某沿海電廠600 MW機組循環(huán)水系統(tǒng)運行方式優(yōu)化試驗研究

潘繼真，魏海濤，肖國振

(河北國華滄東發(fā)電有限責任公司，河北 滄州 061113)

某電廠在投入商業(yè)運營初期，循環(huán)水系統(tǒng)保持兩機四泵運行方式。夏季，由于海水溫度高，兩機四泵運行方式能夠很好地滿足機組在各工況下的運行需求。但是隨著炎熱夏季的結(jié)束，環(huán)境溫度和海水溫度逐漸降低，在兩機四泵運行方式下凝汽器端差逐漸增大、凝汽器真空逐漸升高，循環(huán)水泵耗能多的弊端越來越突出。循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟運行可以通過以下方式進行:循環(huán)泵電機變頻改造，循環(huán)泵電機改雙速，在兩機三泵運行方式下進一步停運1臺循環(huán)泵以實現(xiàn)兩機兩泵運行方式。目前，由于國內(nèi)大容量循環(huán)泵電機變頻改造費用很高且成功案例很少、變頻器故障率較高、對環(huán)境要求苛刻、維護工作量大且設(shè)備壽命短等原因，在目前技術(shù)條件下暫不適宜進行改造。 循環(huán)泵電機改雙速費用相對較低，但由于進口電機設(shè)計空間狹小，改造困難相對較大，國內(nèi)一些廠家對進口電機改造后存在的問題尚未得到徹底解決，目前國內(nèi)對大容量進口電機改雙速條件尚不成熟。根據(jù)汽溫及海水溫度變化調(diào)整循環(huán)泵運行臺數(shù)的方法是最容易實現(xiàn)的，隨著設(shè)備制造業(yè)技術(shù)水平的提高和日常運行維護工作的深入，設(shè)備可靠性得到了大幅度提升，單泵運行期間設(shè)備跳閘的幾率很低，通過設(shè)備檢修維護工作的深入、定期試驗和輪換工作的推進及專項控制措施的執(zhí)行，兩機兩泵的安全運行方式得到保障［1－4］。

1 設(shè)備系統(tǒng)簡介

某電廠地處沿海，一期工程采用2臺600 MW亞臨界、中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式汽輪機組，為上海汽輪機有限公司采用美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)，主蒸汽壓力為16.7 MPa，主蒸汽溫度為538℃，再熱蒸汽壓力為3.234 MPa，再熱蒸汽溫度為538℃，額定工況蒸汽流量為1 758.297 t/h，額定工況下設(shè)計凈熱耗為7 745.5 kJ/kWh;凝汽器為雙背壓、雙殼體對分流程、表面式凝汽器，冷卻面積為38 000 m2，循環(huán)倍率為55，設(shè)計平均背壓為5.4 kPa，凝汽器阻力約為70 kPa，設(shè)計出水溫度為10～33℃，設(shè)計進水溫度為20～43℃;每臺機組配備2臺型號為2BE1 353－0MY4的水環(huán)式真空泵，轉(zhuǎn)速為590 r/min，凝汽器最低運行背壓下抽吸壓力為4.9 kPa，真空泵極限抽吸壓力為3.3 kPa。

該電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用海水直接冷卻，未設(shè)置冷卻水塔，循環(huán)水通過凝汽器自然降溫后直接排至大海。在2臺機組循環(huán)泵出口設(shè)置聯(lián)絡(luò)管，在聯(lián)絡(luò)管上設(shè)置隔斷蝶閥，能夠?qū)崿F(xiàn)雙機循環(huán)水系統(tǒng)的快速聯(lián)通和隔絕。每臺機組配置2臺由日本進口的雙筒形、立式、單支座、固定轉(zhuǎn)速、固定葉片、可抽芯斜流泵，轉(zhuǎn)速為330 r/min，電機功率為3 300 kW，單臺泵流量為10.31m3/s，揚程為21.44m。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 循環(huán)水流量和循環(huán)水泵耗功試驗結(jié)果

為取得兩機四泵、兩機三泵、兩機兩泵不同組合方式下A機組的實際運行數(shù)據(jù)，配合不同的循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門狀態(tài)和機組凝汽器循環(huán)水出口門開度，在每種循環(huán)泵組合方式下分別進行3組試驗，見圖1～圖3。

由圖1可見，在兩機四泵運行方式下，2臺機組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉，在A機組凝汽器循環(huán)水出口門開度分別為100%、90%和80%時，循環(huán)水流量與循環(huán)水泵耗功變化均不大，綜合分析可將90%開度作為兩機四泵運行方式下的循環(huán)水出口門開度。

由圖2可見，在兩機三泵運行方式下，2臺機組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)管閥門開啟，在A機組凝汽器循環(huán)水出口門開度分別為70%、85%和100%時進行測量，開度從70%升至85%時，循環(huán)水流量增加較多，從85%升至100%全開時的循環(huán)水流量變化很小，相應(yīng)2次變化時的循環(huán)水泵耗功增加量基本一致，綜合分析可將85%開度作為兩機三泵運行方式下的循環(huán)水出口門開度。

由圖3可見，在兩機兩泵情況下，2臺機組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)管閥門開啟，在A機組凝汽器循環(huán)水出口門度分別為40%、50%和60%時進行測量，開度從40%升至50%時，循環(huán)水流量增幅較大，而從50%變至60%開度時的循環(huán)水流量增幅略低，同時，相應(yīng)循環(huán)水泵耗功變化不大，綜合分析可將50%開度作為兩機兩泵運行方式下的循環(huán)水出口門開度。

表1 機組負荷在各工況下的背壓計算值kPa

圖4 凝汽器熱負荷與電功率的關(guān)系曲線

2.2 凝汽器熱負荷的確定

通過各主機試驗工況下的凝汽器特性計算，可得在不同電功率下的凝汽器熱負荷如圖4所示。

2.3 凝汽器背壓試驗結(jié)果

在忽略潮位變化影響的前提下，凝汽器變工況計算有3個重要的變量參數(shù)，第一個變量為循環(huán)水流量，即對應(yīng)不同的循環(huán)水泵組合方式;第二個變量為凝汽器循環(huán)冷卻水入口溫度;第三個變量為凝汽器熱負荷，即對應(yīng)不同的主機負荷。

根據(jù)各負荷試驗下的凝汽器實際運行特性，分別改變上述3個變量參數(shù)，通過凝汽器變工況計算，得出A機組在不同循環(huán)水泵組合方式下，負荷分別為600 MW、500 MW、400 MW、300 MW時，循環(huán)冷卻水入口溫度在5～33℃取值的凝汽器背壓見表1。考慮到汽輪機排汽的極限背壓值，對低于3 kPa的背壓計算值均取為3 kPa來進行計算。

2.4 最佳真空值

根據(jù)循環(huán)水泵在不同組合方式下的流量與耗功關(guān)系和在不同海水溫度下凝汽器真空與機組負荷的對應(yīng)關(guān)系，得出A機組在不同循環(huán)水組合方式下的凝汽器背壓，即可計算出背壓變化所引起的機組出力變化。

對機組出力變化和循環(huán)水泵的耗功變化匯總比較，可得在不同主機負荷、不同循環(huán)冷卻水溫時A機組運行的最佳真空值見表2。

2.5 循環(huán)水泵節(jié)能運行方式

在實際工作中可根據(jù)每周或每月的循環(huán)水溫情況，同時參考負荷調(diào)度計劃情況，制定切合實際的循環(huán)水泵運行方式和啟停規(guī)則，最大限度地接近最佳方式運行。由循環(huán)水泵經(jīng)濟運行方式分界線(圖5)可知，當海水溫度高于27℃時，選擇“兩機四泵”運行方式;海水溫度在18～27℃時選擇“兩機三泵”運行方式;在海水溫度降至18℃以下時選擇“兩機兩泵”運行方式。

表2 A機組運行的最佳真空值 kPa

圖5 循環(huán)水泵經(jīng)濟運行方式分界線

2.6 節(jié)能效果分析

通過對近幾年來電廠用作循環(huán)水的海水溫度進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)雖然每年同一天的海水溫度略有偏差，但每年海水溫度變化時間基本相同，2010～2011年海水溫度變化與日期對應(yīng)關(guān)系見表3。

由表3可知，每年能夠?qū)崿F(xiàn)“兩機兩泵”經(jīng)濟運行方式的時間長達197 d，考慮每臺機組每年檢修循環(huán)泵停運30 d，每年實際采用“兩機兩泵”經(jīng)濟運行方式的時間按137 d計算，在循環(huán)泵電耗方面，“兩機兩泵”運行方式比“兩機三泵”運行方式每年能減少廠用電耗867.7萬kWh，按0.35元/kWh電價計算，至少增加公司收入300多萬元，節(jié)能效果顯著。

在不同的循環(huán)水泵組合方式下，根據(jù)優(yōu)化前后的凝汽器循環(huán)水泵出門開度和凝汽器背壓，可計算在600 MW負荷、循環(huán)冷卻水溫為20℃時，優(yōu)化前后所引起的機組出力增加值見表4。

表3 2010～2011年海水溫度變化與日期對應(yīng)關(guān)系

表4 優(yōu)化前后的節(jié)能效果對比

目前，大多數(shù)電廠已經(jīng)實現(xiàn)了“兩機三泵”運行方式，只是沒有將海水溫度對機組經(jīng)濟性的影響進行深入研究，因此沒有選擇好“兩機三泵”的最佳運行時間，同時，有許多電廠還沒有在海水溫度低于18℃時實現(xiàn)“兩機兩泵”的運行方式［5－6］。

3 結(jié)論

循環(huán)水系統(tǒng)運行方式優(yōu)化后，每年能減少廠用電耗867.7萬kWh，按0.35元/kWh計算，在循環(huán)水泵電耗方面至少使公司收入增加300多萬元，節(jié)能效果顯著。近幾年國內(nèi)電力建設(shè)迅猛發(fā)展，尤其在沿海地區(qū)建設(shè)了許多單機容量為600 MW的機組并相繼投入商業(yè)運營。該廠2×600 MW機組循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟運行方式的優(yōu)化對國內(nèi)同類型沿海電廠提供了借鑒。

［1］ 徐海新，張 林，王興平．600 MW機組循環(huán)水和真空系統(tǒng)運行優(yōu)化［J］．發(fā)電設(shè)備，2009，23(3):191－194．

［2］ 石 誠，余 平，龍國慶．1 000 MW超超臨界機組海水直流供水系統(tǒng)循環(huán)水泵配置方案的探討 ［J］．電力建設(shè)，2008，51(3):54－55．

［3］ 劉 哲，王松嶺，王 鵬．300 MW機組單元制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行［J］．汽輪機技術(shù)，2010，53(6):475－477．

［4］ 熊 武，李明芳．豐城電廠4臺300 MW機組循環(huán)水泵運行優(yōu)化方案［J］．江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010，23(4):47－49．

［5］ 黃 柱，康支霞，張 憲．循環(huán)水泵運行方式的經(jīng)濟性分析 ［J］．儀器儀表用戶，2008，15(4):126－127．

［6］ 龍德曉，賈曉朵，任若飛．循環(huán)水系統(tǒng)操作費用的優(yōu)化研究 ［J］．節(jié)能技術(shù)，2009，27(5):430－434．