單機(jī)運(yùn)行循泵節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行策略探討

顧 怡 陳秋林

外高橋電廠

1 引言

1.1 背景

近年來外高橋電廠的發(fā)電機(jī)組利用小時數(shù)呈逐年下降趨勢。2017年機(jī)組單機(jī)運(yùn)行覆蓋時間約34%,且未來單機(jī)運(yùn)行時間趨勢可能越來越長。如何確保單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保是近年來節(jié)能降耗和精益化管理提升的大課題。外高橋電廠發(fā)電部經(jīng)過對2017年的循泵數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)全年循泵對標(biāo)運(yùn)行情況不佳，存在循泵廠用電率偏高的現(xiàn)象。本文旨在研究單機(jī)運(yùn)行時的循泵運(yùn)行優(yōu)化策略。

表1-1 循泵性能參數(shù)

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)、設(shè)備及運(yùn)行方式簡介

外高橋電廠四臺320MW濕冷純凝機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)配備八臺軸流式循泵，并配有液壓控制動葉角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。#1和#2號機(jī)組為一號單元，#3和#4號機(jī)組為二號單元。每臺機(jī)組配有兩臺循泵，循泵出口通過母管聯(lián)絡(luò)門（機(jī)1-4循母聯(lián)1、2，機(jī)1-2循母聯(lián)1、2，機(jī)3-4循母聯(lián)1、2共六個電動閥），進(jìn)行互為備用。正常運(yùn)行情況下，兩個單元循環(huán)水分列運(yùn)行，即機(jī)1-4循母聯(lián)關(guān)閉;機(jī)1-2循母聯(lián)開足并列運(yùn)行；機(jī)3-4循母聯(lián)開足并列運(yùn)行。夏季（江水溫度高于19℃）“二機(jī)三泵”運(yùn)行，冬季（江水溫度低于19℃）“二機(jī)二泵”運(yùn)行，運(yùn)行機(jī)組凝汽器循出門關(guān)至50%，備用循泵自動投入。

2 現(xiàn)狀調(diào)查和原因分析

2.1 數(shù)據(jù)分析

單機(jī)運(yùn)行對比雙機(jī)運(yùn)行、多機(jī)運(yùn)行，廠用電率更高（見表2-1）

表2-1

降低單機(jī)運(yùn)行的廠用電率，對降低全年廠用電率的目標(biāo)有很大的幫助。

調(diào)查單機(jī)循泵用電率較高的點(diǎn)與較低的點(diǎn)，并選取相關(guān)有可比性的數(shù)據(jù)點(diǎn)（表2-2）,可以發(fā)現(xiàn)葉角的角度與循泵能耗的關(guān)系，見表2-1。

外高橋電廠循環(huán)水運(yùn)行方式為開式循環(huán)，從長江取水，排回長江，不同于閉式循環(huán)。取水口水位相對恒定，取水口位于長興，長江入?？冢艹毕绊戄^大，循環(huán)水壓力波動較大。取水口位于長江入?？?，受海平面影響較大，一天的最大波動在4米左右，導(dǎo)致循環(huán)水壓力波動非常巨大。

基于循泵葉角可調(diào)以及循環(huán)水取水情況，調(diào)查了現(xiàn)有的成熟的循泵節(jié)能改造方案，并不適合，故本文暫不討論其他技改方案。

2.2 原因分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，檢修時檢查停役的循泵設(shè)備情況，排除問題，確認(rèn)單機(jī)運(yùn)行工況的循泵運(yùn)行情況不經(jīng)濟(jì)，主要原因?yàn)槿~角調(diào)節(jié)不及時、單機(jī)兩泵運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。因此，存在循泵再優(yōu)化的空間。

3 主要措施

3.1 葉角精細(xì)化調(diào)節(jié)方案

經(jīng)查閱上海長興潮汐表，了解取水江海潮汐變化規(guī)律：兩個高峰潮位，兩個低谷潮位，受季節(jié)影響最低潮位與最高潮位變化較大，最高最低潮位差2至4米，見圖3-1。

表2-2

圖3-1

制定指令措施，目的是加強(qiáng)運(yùn)行人員當(dāng)班期間對潮位的重視，查閱潮汐表，了解潮汐是否有過高、過低的工況會發(fā)生。遇到下列四種情況，運(yùn)行人員必須及時調(diào)節(jié)運(yùn)行機(jī)組循泵的葉角。

(1)低潮位(波谷時間短)，調(diào)節(jié)葉角短時加大循泵出力，提高循環(huán)水壓力，避開備用循泵自啟動值，緩解機(jī)組背壓惡劣情況。

(2)極低潮位（波谷較深），提前啟動備用循泵，調(diào)節(jié)運(yùn)行循泵葉角，平衡出力，提高母管壓力，維持機(jī)組背壓。

(3)高潮位，合理調(diào)節(jié)，背壓變化不明顯的情況下，調(diào)小葉角，減小循泵能耗。

(4)極高潮位,循環(huán)水壓力過高，工質(zhì)浪費(fèi)，調(diào)節(jié)葉角，減小循泵能耗（背壓不明顯影響），夏季防臺防汛期間，停運(yùn)機(jī)組單元前池水位高，提前開啟備用循泵，避免取水池前池水位高溢流至循泵房，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

注：調(diào)節(jié)葉角或者啟動備用循泵，須根據(jù)實(shí)際情況提前30分鐘至1小時操作。

3.2 單機(jī)運(yùn)行時的單循泵運(yùn)行可行性試驗(yàn)

單機(jī)運(yùn)行工況下，二運(yùn)一備用是常規(guī)運(yùn)行方式，冬季工況下，二泵運(yùn)行，能耗明顯過高。

單機(jī)運(yùn)行單泵運(yùn)行難點(diǎn)：

（1）單泵出力是否能滿足潮位波動

（2）單泵出力是否能滿足單機(jī)全負(fù)荷

（3）安全性問題，單泵跳閘，事故是否可控；如何降低單機(jī)運(yùn)行時跳機(jī)導(dǎo)致全廠停電的可能性。

3.2.1 單循泵運(yùn)行跳閘試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：單元中的某機(jī)組解列前10min～15min，或機(jī)組并網(wǎng)前，單泵運(yùn)行，距離最遠(yuǎn)泵作備用（1A運(yùn)行、2B備用）,手動停運(yùn)循泵，模擬實(shí)際循泵跳閘，收集相關(guān)數(shù)據(jù)（背壓變化情況，循環(huán)水壓力下降至恢復(fù)的時間，備用泵啟動情況等重要數(shù)據(jù)）。

試驗(yàn)一：2月9日，#1機(jī)組解列前運(yùn)行工況：循泵1A運(yùn)行，葉角+6度，電流145A。循泵2B設(shè)為備用狀態(tài)。手動停用循泵1A，等待循環(huán)水母管壓力低于30Kpa時，循泵2B自啟動，調(diào)整葉角至+6度，電流144A。

#1機(jī)凝汽器循環(huán)水進(jìn)口壓力從54Kpa降低至備用泵自啟動后恢復(fù)至45Kpa，期間凝汽器循環(huán)水進(jìn)口壓力低于0kPa的時間為：23:51:33～23:52:25，總計(jì)58秒。

機(jī)組負(fù)荷52MW降至51MW,背壓3.2Kpa升至3.4Kpa。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3-1。

試驗(yàn)二：2月20日，#1機(jī)組啟動前試驗(yàn)工況：循泵1A運(yùn)行，葉角+6度，電流143A。循泵2A作為備用。模擬循泵1A跳閘（6KV開關(guān)室手動停用），循泵2A自啟動，調(diào)整葉角至+6度，電流145A。

#1機(jī)凝汽器循環(huán)水進(jìn)口壓力從68Kpa降低，備用泵自啟動后恢復(fù)至56Kpa，期間凝汽器循環(huán)水進(jìn)口壓力低于0Kpa的時間為1:09:08-1:09:31，總計(jì)23秒。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)與第一次試驗(yàn)情況類似，不作列舉。

試驗(yàn)總結(jié)：2月9日的試驗(yàn)是手動停用循泵1A，循泵1A出口蝶閥關(guān)至15°連鎖停用循泵1A電動機(jī)。循泵2B等循環(huán)水母管壓力低于30Kpa自啟動。整個過程循環(huán)水壓力低于0Kpa時間相對較長。

2月20日試驗(yàn)，模擬循泵1A跳閘（6KV開關(guān)室停），循泵2A立即聯(lián)動，整個過程循環(huán)水壓力低于0Kpa時間相對短一點(diǎn)。在此試驗(yàn)中，循泵1A跳閘后（循泵1A狀態(tài)顯示為黃色故障），出口蝶閥未連鎖關(guān)閉，值班員發(fā)現(xiàn)后立即手動關(guān)閉出口蝶閥，因此循環(huán)水壓力維持在10Kpa～20Kpa，相對時間較長。

表3-1

兩次試驗(yàn)均證明了單機(jī)運(yùn)行單循泵如果故障跳閘，備用循泵能連鎖啟動的前提下，循環(huán)水壓力能快速恢復(fù)，不影響機(jī)組安全運(yùn)行。即使在第二次試驗(yàn)中，循泵在聯(lián)啟過程中發(fā)生了閥門故障（出水門拒動，循環(huán)水泄壓快），值班員也能及時手動干預(yù)，迅速恢復(fù)循環(huán)水壓力。這兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)給發(fā)電部提供了單機(jī)運(yùn)行單循泵方式下的循泵事故預(yù)想的數(shù)據(jù)支持。

3.2.2 單機(jī)單循泵運(yùn)行試驗(yàn)

試驗(yàn)一：4月3日，#3機(jī)組單機(jī)運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷200MW，AGC退出，機(jī)組協(xié)調(diào)退出，循泵3B、4B運(yùn)行。啟動單機(jī)單循泵試驗(yàn)，停用循泵4B作備用，江水溫度18℃，循出開度50%。停泵前后穩(wěn)定狀態(tài)數(shù)據(jù)對比見表3-3。

停泵后，待機(jī)組參數(shù)穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)運(yùn)行循泵葉角，提高其出力。停泵前后，背壓略上升，循環(huán)水溫升略增加，循環(huán)水進(jìn)水溫度因試驗(yàn)開始為午后，溫度正常升高。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算：單泵節(jié)約電量，和真空改變引起機(jī)組功率減少量對比。從表3-3中可見，折算日能耗參數(shù)，在機(jī)組日均負(fù)荷200MW左右的單泵運(yùn)行天數(shù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，其他參數(shù)不明顯變化的前提下，背壓上升0.3Kpa，影響煤耗0.71g/kWh（上汽亞臨界300MW機(jī)組，1Kpa影響煤耗2.375g/kWh），日發(fā)電量減少1.05萬kWh。循泵單泵運(yùn)行日廠用電率減少0.4%（雙泵1.05%，單泵0.65%），日節(jié)約廠用電量約1.9萬kWh。節(jié)約電量大于日減少發(fā)電量。

試驗(yàn)結(jié)論：在該工況下，單機(jī)單泵運(yùn)行方式是經(jīng)濟(jì)可行的。

對比雙泵運(yùn)行和單泵運(yùn)行在高負(fù)荷區(qū)間參數(shù)見表3-4

表3-3

表3-4

結(jié)論：經(jīng)過計(jì)算，200MW負(fù)荷以上，循泵日節(jié)約廠用電量變化不大，約2萬kWh～2.5萬kWh，230MW工況下，單循泵影響機(jī)組凝汽器冷端性能減少發(fā)電量月2.2萬kWh～2.8萬kWh，250MW工況下，單循泵影響機(jī)組凝汽器冷端性能減少發(fā)電量月3.0萬kWh以上。所以單機(jī)250MW以上，單循泵運(yùn)行方式不經(jīng)濟(jì)。

3.2.3 制定循泵單機(jī)單泵措施

循泵進(jìn)入單機(jī)單泵運(yùn)行方式注意事項(xiàng)：

（1）運(yùn)行機(jī)組凝汽器循環(huán)水出水閥50%，進(jìn)口閥全開。

（2）原則上本機(jī)組循泵一運(yùn)一備，當(dāng)本機(jī)組無備用循泵時，備用泵放同一單元循泵。

（3）正常情況下，備用循泵“備用投用”禁止出系。

（4）冬季（江水溫度小于19℃）單機(jī)運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷小于250MW，單泵運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷大于250MW，啟動第二臺循泵，置單機(jī)二泵方式。

（5）當(dāng)由于潮位低，可提前啟動第二臺循泵，如使循環(huán)水母管壓力下降至備用泵自啟動時，待母管壓力恢復(fù)至具備停備用泵時及時停用泵。

（6）做好單機(jī)單泵運(yùn)行循泵跳閘事故預(yù)想，參照試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（7）做好備用循泵例行試驗(yàn)，確保循泵備用良好。

（8）江水溫度大于19℃，置單機(jī)二泵方式。

4 結(jié)論與展望

單機(jī)運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)按原方式進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)是不經(jīng)濟(jì)的。制定了循泵葉角精細(xì)化調(diào)節(jié)措施后，降低了因潮位波動影響循環(huán)水母管壓力對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。

冬季工況，江水溫度小于19℃，單機(jī)運(yùn)行單循泵較為經(jīng)濟(jì)。江水溫度越低，單機(jī)單泵覆蓋負(fù)荷范圍越大。在單機(jī)單泵運(yùn)行情況下，單泵節(jié)約電量與真空改變引起機(jī)組功率減少量比較，如果背壓上升較多，導(dǎo)致機(jī)組煤耗增加出力減少，造成“節(jié)電不節(jié)能”現(xiàn)象，能量的浪費(fèi)大于停用循泵帶來的能耗，此類工況單機(jī)單泵運(yùn)行方式是不經(jīng)濟(jì)的，還需更多單機(jī)單泵試驗(yàn)提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

單機(jī)運(yùn)行單循泵具有一定風(fēng)險(xiǎn)性，如單機(jī)運(yùn)行單循泵跳閘，而備用循泵存在故障未能自啟動，最后導(dǎo)致機(jī)組跳閘，后果將很嚴(yán)重。本文討論的重點(diǎn)是對單機(jī)運(yùn)行單循泵跳閘試驗(yàn)的相關(guān)分析，收集了循環(huán)水中斷時間，聯(lián)啟情況，對主機(jī)真空影響等重要數(shù)據(jù)，支持單機(jī)單循泵運(yùn)行方式的安全性，并給單機(jī)單循泵事故處理提供依據(jù)。

發(fā)電機(jī)組循環(huán)水及冷端技術(shù)，可以使循環(huán)水提壓優(yōu)化，循泵葉角調(diào)節(jié)系統(tǒng)有優(yōu)化改造的空間，是繼續(xù)改進(jìn)優(yōu)化的方向，有待進(jìn)一步研究探討。