1000MW燃煤電廠循環(huán)水泵選型與節(jié)能運行研究

摘 要：循環(huán)水泵是電廠的“能耗大戶”及電廠節(jié)能的主要對象。以某濱海2×1000MW燃煤機組為例，對循環(huán)水泵常用調(diào)節(jié)流量的方法作了技術(shù)分析，對不同水泵臺數(shù)、雙速電機、變頻調(diào)速三種調(diào)流方案作了技術(shù)經(jīng)濟比較，提出滿足該工程技術(shù)經(jīng)濟條件的最優(yōu)循環(huán)水泵配置方案。按循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)化理論，確定了各種泵型配置方案下逐月的最優(yōu)運行方案，為實際運行提供可操作性的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵；流量調(diào)節(jié)；節(jié)能運行；變頻

引言

目前我國工業(yè)企業(yè)單位GDP能耗居高不下的情況已引起高度重視，國家在“十三五”節(jié)能減排綜合性工作方案中提出了到2020年單位GDP二氧化碳強度減少40%到45%的目標(biāo)。能耗在一次能源生產(chǎn)總量中占有很大比重，冷卻水系統(tǒng)中的循泵占汽輪發(fā)電機組額定發(fā)電量的1%-1.5%，是火電廠節(jié)能的重要對象。其特性不僅關(guān)系著電能的損耗，而且會直接影響凝汽器的背壓，進而影響機組的發(fā)電量，合理選擇循環(huán)水泵的類型、配置方式和運行方式具有重要作用。在目前我國電力事業(yè)剛經(jīng)歷過飛速發(fā)展、經(jīng)濟還處于探底階段的背景下，我國火力發(fā)電廠目前很大程度上達不到滿負(fù)荷運行條件，因此優(yōu)化循環(huán)水泵的配置對電廠的安全經(jīng)濟運行和節(jié)能降耗有著重要意義。

對循環(huán)水系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)流量的方法作了技術(shù)分析，對1機2泵和1機3泵、雙速電機、變頻調(diào)速等調(diào)流方式作了技術(shù)經(jīng)濟比較，經(jīng)比較推薦采用1機3泵的變頻調(diào)速方案；提出滿足該工程技術(shù)經(jīng)濟條件的最優(yōu)循環(huán)水泵配置方案；按循環(huán)水系統(tǒng)運行最優(yōu)化的理論，確定了逐月的最優(yōu)運行方案，為該電廠的實際運行提供可操作性的依據(jù)。計算結(jié)果顯示：采用循環(huán)水泵流量可調(diào)（變頻）的方案相比于流量不可調(diào)的方案（定速），增加了調(diào)節(jié)水量的方式，經(jīng)濟效益明顯。

1 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化概述

某工程裝機容量為2×1000MW，位于渤海灣內(nèi)，機組冷卻水為海水，循環(huán)冷卻水取自某工業(yè)區(qū)內(nèi)1#港池的海水。該海域平均高潮位380cm，平均低潮位156cm，最大潮差569cm。該海域7、8月份平均水溫為25.5℃-27.0℃，全年平均水溫12.6℃，各月水溫值見表1。

在汽輪機排汽量和循環(huán)水溫一定的情況下，隨著循環(huán)水量Dw的增加，凝汽器真空升高，汽輪機增加功率輸出，但同時循環(huán)水泵的耗功亦隨之增多，抵償增發(fā)功率的收益，使汽輪機的增發(fā)功量ΔNt與循環(huán)水泵耗電量ΔNp之差達到最大的循環(huán)水量稱最佳循環(huán)水量，相應(yīng)凝汽器真空稱最佳真空[1-3]。循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)運行真空示意圖如圖1所示。

圖1 最優(yōu)運行真空示意圖

對于可實現(xiàn)循環(huán)水量連續(xù)調(diào)節(jié)的電廠，只需將循環(huán)水量調(diào)節(jié)到優(yōu)化計算得到的最佳循環(huán)水量即可；而對于目前國內(nèi)大多數(shù)電廠流量不可連續(xù)調(diào)節(jié)，僅可通過改變循環(huán)水泵的組合方式來使循環(huán)水量階躍變化，傳統(tǒng)的連續(xù)優(yōu)化模型不能采用，只能采用離散優(yōu)化模型，從而可以給出離散的最佳循環(huán)水流量與機組負(fù)荷、循環(huán)水溫的函數(shù)關(guān)系和決定切換時機的臨界工況線繪制的所謂等效益點曲線[4-5]。

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗及運行調(diào)研分析，結(jié)合廠址條件特點，循環(huán)水泵配置方式主要按1機2泵、1機3泵兩種配置方式進行比選。

根據(jù)同類工程計算結(jié)果，變頻器的投資回收期取決于機組變負(fù)荷運行的時間，機組的負(fù)荷率越低，取得的經(jīng)濟效益就越高。如果全年機組滿負(fù)荷運行，循環(huán)水泵基本按照額定工況運行，則變頻器實際意義不大，投資回收期過長；而如果機組常年在低負(fù)荷運行，且變化較大，循環(huán)水泵長時間偏離額定設(shè)計工況點，則變頻意義較大，節(jié)能效果明顯。綜合上述分析，對表2中的6種循環(huán)水泵配置方案進行深入的技術(shù)經(jīng)濟比較。

2 循環(huán)水系統(tǒng)運行節(jié)能優(yōu)化計算

由于機組負(fù)荷變化的隨機性，為便于節(jié)能優(yōu)化計算，現(xiàn)假定機組滿負(fù)荷運行，且機組的年利用小時數(shù)在每月平均分布。以1機2泵（定速泵）的方案作為計算的基準(zhǔn)方案，根據(jù)冷端優(yōu)化的循環(huán)水量結(jié)果及本工程的循環(huán)水管路阻力特性情況，采用流體計算分析軟件PIPENET1.6對上述6種循泵配置方案下各種運行組合工況進行計算。其中循環(huán)水泵不同的配置方案對應(yīng)的出水流量對照表見表3，不同方案逐月循環(huán)水泵配置表見表4。

從表5可以看出，采用循環(huán)水泵流量可調(diào)的方案與流量不可調(diào)的方案相比，節(jié)能效果非常明顯，部分月份采用小水量運行方式能充分利用低水溫的冷卻效果。

變頻泵方案與雙速泵方案相比，由于水量調(diào)節(jié)線性化，節(jié)能效果更為顯著；1機3泵與1機2泵相比，節(jié)能效果更優(yōu)。

以上優(yōu)化計算是在機組滿負(fù)荷運行的假定條件下進行，如考慮機組負(fù)荷的變化，配置變頻泵將更具有節(jié)能優(yōu)勢。為方便比較，在1機3泵（配1臺變頻泵）方案下，假定負(fù)荷為100%、90%、80%、70%四檔，且四檔負(fù)荷在三檔水溫的運行時間內(nèi)隨機分布，對此進行逐月工況節(jié)能優(yōu)化計算，計算結(jié)果如表6所示。

3 循環(huán)水系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟比較

對以上6種方案的節(jié)能年費用與初期投資費用進行比較，如表7所示。

從表7可看出，1機3泵方案比1機2泵方案經(jīng)濟性更優(yōu)越，當(dāng)1臺機組配置3臺循環(huán)水泵，且其中1臺泵采用雙速電機調(diào)節(jié)冷卻水流量可減少年費用約58萬元/年；1機3泵方案中當(dāng)1臺泵采用變頻調(diào)速泵調(diào)節(jié)流量，可使系統(tǒng)在最佳循環(huán)水倍率下運行，年運行費用最低，雖初投資比3臺定速泵的方案增加了100萬元，但較3臺定速泵的方案節(jié)約年費用75萬元。如考慮全年負(fù)荷情況，在假定四檔負(fù)荷在三檔水溫范圍內(nèi)隨機分布的情況下，1機3泵配1臺變頻泵的方案可節(jié)省年費用約103萬元，這主要是在熱季時降負(fù)荷運行時節(jié)能效果更明顯。因此，采用每臺機組設(shè)置3臺循環(huán)水泵，并設(shè)置1臺變頻泵來調(diào)節(jié)流量的方案是最經(jīng)濟的。

在滿負(fù)荷下，逐月節(jié)能優(yōu)化后，每月的最優(yōu)運行水量如圖2所示。在滿負(fù)荷下，不考慮負(fù)荷變化時的節(jié)能效果如圖3所示。

該火電廠實際運行時，可按不同水溫條件和不同機組負(fù)荷計算循環(huán)水泵最優(yōu)運行工況圖，運行人員可由此靈活調(diào)節(jié)最經(jīng)濟的循環(huán)水泵運行方式，可大幅度的降低用電，提高電廠經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

（1）采用循環(huán)水泵流量可調(diào)（變頻）的方案較流量不可調(diào)的方案（定速）相比，增加了水量的調(diào)節(jié)方式，節(jié)約了廠用電，可取得明顯的經(jīng)濟效益，若電廠承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，年運行負(fù)荷變化較大時，其運行經(jīng)濟性將會更加明顯。（2）對某濱海工程，每臺機組采用1臺變頻泵調(diào)節(jié)流量比采用1臺雙速泵調(diào)節(jié)流量更經(jīng)濟。（3）可根據(jù)電廠實際負(fù)荷情況及不同水溫條件計算循環(huán)水泵最優(yōu)運行工況，以提高電廠經(jīng)濟效益。

參考文獻

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[2]盧懷鈿，鐘少偉.1036MW

機組汽輪機冷端運行優(yōu)化及循泵雙速節(jié)能改造的試驗研究[J].電力建設(shè)，2011，32（7）：109-112.

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[5]婁衛(wèi)星.循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化[J].華電技術(shù)，2014，36（5）：6-7.

作者簡介：梁賢金（1983-），男，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計及研究工作。

田娟娟（1985-），女，學(xué)士，助理工程師，主要從事建筑給排水、消防工程及節(jié)能方面的設(shè)計及研究工作。

邰巍（1986-），男，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計及研究工作。

李曉一，男，碩士，教授級高工，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計及研究工作。