基于雙機一塔循環水系統供暖季單循環水泵應用研究

張 道,王 鵬,李長寬,宋吉慶,王朝立

(1.華能澠池熱電有限責任公司,河南 三門峽 472400;2.水發規劃設計有限公司,山東 濟南 250100)

0 引言

目前,火電廠積極開展節能降耗工作,深挖機組節能潛力,循環水泵是火電廠中耗電量較大的輔機之一,其消耗的電能約占廠總發電量的0.5%,循環水泵的運行方式對凝汽器真空和廠用電率等指標影響較大。因此,研究在一定環境及汽輪機負荷條件下的循環水泵最優運行方式,確定循環水泵的合理運行臺數,保證凝汽器在最佳真空下工作,是提高電廠運行經濟性的重要措施[1-4]。

大多數學者對雙機雙塔型循環水系統進行了分析,文獻[5-6]對冬季雙機雙塔型循環水系統雙機一塔的運行技術及可行性研究進行了分析,但未分析雙機一塔的邏輯修改措施及運行調整方案。文獻[7-12]分別對冬季雙機單泵運行和變頻泵節能改造經濟性進行了分析,但未分析循環水流量與負荷的關系。

針對雙機一塔型循環水系統,研究分析尚少。因此,針對該系統,分析了冬季供熱季4種工況下的循環水流量,求解得到循環水單泵運行的最低負荷點,通過一系列運行調整措施,保證了單泵運行的可操作性,為350 MW雙機一塔型循環水系統采暖季單循環水泵運行提供參考。

1 機組概況

電廠1、2號汽輪機型號為CC350/291-24.2/1.3/0.4/566/566。循環水系統為擴大單元制供水系統,每臺機組配備2臺立式濕井式斜流循環水泵,其中1臺為低速泵,流量為17 496 t/h;另1臺為高速泵,流量為20 304 t/h,水泵揚程為28 m,開式循環水系統每臺機配備2臺開式循環水泵,每臺水泵流量為2300 t/h。每臺機組各配用1臺冷卻面積為22 000 m2的凝汽器,2臺機組共用1座淋水面積為9500 m2的自然通風冷卻塔,每臺機配水分為4個區域,整個塔配水分為8個區域,即2個內圍配水區域,6個外圍配水區域,內圍區面積約為全塔面積的43%,外圍區面積約為全塔面積的57%,通過關閉、開啟閘板,可實現每個配水區域獨立運行。循環水經上塔母管進入中央豎井,通過注水槽、配水管、噴濺裝置后,噴灑到淋水填料上,在淋水填料上換熱后落入集水池,經回水溝后被循環水泵送回到凝汽器和輔機冷卻器供冷卻用水,雙機一塔循環水系統示意圖如圖1所示。

圖1 雙機一塔循環水系統示意圖

2 單循環水泵運行工況分析

根據東方汽輪機有限責任公司提供的數據,采暖季額定供熱工況時低壓缸進汽量為337.75 t/h。凝汽器排汽壓力報警值為13.3 kPa,凝汽器額定排汽壓力為4.9 kPa。低壓缸零出力供熱改造后,根據性能試驗數據,采暖季低壓缸最大進汽量為41.2 t/h,凝汽器排汽壓力報警值為3.9 kPa。采暖季循環水供水平均溫度為13.29 ℃。根據熱平衡公式,按照式(1)、式(2)計算,分別分析了凝汽器壓力報警工況、凝汽器額定壓力工況、低壓缸零出力運行1臺工況、低壓缸零出力運行2臺工況下的循環水流量。

Qx=Qc(Ic1-Ic2)/(I2-I1)

(1)

式中:Qx為循環水流量,t/h;Qc為低壓缸排汽流量,t/h;Ic1為低壓缸排汽焓值,kJ/kg;Ic2為凝結水焓值,kJ/kg;I2為循環水出口焓值,kJ/kg;I1為循環水入口焓值,kJ/kg。

Q=2Qx+2Qk

(2)

式中:Q為雙機循環水流量,t/h;Qk為冷卻水泵流量,t/h。

2.1 凝汽器壓力報警工況

凝汽器壓力為13.3 kPa,循環水平均供水溫度為13.29 ℃,低壓缸排汽流量為337.75 t/h,低壓缸的排汽焓值為2593.96 kJ/kg,凝結水的焓值為215.6 kJ/kg,循環水出口焓值為215.6 kJ/kg,循環水入口焓值為55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,總循環水量為14 653.7 t/h,總循環水流量低于循環水低速泵流量17 496 t/h,因此,循環水低速泵滿足此工況使用要求。

2.2 凝汽器額定壓力工況

凝汽器壓力為4.9 kPa,循環水平均供水溫度為13.29 ℃,低壓缸排汽流量為337.75 t/h,低壓缸排汽焓值為2560.12 kJ/kg,凝結水焓值為136.26 kJ/kg,循環水出口焓值為136.26 kJ/kg,循環水入口焓值為55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,總循環水量為24 949.46 t/h,總循環水流量高于循環水高速泵流量20 304 t/h,因此,可以采取啟用任意2臺循環泵滿足此工況使用要求。

2.3 低壓缸零出力運行1臺工況

凝汽器壓力為3.9 kPa,循環水平均供水溫度為13.29 ℃,低壓缸排汽流量41.4 t/h,低壓缸的排汽焓值為2552.92 kJ/kg,凝結水焓的值為119.58 kJ/kg,循環水出口焓值為119.58 kJ/kg,循環水入口焓值為55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,總循環水量為7758.99 t/h,總循環水流量低于循環水低速泵流量17 496 t/h,因此,循環水低速泵滿足此工況使用要求。

2.4 低壓缸零出力運行2臺工況

由式(1)計算凝汽器額定壓力工況、低壓缸零出力運行1臺工況可知,總循環水量為16 354 t/h,總循環水流量低于循環水低速泵流量17 496 t/h,因此,循環水低速泵滿足此工況使用要求。

通過對4種工況循環水總流量分析,僅有當低壓缸零出力未改造前凝汽器額定壓力工況時,單循環水泵不滿足總循環水流量要求,需啟動雙泵運行,其余3種工況均滿足總循環水流量要求。因此,對該凝汽器額定壓力工況進行迭代計算,當凝汽器壓力為4.9 kPa,循環水平均供水溫度為13.29 ℃,總循環水量為20 304 t/h時,計算得到此時的低壓缸排汽流量為260.65 t/h,即THA工況的77.17%。當負荷<75%時,4種工況均滿足單循環水泵運行要求;當負荷>75%時,需要啟動雙泵運行。

3 單循環水泵運行調整措施及應用

雙機一塔循環水系統通過將供水管聯絡閥門開啟來實現雙機循環水互聯,雙機一塔單循環水泵運行是一種非常規運行方式,具有一定開創性與風險性,主要風險包括運行循環水泵跳閘導致循環水壓力突降、循環水泵出口蝶閥開關不當造成循環水壓力過低、單泵運行壓力低造成冷卻塔落水破壞等,其中最危急風險就是運行單泵出現故障將對2臺機組產生影響,因此采取了一系列調整措施如下。

3.1 循環水泵聯鎖邏輯優化

a. 新增真空絕對值≥15 kPa時聯啟備用循環水泵。

b. 增加1號機組供暖模式下循環水泵投備按鈕,選擇A循環水泵或B循環水泵備用。該模式下自動聯啟控制邏輯如下:1號機組循環水泵投備用邏輯,由1臺泵運行可以投備用修改為母管壓力達到0.12 MPa可以投備用;1號機組循環水泵出口母管壓力由0.13 MPa降至0.1 MPa。

3.2 運行措施優化

a.2A低速循環水泵運行時,2B循環水泵聯鎖備用投入,1號機組循環水投入冬季模式,1A循環水泵聯鎖備用投入,1B循環水泵手動投入備用狀態,監視循環水泵啟動條件滿足。

b. 加強備用循環水泵巡檢,確保軸承潤滑油水側壓力正常、上軸承處無跑冒滴漏現象、電動機冷卻器投入備用、進出風口無異物堵塞;循環水泵電動機上軸承油位高,冷卻水回水流量、溫度正常,若冷卻水流量降低時應及時檢查冷卻水管是否結冰;確保電動機投入正常、繞組溫度高于環境溫度,發現異常應及時檢修。

c. 加強循環水泵出口液動蝶閥油泵電動機及油壓的監視,保證循環水泵出口液動蝶閥油泵聯鎖正常,當油壓低于13 MPa時油泵聯啟、高于16 MPa時油泵聯停,就地檢查出口門液壓油站電源、控制盤信號指示,確保油箱油位在1/2～3/4處;油管路正常無振動、滲油等情況。

d. 加強2號機組2A循環水泵電流、出口母管壓力、電動機繞組溫度、推力軸承溫度、導向軸承溫度、下軸承溫度等參數的監視。

e. 1A循環水泵定期啟動1次,檢查出口液控蝶閥聯鎖開啟是否正常,循環水泵運行時間為2 h,試啟動試驗期間投入1B循環水泵備用。

f. 1A循環水泵啟動運行前將2臺機組膠球系統切至收球位,全面檢查1號、2號機組循環水系統運行正常后,分別開啟2臺機組凝汽器進行排氣,空氣排凈后關閉放空氣門。1A循環水泵運行2 h后,解除1B循環水泵備用,停運1A循環水泵,投入冬季模式備用。

g. 定期進行1A循環水泵、1B循環水泵、2B循環水泵電動機測試絕緣,并定期進行盤泵工作。

h. 定期啟動備用循環水泵冷卻風機運行不少于5 min,啟動時間在絕緣送電后進行。

i. 當任1臺機組真空達到6 kPa時啟動1A循環水泵運行,此時投入冬季模式,1B循環水泵備用,當機組總負荷降至400 MW以下時,解除1B循環水泵備用,停運1A循環水泵,投入冬季模式,1A循環水泵備用。

j. 啟動循環水泵時注意事項。啟動前檢查:①DCS啟動條件滿足,泵啟動允許正常發出,液控蝶閥控制油壓大于13 MPa;②檢查塔盆水位大于1.0 m,軸承冷卻水、電動機上軸封油位油質正常;③就地檢查循環水泵出口液控蝶閥已送電(關閥狀態指示燈亮),就地控制柜電源指示正常,控制方式在遠方位,液壓油泵控制方式為“自動”,控制油壓與DCS顯示一致。啟動時檢查:①循環水泵的正常啟動采用程控方式;②啟動前就地值班員與控制室通信正常;③啟動流程為啟動循環水泵,出口閥聯動開啟15°,電動機啟動,循環水泵出口門全開;④檢查冷卻電動機聯啟正常;⑤檢查啟動電流及返回時間、正常運行電流、泵運行聲音、軸承振動、軸承溫度等參數正常;⑥泵啟動正常后檢查液控蝶閥油壓自動升至13～16 MPa時,液壓油泵自動停止。

k. 停運循環水泵時注意事項。停運前檢查:①DCS泵停運允許正常發出,液控蝶閥控制油壓大于13 MPa;②就地檢查循環水泵出口液控蝶閥電源正常(開閥狀態指示燈亮),就地控制柜電源指示正常,控制方式在遠方位,液壓油泵控制方式為“自動”,控制油壓與DCS顯示一致。停運時檢查:①循環水泵正常停運采用程控方式;②停運前就地值班員與控制室通信正常;③啟動流程為解除備用泵聯鎖,蝶閥關閉至15°,停止循環水泵,檢查出口蝶閥繼續關閉至零、泵不倒轉;④泵停運后檢查液控蝶閥油壓自動升至13～16 MPa時,液壓油泵自動停止;⑤檢查塔盆液位正常,涼水塔淋水正常。

l. 2A循環水泵跳閘時,應檢查2B循環水泵運行參數是否正常,2A循環水泵出口液控蝶閥聯鎖關閉,2臺機組真空是否正常;若2A循環水泵液控蝶閥關閉異常,應就地關閉2A循環水泵出口門,根據機組真空快速降低機組負荷,并立即手動啟動1號機組1A循環水泵,關閉循環水聯絡門。

3.3 單循環水泵運行應用效果

根據實際運行情況,單循環水泵運行后,汽輪機真空未升高,凝汽器端差由5 ℃降至0.5 ℃,停運功率為1400 kW的循環水泵1臺,每日可節電3.3萬kWh,單機廠用電率降低約1%,全廠廠用電率降低約0.5%,具有明顯的經濟效益。

4 結語

雙機一塔循環水系統機組負荷<75%時,4種工況均滿足單循環水泵運行要求。負荷>75%時,需啟動雙泵運行。雙機一塔循環水系統供熱季單循環水泵運行方式可保證機組真空水平的同時,有效降低廠用電率,達到了節能、降耗、增效目的,為存在類似問題的電廠提供參考。