44444×340 MW 機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式仿真與驗(yàn)證

占阜元，王 華，沈永流，敖麗華，萬(wàn)忠海

（1.國(guó)家能源集團(tuán)豐城發(fā)電有限公司，江西 豐城 331100；2.國(guó)能江西電力有限公司，江西 南昌 330029；3.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

近年來(lái)，在國(guó)家節(jié)能降耗政策的推動(dòng)下，深度挖掘燃煤機(jī)組的節(jié)能潛力已成為重中之重。汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)是燃煤機(jī)組的重要組成部分，其主要作用是維持汽輪機(jī)的凝汽器真空[1-2]。凝汽器真空與循環(huán)水流量密切相關(guān)，而循環(huán)水流量取決于循環(huán)水泵的運(yùn)行方式，不同的循環(huán)水泵運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)不同的耗電量，其耗電量約占廠用電量10%～25%[3-4]。

某電廠4×340 MW 機(jī)組每臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)72LKSA-26 型斜流式循環(huán)水泵。各機(jī)組出水采用單管單溝，夏季運(yùn)行二臺(tái)循環(huán)水泵，冬季運(yùn)行一臺(tái)，另一臺(tái)聯(lián)鎖備用。l 號(hào)機(jī)組與2 號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵在同一泵房，循環(huán)水母管裝有聯(lián)絡(luò)門(mén)。同樣，3 號(hào)機(jī)組與4 號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵在同一泵房，循環(huán)水母管裝有聯(lián)絡(luò)門(mén)。這樣，1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組與3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組可分別實(shí)行二機(jī)三泵運(yùn)行方式。

由于1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組與3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)相互隔離。因此．四臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)不能完全互為備用。在機(jī)組檢修或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)不可能全年保持1號(hào)、2號(hào)機(jī)組或3號(hào)、4號(hào)機(jī)組運(yùn)行，特別是三臺(tái)機(jī)組以上運(yùn)行時(shí)。會(huì)因?yàn)檠h(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過(guò)多，造成廠用電中循環(huán)水泵耗電量比例過(guò)大；同時(shí)該電廠所在地區(qū)全年溫差較大，夏季高達(dá)40 ℃，冬季低至0 ℃，會(huì)造成機(jī)組在冬季氣溫低時(shí)循環(huán)水流量過(guò)大，真空過(guò)高，機(jī)組處于極其不經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。

針對(duì)原循環(huán)水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，該電廠采取了以下改進(jìn)方案：在1號(hào)循環(huán)水母管與3號(hào)循環(huán)水母管之間增加一聯(lián)絡(luò)門(mén)，使四臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互備用，使循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)手段更加靈活，可實(shí)行不同機(jī)組運(yùn)行，不同運(yùn)行工況下的優(yōu)化運(yùn)行方案，如四臺(tái)機(jī)組三臺(tái)循環(huán)水泵、三臺(tái)機(jī)組二臺(tái)循環(huán)水泵等[5-6]。

為進(jìn)一步節(jié)省廠用電率，該電廠將循環(huán)水泵電機(jī)由370 rpm單一轉(zhuǎn)速改為370/330 rpm雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在四季水溫及負(fù)荷工況變化時(shí)，該電廠可以通過(guò)改變循環(huán)水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)水泵的投運(yùn)數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的總流量和總功耗[7]。如此一來(lái)，雖然增加了循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，但也增加了循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和盲目性。文中借助德國(guó)STEAG 電站能源公司Ebsilon Professional 電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，深入開(kāi)展循環(huán)水系統(tǒng)的流量和功耗特性仿真研究，為冷端系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供技術(shù)參考。

1 設(shè)備特性分析

1.1 循環(huán)水泵

根據(jù)制造廠提供的額定轉(zhuǎn)速原始資料，通過(guò)流量Q-揚(yáng)程H和流量Q-效率η特性曲線的拓展外延和單調(diào)分段處理，采用“設(shè)計(jì)工況點(diǎn)”與流量Q-揚(yáng)程H標(biāo)幺化特性曲線和流量Q-效率η標(biāo)幺化特性曲線相結(jié)合的計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)馬鞍形Q-H特性曲線循環(huán)水泵在定速工況或變轉(zhuǎn)速工況下流量、揚(yáng)程及效率的仿真計(jì)算功能。

如圖1所示，夏季雙泵并聯(lián)運(yùn)行設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下的容積流量VM0=25 200 m3/h、揚(yáng)程H0=21.86 m和泵效率η0=0.790 4。額定轉(zhuǎn)速n0=370 rpm，變轉(zhuǎn)速nx=330 rpm。

1.2 管路特性

管路阻力是指自循環(huán)水泵入口（取水前池）至凝汽器回水門(mén)出口的整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的水路阻力。對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)，其管路特性隨前池水位、凝汽器回水門(mén)開(kāi)度、凝汽器進(jìn)水門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變動(dòng)而變動(dòng)。在仿真中，管路的“同一設(shè)備”特性由實(shí)體尺寸和物理特性所決定，與外部邊界條件無(wú)關(guān)。

1.3 運(yùn)行方式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，該電廠四臺(tái)機(jī)組可區(qū)分為兩機(jī)運(yùn)行、三機(jī)運(yùn)行以及四機(jī)運(yùn)行。通常，兩機(jī)運(yùn)行可投運(yùn)2～4臺(tái)循環(huán)水泵；三機(jī)運(yùn)行可投運(yùn)3～6臺(tái)循環(huán)水泵；四機(jī)運(yùn)行可投運(yùn)4～8臺(tái)循環(huán)水泵。在不同機(jī)組運(yùn)行數(shù)量和不同循環(huán)水泵投運(yùn)臺(tái)數(shù)下，循環(huán)水泵又可選擇高、低速運(yùn)行。限于文章篇幅，僅列出循環(huán)水泵均處于高速運(yùn)行方式或均處于低速運(yùn)行方式的仿真結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況。

2 仿真結(jié)果分析

2.1 低速運(yùn)行方式

圖2 中，兩機(jī)運(yùn)行指1號(hào)/2號(hào)機(jī)組運(yùn)行，三機(jī)運(yùn)行指1號(hào)/2號(hào)/3號(hào)機(jī)組運(yùn)行，四機(jī)運(yùn)行指1號(hào)/2號(hào)/3號(hào)/4號(hào)機(jī)組運(yùn)行。

圖2 低速運(yùn)行阻力特性

圖2 中，兩機(jī)運(yùn)行包含2泵/3泵/4泵（均低速）三個(gè)工況點(diǎn)，三機(jī)運(yùn)行包含3泵/4泵/5泵/6泵（均低速）四個(gè)工況點(diǎn)，四機(jī)運(yùn)行包含4泵/5泵/6泵/7泵/8泵（均低速）五個(gè)工況點(diǎn)。如圖所示，在相同凝汽器總?cè)肟诹髁肯拢龣C(jī)運(yùn)行管路阻力低于兩機(jī)運(yùn)行；這主要是由于三機(jī)運(yùn)行時(shí)，3號(hào)凝汽器進(jìn)/出水門(mén)開(kāi)啟；相當(dāng)于在1號(hào)/2號(hào)凝汽器基礎(chǔ)之上并聯(lián)了一路支流，整個(gè)水路的管路阻力由此而降低。同理，四機(jī)運(yùn)行的管路阻力低于三機(jī)運(yùn)行的管路阻力。

如圖3 所示，包含兩機(jī)/三機(jī)/四機(jī)運(yùn)行（低速）等所有工況下的循環(huán)水泵總功耗與凝汽器總?cè)肟诹髁客瑯哟笾鲁示€性關(guān)系。

圖3 低速運(yùn)行功耗特性

2.2 高速運(yùn)行方式

如圖4 所示，包含兩機(jī)/三機(jī)/四機(jī)運(yùn)行（均高速）等所有工況下的循環(huán)水泵總功耗與凝汽器總?cè)肟诹髁客瑯哟笾鲁示€性關(guān)系。

圖4 高速運(yùn)行功耗特性

2.3 高速/低速運(yùn)行仿真數(shù)據(jù)對(duì)比

如圖5 所示，整體上，無(wú)論高速運(yùn)行還是低速運(yùn)行，凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關(guān)系，且趨勢(shì)相近。同時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)若為實(shí)現(xiàn)相同的凝汽器總?cè)肟诹髁?，循環(huán)水泵采用低速運(yùn)行往往消耗的廠用電率會(huì)更低一些；但循環(huán)水泵高速運(yùn)行可以獲得更高的凝汽器總?cè)肟诹髁俊?/p>

圖5 高速/低速運(yùn)行功耗特性對(duì)比

2.4 仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

如圖6 所示，整體上，無(wú)論在仿真工況下還是在實(shí)測(cè)工況下凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關(guān)系，且趨勢(shì)相近；但受循環(huán)水系統(tǒng)水阻、前池水位以及回水門(mén)開(kāi)度等不確知因素的影響，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)尚存在一定的偏差。

圖6 仿真實(shí)測(cè)特性對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)水泵是電廠中耗電較大的輔助設(shè)備之一。循環(huán)水泵電機(jī)通過(guò)高低雙速改造，并對(duì)泵的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)行安全可靠，其耗電率明顯降低，節(jié)能效果顯著。無(wú)論在仿真工況下，還是在實(shí)測(cè)工況下，在不同機(jī)組運(yùn)行數(shù)量和不同循環(huán)水泵投運(yùn)臺(tái)數(shù)下，凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關(guān)系，且趨勢(shì)相近；但受循環(huán)水系統(tǒng)水阻、前池水位以及回水門(mén)開(kāi)度等不確知因素的影響，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)尚存在一定的偏差。后續(xù)有必要進(jìn)一步探析前池水位和回水門(mén)節(jié)流調(diào)節(jié)對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)的影響及其規(guī)律。