冷卻循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

馮亦武，趙明德，李開創(chuàng)

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

冷卻循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

馮亦武，趙明德，李開創(chuàng)

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

詳細(xì)論述了冷卻循環(huán)水水溫對(duì)汽輪機(jī)組凝汽器真空的影響，結(jié)合多臺(tái)汽輪機(jī)組的電廠實(shí)際情況提出了冷卻循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)措施，為火力發(fā)電廠夏季提高機(jī)組真空、節(jié)能降耗提供了一種新的解決思路。通過一個(gè)具體工程應(yīng)用實(shí)例，闡述了冷卻循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法和注意事項(xiàng)，論證了冷卻循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)節(jié)能技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

冷卻循環(huán)水；聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；真空；節(jié)能

0　引言

電廠的冷端損失是各個(gè)損失環(huán)節(jié)中最大的一項(xiàng)，如果冷卻塔性能不好，或者是運(yùn)行不穩(wěn)定，將會(huì)使循環(huán)冷卻水的溫度升高，而冷卻水溫的升高將使凝汽器的真空下降，汽輪機(jī)組的工作效率下降，從而導(dǎo)致發(fā)電煤耗增加，從而影響電廠的經(jīng)濟(jì)性。

目前提高汽輪機(jī)組凝汽器真空的方法較多，可采用汽輪機(jī)通流改造、凝汽器布管改造、機(jī)力通風(fēng)冷卻塔輔助降溫等方案，但要考慮場(chǎng)地、工期、造價(jià)、技術(shù)復(fù)雜度等影響。

對(duì)于汽輪機(jī)組較多的電廠，提高汽輪機(jī)組真空的方法就不僅僅局限于汽輪機(jī)組本身，需要將整個(gè)電廠看成一個(gè)體系，進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能。受電網(wǎng)公司調(diào)度影響，裝機(jī)容量較大，汽輪機(jī)組較多的發(fā)電廠，汽輪機(jī)組年發(fā)電有效利用小時(shí)數(shù)不高，因此存在汽輪機(jī)組負(fù)荷率不一致，有高有低，冷卻塔的利用率也是有高有低。有的汽輪機(jī)組冷卻塔已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，有的汽輪機(jī)組冷卻塔才發(fā)揮了一半的作用。因此可以將汽輪機(jī)組的循環(huán)水資源以及冷卻塔的冷卻能力綜合利用起來，利用有富余能力的冷卻塔來分擔(dān)一部分冷卻能力不足的冷卻塔的循環(huán)水，從而提高后者的真空度，達(dá)到節(jié)能降耗的作用。對(duì)于擁有較多汽輪機(jī)組的電廠來講，通過這種循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)來提高汽輪機(jī)組真空的技術(shù)，投資較少，經(jīng)濟(jì)合理。

1　循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理介紹

循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是把真空較低機(jī)組的高溫循環(huán)水，分流一部分，經(jīng)另外一臺(tái)機(jī)組冷卻塔冷卻，再回到原冷卻塔塔池，從而降低循環(huán)水溫度，已達(dá)到提高機(jī)組真空的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行節(jié)能技術(shù)。如圖1所示。1號(hào)機(jī)組循環(huán)水溫度過高，導(dǎo)致機(jī)組真空過低，影響機(jī)組安全和發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。單從冷卻塔方面考慮，這說明冷卻塔不能完全冷卻機(jī)組循環(huán)水，使其達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)。這時(shí)，如圖虛線所示，增加一根連通管，將1號(hào)機(jī)組的一部分循環(huán)水分到3號(hào)機(jī)組的冷卻塔上。1號(hào)機(jī)組循環(huán)水上冷卻塔水量減少，下塔的這一部分循環(huán)水水溫較改造之前降低；而分到3號(hào)機(jī)組冷卻塔的循環(huán)水利用該塔的未被利用的冷卻能力將水溫降低，再經(jīng)兩臺(tái)機(jī)組塔池或前池的連通管回到1號(hào)機(jī)循環(huán)水泵入口。最終循環(huán)水水溫降低，提高了機(jī)組凝汽器真空度，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的作用。

圖1　循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理圖

2　循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電廠中的應(yīng)用

2.1循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)條件分析

對(duì)某電廠進(jìn)行循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。該電廠建設(shè)有2臺(tái)350MW機(jī)組，4臺(tái)200MW機(jī)組。該廠350MW機(jī)組冷卻塔周圍建有建筑物與隔音墻，導(dǎo)致其冷卻塔能力嚴(yán)重下降。在2014年夏季嚴(yán)重的時(shí)候，循環(huán)水系統(tǒng)的回水溫度高達(dá)48.9℃，排汽溫度為55℃，凝汽器真空度為-83.49MPa。現(xiàn)通過對(duì)200MW機(jī)組循環(huán)水的設(shè)計(jì)參數(shù)及歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)200MW機(jī)組冷卻塔在處理各自機(jī)組循環(huán)冷卻水的降溫工作后，冷卻塔還有較多的富裕冷卻能力。若能采取措施將350MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)與200MW機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，利用200MW機(jī)組冷卻塔處理350MW機(jī)組部分循環(huán)水的降溫工作，則可以在保證200MW機(jī)組經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行的情況下，來降低350MW機(jī)組循壞冷卻水的溫度，使350MW機(jī)組達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全性運(yùn)行。

2.2循環(huán)水管道聯(lián)網(wǎng)調(diào)節(jié)

該電廠現(xiàn)有6臺(tái)機(jī)組，機(jī)組之間可以靈活調(diào)節(jié)，就目前的運(yùn)行數(shù)據(jù)來看200MW機(jī)組夏季工況下時(shí)，其機(jī)組真空均較好，350MW機(jī)組夏季工況下真空度較差，如下圖所示：

由上圖可知，200MW機(jī)組在2014年夏季工況下，真空度較好，最惡劣天氣條件下（7月20日）其真空度約為-90.4kPa，350MW機(jī)組在2014年夏季工況時(shí)，真空度較差，均在-85～90 kPa之內(nèi)，最惡劣天氣條件下（7月20日）其真空度降低至-83 kPa，對(duì)機(jī)組的負(fù)荷以及安全型造成了嚴(yán)重的影響。

由于減噪防噪的要求，350MW機(jī)組冷卻塔周圍已經(jīng)建設(shè)了約半圈的防噪墻，加之目前正在進(jìn)行機(jī)組脫硝增容改造工作，施工區(qū)以及建筑區(qū)均在350MW機(jī)組塔側(cè)，進(jìn)一步造成了350MW機(jī)組冷卻塔的進(jìn)風(fēng)量的減少，影響了冷卻塔的冷卻能力。經(jīng)過分析，建筑物的遮擋是造成進(jìn)風(fēng)量減少的主要原因，最終導(dǎo)致了冷卻塔出水溫度的升高，機(jī)組真空度的升高。

通過200MW機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可知200MW機(jī)組的夏季運(yùn)行工況時(shí)真空度較好，凝汽器與循環(huán)水換熱溫差較小，冷卻塔冷卻效果較好，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)算出冷卻塔的冷卻能力為設(shè)計(jì)值的108%，即冷卻塔的富裕度約為8%。因此可以考慮通過循環(huán)水管道聯(lián)網(wǎng)將350MW機(jī)組部分循環(huán)水分流至200MW機(jī)組冷卻塔中冷卻降溫，減少350MW機(jī)組冷卻塔的冷卻負(fù)荷，最終降低350MW機(jī)組冷卻塔出水溫度，保證機(jī)組真空在安全運(yùn)行范圍之內(nèi)。

圖2　350MW機(jī)組負(fù)荷和真空度對(duì)比表

圖3　200MW機(jī)組負(fù)荷和真空度對(duì)比表

采用循環(huán)水管道聯(lián)網(wǎng)，通過200MW機(jī)組冷卻塔分流部分350MW機(jī)組冷卻塔冷卻負(fù)荷，解決200MW機(jī)組真空度偏高的問題，技術(shù)難度小，施工周期短，投資少，對(duì)機(jī)組本身以及冷卻塔均無影響。

2.3循環(huán)水管道聯(lián)網(wǎng)方案

350MW機(jī)組循環(huán)泵單機(jī)雙泵運(yùn)行時(shí)，流量為41798.2t/h；200MW機(jī)組循環(huán)泵單機(jī)雙泵運(yùn)行時(shí)，流量為26000t/h。根據(jù)日常運(yùn)行報(bào)表分析，夏季惡劣工況運(yùn)行時(shí)，均采用單機(jī)雙泵的運(yùn)行模式，故本方案中350MW機(jī)組冷卻塔的計(jì)算循環(huán)水流量取值為41798.2t/h，邊界計(jì)算參數(shù)見表1。

表1　035MW機(jī)組計(jì)算邊界參數(shù)

當(dāng)350MW機(jī)組冷卻塔分流7248t/h時(shí)，冷卻塔出水溫度可降低3℃；此時(shí)兩臺(tái)220MW機(jī)組冷卻塔各分流約3620t/h，兩臺(tái)220MW機(jī)組冷卻塔出水溫度升高0.52℃。

循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，壓力匹配是至關(guān)重要的條件。350MW機(jī)組與220MW機(jī)組循環(huán)泵出口壓力分析見表2。

表2　循環(huán)泵出口壓力比較

由上表分析可知，350MW機(jī)組循環(huán)水出口處的壓力略大于220MW機(jī)組循環(huán)水出口壓力，有利用350MW機(jī)組循環(huán)水向220MW機(jī)組循環(huán)水管道中分流。

2.4環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益分析

汽輪發(fā)電機(jī)組的電廠，冷卻水溫度的下降和熱效率的提高成正比關(guān)系［1］，對(duì)于中壓機(jī)組，冷卻水的溫度每下降1℃，機(jī)組效率能夠提高0.47%；對(duì)于高壓機(jī)組則能提高0.35%；對(duì)于核電廠則能提高0.7%［4］。冷卻塔出塔水溫每升高1℃對(duì)發(fā)電機(jī)組效率影響的具體數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3　出塔水溫升高1℃時(shí)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性變化［2，3］

一臺(tái)350MW機(jī)組冷卻塔分流7248t/h至兩臺(tái)220MW機(jī)組冷卻塔時(shí)，冷卻塔出水溫度降低3℃，350MW機(jī)組煤耗率降低2.22g/kWh，按照機(jī)組夏季1800有效利用小時(shí)數(shù)計(jì)算，整個(gè)夏季節(jié)煤1398.6t；220MW機(jī)組冷卻塔出水溫度升高0.52℃，兩臺(tái)220MW機(jī)組煤耗率均增加0.555g/kWh，按照機(jī)組夏季1800有效利用小時(shí)數(shù)計(jì)算，整個(gè)夏季多耗煤439.6t。因此，技術(shù)改造3結(jié)語

后，一個(gè)夏季工況運(yùn)行工況下，整個(gè)電廠可節(jié)約標(biāo)煤約959t，減排CO2約2512t，SO2約8.15t，NOx約7.1t。在只需要改變機(jī)組運(yùn)行方式，基本不需要投資的情況下，按標(biāo)煤600元/t計(jì)算，整個(gè)夏季節(jié)煤收益約57.5萬元。

循環(huán)水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過綜合利用多座冷卻塔冷卻能力，降低循環(huán)水溫度，提高機(jī)組真空的節(jié)能技術(shù)。通過實(shí)際案例應(yīng)用，證明聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)在擁有多臺(tái)機(jī)組的電廠里切實(shí)可行，具有良好的節(jié)能減排效益。

［1］康松，楊建明，胥建群.汽輪機(jī)原理［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］馮浩，周世祥.循環(huán)水冷卻塔節(jié)能技改分析［A］.全國火電大機(jī)組競(jìng)賽第11屆年會(huì)論文集［C］.2007.

［3］楊劍永，張武.大型機(jī)組冷卻塔節(jié)能潛力分析［J］.東北電力技術(shù)，2010，（6）.

［4］趙振國.冷卻塔［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.

Research and Application of the Energy-saving Technology of Keeping the Cooling Water Pipes as a Network

FENG Yi-wu，ZHAO Ming-de，LI Kai-chuang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Article discusses the influence of the cooling water temperature of steam turbine condenser vacuum.According to the actual situation of power plants with more than one steam turbine，it proposes the energy-saving technology of keeping the cooling water pipes as a network，provides a new energy-saving solution for improving steam turbine condenser vacuum of power plant in the summer.Through a specific project application，it describes the methods and precautions of keeping the cooling water pipes as a network，demonstrates the feasibility and economics of keeping the cooling water pipes as a network.

cooling water；networking；vacuum degree；energy-Saving

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.007

TU995

B

2095-3429（2015）04-0025-03

2015-07-06

修回日期：2015-08-18

馮亦武（1983-），男，湖北人，杭州，碩士，工程師；

趙明德（1986-），男，江西人，杭州，碩士，工程師；

李開創(chuàng)（1986-），男，安徽人，杭州，碩士，工程師。