火電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行研究

馬永剛

(遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

火電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行研究

馬永剛

(遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

從優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的實際需求出發(fā)，提出了循環(huán)水系統(tǒng)布置方式及運行方式的優(yōu)化方案。根據目前電力市場的實際情況，提出凝汽器最佳真空及最佳循環(huán)水量的確定方法，研究切合實際的循環(huán)水泵優(yōu)化調度方案。以東方電廠國產引進型350 MW凝汽式汽輪機組為例，研究循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化布置及運行方式，制定并實施了循環(huán)水泵優(yōu)化調度方案，保證了任何工況下汽輪機組的凝汽器真空值及循環(huán)水量都接近最佳值。

汽輪機組;循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化運行;循環(huán)水泵優(yōu)化調度

火力發(fā)電廠汽輪機組循環(huán)水系統(tǒng)的耗電量約占電廠總發(fā)電量的1.5%左右［1］，廠用電率的高低與循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式關系密切。因此，研究循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行方式，對于節(jié)省廠用電量，提高電廠的經濟效益具有重要意義［2］。

1 循環(huán)水系統(tǒng)布置方式的優(yōu)化

目前，單元制機組循環(huán)水系統(tǒng)布置方式主要有單元機組自循環(huán)供水系統(tǒng)和單元機組間聯絡管循環(huán)供回水系統(tǒng)2種。對于循環(huán)水泵而言，出力有高低速電機、葉片角度可調整及變頻等幾種調節(jié)方式［3］。單元機組間聯絡管循環(huán)供回水系統(tǒng)配合循環(huán)水泵的出力調節(jié)有利于循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化，具有優(yōu)勢。圖1為遼寧東方電廠單元機組間聯絡管循環(huán)供回水系統(tǒng)。每臺機組循泵出口設置供水聯絡門，循環(huán)水回水母管設置回水聯絡門。循環(huán)水回水分2路，一路正常上塔淋水，一路冬季下塔直接進入塔盆水池防凍。2臺水塔水池之間設置連通溝，采用閘板隔離，正常時保持連通，可使兩塔水位基本持平。

圖1 遼寧東方電廠單元機組間聯絡管循環(huán)供回水系統(tǒng)

2 循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化

2.1 機組運行中運行方式的優(yōu)化

單元制2臺機組循環(huán)水供回水系統(tǒng)通過供回水聯絡管連接，機組運行中，可根據循環(huán)水溫度、機組負荷率及真空度情況決定實施哪種循環(huán)水泵并列運行方式 單機單循環(huán)水泵方式 兩機三循環(huán)水泵方式及兩機四循環(huán)水泵方式)。對循環(huán)水量進行優(yōu)化調節(jié)，既可提高2臺機組循環(huán)水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，還可提高循環(huán)水系統(tǒng)運行的經濟性［4］。夏季循環(huán)水溫度較高，汽輪機真空相對較低，影響到機組的正常出力，為提高真空值，啟動1臺循環(huán)水泵來增加循環(huán)水量，合理調度循環(huán)水泵是取得經濟真空的有效措施。因循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，冷卻面積不變，循環(huán)水量增加時，流速增大，換熱量增加，從而提高凝汽器真空，增加帶負荷能力，提高機組效率［5］。

2.2 啟、停機過程中運行方式的優(yōu)化

機組啟、停機過程中，由于要維持部分輔助設備的正常運行，循環(huán)水泵需長時間陪伴運行，而此時段的循環(huán)水量遠遠大于運行需要，造成了不必要的浪費。由于運行機組實際負荷率普遍較低，循環(huán)水量往往過剩，因此可通過循環(huán)水聯絡管由運行機組的循環(huán)水帶機組啟、停機過程中的負荷。機組啟動過程中，鍋爐上水至汽輪機沖動期間，由鄰機循環(huán)水通過供水聯絡母管為本機提供冷卻水，適當開啟循環(huán)水供水聯絡門，調整、限制循環(huán)水至凝汽器供回水門的開度，保持開式水泵入口壓力在規(guī)范要求壓力以上，啟動開式水泵運行。待機組沖動后，汽輪機低壓缸進入蒸汽后，啟動本機單臺循環(huán)水泵運行，可使循環(huán)水泵少運行15 h左右。按1臺循環(huán)水泵每小時耗電1 915 kW、上網電價0.353元/kWh計算，可節(jié)約10 140元。機組停運后，要保持盤車連續(xù)運行，來緩慢降低缸體溫度，此時需要潤滑油系統(tǒng)運行，為保證潤滑油及軸承溫度，需要循環(huán)冷卻水。機組停運后的缸體溫度通常在350℃以上，按規(guī)程規(guī)定排汽溫度低于50℃方可停止循泵運行，一般在停機后第2天即可達到此溫度。但機組缸體溫度降到可停止盤車、停止?jié)櫥拖到y(tǒng)一般至少需要7天。潤滑油運行期間，需保證有冷卻水運行，如按正常的系統(tǒng)運行方式，至少需要運行1臺循環(huán)水泵，增加了廠用電量的消耗。利用鄰機循環(huán)水通過循環(huán)水供水聯絡母管為本機提供冷卻水源、開啟循環(huán)水供水聯絡門及開式水泵出入口，為凝汽器及開式水用戶提供水源，本機的循環(huán)水泵及開式水泵可提前停止運行7天左右。可節(jié)約113 567元，大大節(jié)省了機組啟、停機過程中的廠用電耗量，提高了機組運行的經濟性。

2.3 停機后運行方式的優(yōu)化

目前，電力市場發(fā)電能力明顯過剩，尤其是東北電網 常常出現 容量機組停備情況 此工況下可實施循環(huán)水一機兩塔運行方式，即運行機組的凝汽器部分循環(huán)水回水，通過循環(huán)水回水聯絡管進入停運機組的冷卻水塔進行冷卻，冷卻后的低溫循環(huán)水通過2臺機組循環(huán)水連通進入運行機組的循環(huán)水塔盆內。由于循環(huán)水塔冷卻面積增加1倍，降低了循環(huán)水溫度，提高了運行機組真空度，從而提高了機組運行的經濟性。東方電廠在夏季實施循環(huán)水一機兩塔運行方式時，循環(huán)水實施一機兩塔運行方式可使循環(huán)水溫度平均降低3.5～4℃，機組真空度提高1.2～1.5個百分點。

3 循環(huán)水泵優(yōu)化調度

3.1 循環(huán)水泵優(yōu)化調度的意義

進入21世紀，電力市場實施“廠網分家”改革后，各大發(fā)電集團的發(fā)電能力提高很快，致使電力市場的供求關系發(fā)生實質性變化，由供不應求向供大于求轉變?；痣姍C組的負荷率基本維持在60%左右，甚至出現50%容量的停機備用，發(fā)電負荷率被嚴格控制，發(fā)電能力被大幅限制。如何爭取最大限度的上網供電量，使火電企業(yè)經濟效益達到最大化，已成為各火力發(fā)電企業(yè)的工作之重。循環(huán)水泵是火電廠耗電量較大的重要輔機之一，實施循環(huán)水泵優(yōu)化調度，最大限度節(jié)省廠用電量，對于提高火電廠的經濟效益具有重要意義。

3.2 循環(huán)水泵優(yōu)化調度的指導思路

循環(huán)水泵優(yōu)化調度的實質就是確定最佳循環(huán)水流量及最佳真空值［6］。循環(huán)水量優(yōu)化運行基本因素的關系:凝汽器循環(huán)水量減少→循環(huán)水泵用水電量減少→廠用電率降低→機組發(fā)電量不變的基礎上上網供電量增加→零成本上網電量價值;凝汽器循環(huán)水量減少→凝汽器真空度降低→汽輪機熱耗率升高→汽輪機效率降低→機組發(fā)電量不變的基礎上需多耗燃煤量→多耗燃煤量價值?？梢姡愠杀旧暇W電量價值與多耗燃煤量價值的差值 (凈增益值)，即是循環(huán)水泵的最佳運行方式。

3.3 循環(huán)水泵優(yōu)化運行的計算

根據循環(huán)水泵優(yōu)化調度的指導思路，通過一系列的理論計算及結合實際運行數據，分析指導循環(huán)水泵的優(yōu)化調度［7］。單元機組間聯絡管循環(huán)供回水系統(tǒng)可以實施單機單循環(huán)水泵方式、兩機三循環(huán)水泵方式和單機兩循環(huán)水泵 (兩機四循環(huán)水泵)3種組合方式。

表1為排汽壓力變化1 kPa及廠用電率變化1%對煤耗值的影響。循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算過程如下(假定2臺機負荷450 MW，真空93.1 kPa，啟動1臺循泵后真空變化值0.6 kPa，循泵電流195 A，標煤單價650元，上網稅后電價0.353元):

表1 排汽壓力變化1 kPa及廠用電率變化1%對煤耗值的影響

循泵廠用電量 =UIcosθ=6.3 ×195 ×1.732 ×0.9/1 000=1.915 W

循泵電量折合上網電價 Q1=1.915×0.353×1 000=676元

真空變化值影響煤耗 =0.6 ×3.885 63=2.33 g

真空變化值影響標煤量=2.33×450/1 000=1.049 t

真空變化影響標煤價值 Q2=1.049×650=681元

凈收益Q=Q2-Q1

通過以上測算可得出啟、停1臺循泵后整機的凈收益量。機組負荷為啟、停循泵時兩機合計負荷值;機組真空為當時兩機平均真空值;影響真空值為啟、停循泵后真空值穩(wěn)定時兩機真空變化值的平均數值;影響煤耗值可通過機組真空 (排汽壓力)查詢表1對應數值。循泵啟、停后，通過計算即可求出啟、停循泵的凈收益，數值為正值，說明經濟，否則不經濟。根據計算可知，2臺機負荷450 MW、真空93.1 kPa，啟動1臺循泵，兩機真空值平均升高0.6 kPa以上是經濟的。通過計算，可求得不同負荷率及真空下啟、停1臺循泵后的凈收益值。

運行中根據循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算，結合環(huán)境溫度變化趨勢及機組負荷率的預期變化，進行循環(huán)水泵的優(yōu)化調度，并根據機組實際運行工況的變化，利用循環(huán)水泵優(yōu)化調度實時收益測算，可從根本上克服循環(huán)水泵啟、停的隨意性及盲目性，保證任何工況下汽輪機組的循環(huán)水量及真空值接近最佳值，從而大幅提高汽輪發(fā)電機組運行的經濟性［8］。

4 結束語

根據目前火電廠汽輪機組循環(huán)水系統(tǒng)布置方式的特點，從優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的實際出發(fā)，提出循環(huán)水系統(tǒng)布置方式及運行方式的優(yōu)化方案。根據目前電力市場的實際情況，提出提高凝汽器真空的有效方法，研究切合實際的循環(huán)水泵優(yōu)化調度方案。研究過程中，以東北地區(qū)東方電廠國產引進型350 MW凝汽式汽輪機組為例，研究確定循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化布置及運行方式，同時制定并實施循環(huán)水泵優(yōu)化調度方案，保證任何工況下汽輪機組的凝汽器真空值及循環(huán)水量接近最佳值，收到了滿意的效果。

［1］ 蔣明昌.火電廠能耗指標分析手冊［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］ 肖增弘，張瑞青，李 勇，等.凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方案的研究 ［J］.沈陽工程學院學報 (自然科學版)，2011，7(4):305-307.

［3］ 李 敬，魏運剛.循環(huán)水泵的節(jié)能改造理論與應用 ［J］.東北電力技術，2005，26(7):11-13.

［4］ 樂 俊，菅從光，張 輝.火電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行研究 ［J］.熱力發(fā)電，2008，37(6):9-12.

［5］ 馬立恒，王運民.火電廠凝汽式汽輪機冷端運行優(yōu)化研究［J］.汽輪機技術，2010，52(4):137-140.

［6］ 冀玉春.循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化方法試驗分析［J］.東北電力技術，2002，23(2):18-20.

［7］ 王愛軍，李艷華.循環(huán)水泵優(yōu)化運行方式的在線分析與研究 ［J］.汽輪機技術，2005，47(2):130-131.

［8］ 潘繼真，魏海濤，肖國振.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 ［J］.東北電力技術，2012，33(5):28-31.

Research on Circulating Water System Optimized Operation for Coal-fired Power Plant

MA Yong-gang
(East Power Generation Co.，Ltd.，Fushun，Liaoning 113007，China)

Viewing real demand of circulating water system operation mode，it proposes layout and optimization of operation mode.According to the actual situation of power market at present，it proposes a method for determining the optimum vacuum of condenser and circulating water，circulating water pump optimal scheduling scheme of practical.In the process of research，taking East Power Plant imported type 350 MW steam turbine unit as an example，it studies on the optimization of layout and operation mode of circulating water system，on the formulation and implementation of the circulating water pump optimal scheduling，and ensures the best value of the vacuum of condenser of steam turbine unit under any conditions.

Steam turbine;Circulating water system;Optimal operation;Circulating water pump optimal scheduling

TM621.7

A

1004-7913(2014)01-0053-03

馬永剛 (1982—)，男，學士，工程師，從事汽輪機運行工作。

2013-09-12)