電廠循環(huán)泵選型配置的經濟性分析

董軍飛

摘要：在火力發(fā)電廠的各個生產環(huán)節(jié)中，循環(huán)泵的用電量占整個電廠用電量的比例很大，因此是衡量電廠經濟性的重要指標之一。文章通過剖析國內某發(fā)電廠循環(huán)泵技術改進的全過程，探討如何根據不同地區(qū)的氣候特點合理選擇循環(huán)泵。通過分析所在地區(qū)不同季節(jié)水溫變化的情況，對循環(huán)泵的工況進行調整，選擇最有效的循環(huán)水泵配置臺數，以求獲得較大的經濟效益。

關鍵詞：循環(huán)泵；選型配置；冷卻倍率；經濟性分析

中圖分類號：TK264.1? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）04-0066-03

0 引言

循環(huán)泵是發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)中的關鍵設備，它就像人的心臟一樣不斷工作以帶動整個循環(huán)水系統(tǒng)正常運行。循環(huán)泵的主要作用是向汽輪機凝汽器提供冷卻水，同時還給各個廠用輔助設備提供軸承冷卻水或其他冷卻水。整個循環(huán)水系統(tǒng)流程如下：循環(huán)泵將溫度較高的水送至涼水塔降溫，再將這些涼水送至需要冷卻的設備，形成一個完整的水循環(huán)。國內發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)大都采用此方式運行，并且循環(huán)泵一般采用低揚程泵［1］。循環(huán)水系統(tǒng)的經濟性分析通用性較強，本文采用國內某發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)相關運行數據，通過介紹該發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)的改進過程及方案選擇，對其安全性和經濟性進行分析、優(yōu)化，可為類似系統(tǒng)的運營提供一定參考。

1 設備配置概況

1.1 循環(huán)泵主要技術參數和工況介紹

國內某發(fā)電廠共3臺汽輪發(fā)電機組，總裝機容量為27 MW。其中，1號、2號汽輪發(fā)電機組為N12－35－1型凝汽式機組，功率為12 MW。3號機汽輪發(fā)電機組為羅馬尼亞AP3－1型凝汽式機組，功率為3 MW。機組冷卻方式采用一次循環(huán)供水模式，循環(huán)泵房裝有3臺長沙水泵廠生產的24SA-10A循環(huán)泵。該循環(huán)泵的主要技術參數見表1。

1.2 循環(huán)泵配置方式分析

各個季節(jié)和不同生產負荷下的循環(huán)水泵配置情況見表2。

經過多年對機組運行指標的分析，發(fā)現表2所采取的循環(huán)泵數量配置存在2個問題。

（1）該發(fā)電廠坐落在國內中部偏西南地區(qū)，該地區(qū)夏季和秋季炎熱，5～10月份的循環(huán)水溫度為17～28 ℃，當2臺循環(huán)泵供水時，按設計流量每臺2 700 t/h計算，冷卻水量僅能滿足1號和2號機組同時正常運行，當并入3號機運行后，冷卻水量明顯不足，凝結器真空處于較低狀態(tài)，汽耗隨之增大。因此，若要維持3臺機組正常運行，需要同時投運3臺循環(huán)泵，而這種配置方式又會使循環(huán)水總流量存在較大富裕量，導致發(fā)電廠用電率升高，并且因缺少備用循環(huán)泵而導致機組運行可靠性降低。

（2）在1月、2月、3月、4月、11月、12月份，循環(huán)水溫度在15 ℃以下，這時候3臺機組配置2臺循環(huán)泵的運行方式就可以提供所需的冷卻水用量，而當只運行1號和2號機組時，2臺循環(huán)水泵的配置又有較大的富裕量，若調整管道節(jié)流調節(jié)閥來改變循環(huán)水泵流量，又會造成因節(jié)流而損耗功率。針對以上情況，該發(fā)電廠做了一項負荷試驗，在試驗中只啟用1臺循環(huán)泵和2臺12 MW的機組，在確保相同氣候條件和維持凝結器真空不變的前提下，保證單臺循環(huán)泵處于額定負荷運轉狀態(tài)，可滿足2臺12 MW機組的帶負荷達到10 MW左右，這項試驗為之后增設的小功率循環(huán)泵的選型提供了參考依據。

由此可見，該發(fā)電廠配置3臺循環(huán)泵的運行模式不能滿足實際需求，且存在較大安全隱患。對此，該發(fā)電廠經過多次論證后，提出進行技術改造，增加1臺循環(huán)泵即4號循環(huán)泵。

2 循環(huán)泵改造方案及選型配置

發(fā)電廠為了彌補不同季節(jié)、不同負荷條件下機組現行循環(huán)泵配置方式的不足，通過場地勘測、投資估算等方面的論證，最終決定采用增設小功率循環(huán)泵的辦法，在保證機組運行安全性和經濟性的前提下，通過對循環(huán)水泵啟動數量進行實時搭配控制達到冷卻水量滿足機組負荷的要求，從而實現節(jié)能降耗的目的。

2.1 凝結器冷卻倍率的選擇

根據當地水文監(jiān)測站提供的歷年各月份平均水溫（見表3）統(tǒng)計可知：每年1月、2月、3月、4月、11月、12月份的最高水溫在15℃以下，而5—10月份水溫在17～28 ℃之間，結合該發(fā)電廠冷凝器冷卻倍率歷年經驗數據和機組歷年運行情況，該發(fā)電廠機組冷卻倍率的選擇如下：夏季和秋季的冷卻倍率取值為56，春季和冬季的冷卻倍率取值為43。

2.2 電廠四季用水情況調查

由于近年來該廠對化學水處理用水、鍋爐沖灰水及部分輔機冷卻用水等系統(tǒng)進行了改造，取水點由原來從凝結器進水母管上抽取改為由凝結器出口供給，從而減少了部分用水量。春季和冬季循環(huán)水溫度較低，各個用水的輔機冷卻水量可適當減少，春季和冬季的機組用水量見表4。夏季和秋季循環(huán)水溫度較高，造成各個輔機冷卻水用水量增大，夏季和秋季的機組用水量見表5。

2.3 不同運行方式下機組的用水量

由表4和表5可以確定該發(fā)電廠3臺機組在各種運行方式下的總循環(huán)水用水量如下。

（1）3臺機組同時運行：春冬季用水量約為4 782 t/h；夏秋季用水量約為6 266 t/h。

（2）2臺（12 MW）機組運行：春冬季用水量約為4 036 t/h；夏秋季用水量約為5 288 t/h。

（3）單臺（12 MV）機組運行：春冬季用水量約為2 018 t/h；夏秋季用水量約為2 644 t/h。

2.4 新增循環(huán)泵的流量確定

機組在不同運行方式下的用水量表明：現行的循環(huán)水泵配置方式（見表2）中的6種運行方式只有2種無法達到機組運行需求，即春季和冬季的2機運行、夏季和秋季的3機運行，這兩種方式的配置極不合理。

（1）春季和冬季的2泵3機配置中，2機運行所需水量為4 036 t/h，而2臺循環(huán)泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，富裕水量＝2×2 700-4 064=1 364 t/h，若只運行1臺循環(huán)水泵，又會造成冷卻水量不夠，缺水量＝4 036-2 700＝1 336 t/h。

（2）夏季和秋季的2泵3機配置中，3機所需水量為6 266 t/h，而2臺循環(huán)泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，遠遠小于所需的冷卻水量6 266 t/h，缺水量＝6 266-2×2 700＝866 t/h；若采用3機3泵配置，雖可滿足用水量的需要，但又存在耗電率偏高（占發(fā)電量的4%左右）和機組運行安全性降低（缺少備用泵）的問題。

綜上分析，新增的4號循環(huán)水泵流量選取應保證能結合不同的外部條件，靈活有效地對循環(huán)水量進行調整，以適應各種運行方式下用水量的需求。因此，水泵的流量取春季和冬季1泵2機運行時的缺水量1 336 t/h作為選泵依據。

2.5 新增循環(huán)泵的選型

新增循環(huán)泵的選型，必須考慮該發(fā)電廠現有設備的實際情況。該發(fā)電廠鍋爐引風機和1號排粉機無備用電動機，為了能在緊急情況下實現電動機相互備用及相互調換，提高運行安全性，取引風機和1號排粉機的匹配功率220 kW作為新設循環(huán)水泵的電機功率。

為了能同時滿足原系統(tǒng)并聯(lián)水泵揚程相同特性和缺水量的要求，新增循環(huán)泵的楊程H=39 m左右；對應的新循環(huán)泵流量Q＝1.07×Qmax＝1.07×1 336 t/h≈1 429 t/h（其中，為考慮管道特性的流量的損失，取損失系數為1.07［2］）。

根據現有循環(huán)泵的現場實測，僅在1號和2號循環(huán)泵之間有3.0 m×2.4 m的安裝場地，因此新的循環(huán)泵外形尺寸必須符合此場地條件。

綜上，新增設的4號循環(huán)泵最后確定型號為長沙水泵廠生產的350S44型水平中開式清水泵，其額定流量為1 260 m3/h，揚程為44 m，軸功率為177.6 kW，滿足使用需求。

3 經濟性分析

該發(fā)電廠實施4號循環(huán)泵技改項目后，一共有4臺循環(huán)泵，1號、2號、3號循環(huán)泵的流量為2 700 m3/h（以下簡稱大循環(huán)泵），4號循環(huán)泵的流量為1 260 m3/h，需要重新改進機組在各運行方式下循環(huán)泵的配置方式（見表6）。

以上6種運行方式中只有春季和冬季的2機運行、夏季和秋季的3機運行這2種方式的配置在技改前后變化較大。由于3號機組全年的利用時間較短，因此對夏季和秋季的3機運行方式不做經濟性分析［3］，只對春季和冬季2機運行（2×12 MW）時采用的不同循環(huán)泵配置方式進行技改前后的經濟性比較，對比情況見表7。

根據表7數據可知，當機組負荷及其他運行參數不變的情況下，2臺大循環(huán)泵供水配置方式的功耗為638 kW，1臺大循環(huán)泵和4號循環(huán)泵供水配置方式的功耗為497 kW。由此可知：每小時節(jié)省的電量＝638-497＝141 kW·h。若按燃煤發(fā)電機組標桿上網電價0.351 5元/kW·h的電價進行計算，每年可獲得經濟收益＝每月節(jié)約電量×年運行月數×電價＝141 kW·h×24 h×30 d×6月×0.351 5元/kW·h≈21.41萬元。

排除凝結器處于極限真空的特殊運行狀態(tài)，保守估計每年節(jié)能產生的經濟收益在20萬元左右。

4 結論

循環(huán)泵技改之后的試運統(tǒng)計數據結果顯示，發(fā)電廠用電率下降了0.6%，節(jié)能效果相當顯著。此結果為本研究的經濟性比較提供了事實支撐，因此可以得出如下結論：在不同季節(jié)不同運行方式下進行循環(huán)泵配置的選擇時，必須遵循機組運行安全和經濟性原則；在同一時期同一運行方式下，當循環(huán)泵配置不變時，應針對負荷、冷卻水溫、河床水位等多變因素及時調整冷卻水量，以確保經濟效益最大化。

5 參考文獻

［1］鄭體寬.熱力發(fā)電廠（第2版）［M］.北京：中國電力出版社，2001：18-32.

［2］徐文通，魏貞偉，李鳳祥.關于離心泵裝置若干問題的探討［J］.中國油脂，2006，31（11）：79-81.

［3］王國清.汽輪機設備運行［M］.北京：中國電力出版社，2004：4-14.