實際分析過程中仍有一定不足。本研究只是針對一拖一機組采暖季工況而言，具有一定局限性。但此方法具有可復制性，可嘗試對該廠一拖一機組非采暖季、二拖一機組采暖季以及二拖一和一拖一機組同時運行的采暖季等多種工況進行分析，用以指導運行人員的操作調整。此外，在方案優化過程中，還需要上塔門的配合以及對凝汽器進汽量的分析，這些方面仍有進一步討論和分析的空間。

參考文獻：

[1]楊秋輝，黃功文.400 MW燃氣蒸汽聯合循環機組循環水泵運行優化[J].發電設備，2019（2）：142-145.

[2]孫偉，楊占山.汽輪機冷端的影響因素分析及優化運行[J].吉林電力，2013（3）：33-34.