600 MW機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)改造

楊 樂，張延風

(遼寧清河發(fā)電有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112003)

電廠開式循環(huán)水處理系統(tǒng)作為重要輔助系統(tǒng)，是維持電廠正常運行不可或缺的冷卻水處理系統(tǒng)，主要為閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的設備、汽輪機潤滑油冷卻器等提供冷卻水，其耗電量占廠用電量的一部分比例。為降低開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的耗電率，提高火力發(fā)電機組的綜合效率，下面以某發(fā)電公司600 MW機組為例,介紹開式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)改造，該發(fā)電公司通過優(yōu)化改造取得了良好的節(jié)電效果。

1 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)簡介

該發(fā)電公司現(xiàn)有3臺燃煤火力發(fā)電機組，其中9號、1號為600 MW機組，分別于2010年3月、2011年11月投產(chǎn)發(fā)電；8號為200 MW機組，于1984年12月投產(chǎn)發(fā)電。

該發(fā)電公司的2臺600 MW機組的開式循環(huán)冷卻水均取自凝汽器循環(huán)水入口門前管道上，溫度不高于33 ℃，經(jīng)過電動濾水器進入開式循環(huán)水泵，升壓至0.75 MPa后進入各臺冷卻設備，在冷卻設備吸熱后排至循環(huán)水回水管。為了滿足設備對冷卻水壓力的要求，該系統(tǒng)設置了2臺100%容量的開式循環(huán)冷卻水泵，單臺水泵的轉(zhuǎn)速為990 r/min，必須汽蝕余量為5.5 m，額定流量為2 585 t/h，揚程為43 m,軸功率400 kW,配套電動機額定功率為450 kW，2臺開式循環(huán)水泵的運行方式為“一運一備”[1]。

開式循環(huán)水處理系統(tǒng)向閉式循環(huán)冷卻水熱交換器、發(fā)電機氫氣冷器、汽輪機主油器、凝結(jié)水泵電機冷卻器、原真空泵冷卻器、電動給水泵及前置泵潤滑油冷卻器與電泵電機空氣冷卻器提供冷卻水。開式循環(huán)水泵為單級雙吸泵，滾動軸承，油脂潤滑。

2 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)存在的問題及改造方案

2.1 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)存在的問題

由于設計原因，2臺600 MW機組開式循環(huán)水泵容量選擇均過大，額定軸功率為400 kW，實際耗電量為380 kW·h左右，耗電率約為0.10%，電耗偏高，且開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的設計又不是十分合理，呈90°安裝的彎管較多，介質(zhì)的流動阻力增大[2]。

為降低600 MW機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的耗電率，決定分別對1號、9號機組的開式循環(huán)水處理系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

2.2 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造方案

2.2.1 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)設備改造

首先在開式循環(huán)水處理系統(tǒng)上增設1臺開式泵旁路及其電動閥門，然后在氫氣冷器供水管路上增設1臺升壓泵及其附件，還需增設1臺升壓泵旁路及其手動閥門，原真空泵重新鋪設1條低壓冷卻水供水管路，開式循環(huán)水處理系統(tǒng)上原有的供回水管路及閥門保持不變，新增設的升壓泵僅對發(fā)電機氫氣冷卻器、新真空泵提供冷卻水，其他用戶直接利用循環(huán)水進行冷卻[3]。

關于直接利用壓力較低的循環(huán)水(0.20 MPa)對閉式循環(huán)冷卻水熱交換器、汽輪機主油器、凝結(jié)水泵電機冷卻器、原真空泵冷卻器、電動給水泵及前置泵潤滑油冷卻器與電泵電機空氣冷卻器進行冷卻，能否滿足冷卻要求的問題，已在改造前進行了相關試驗與流量測試：開式循環(huán)水與閉式循環(huán)水的供水溫度是一致的，在利用壓力較高的開式循環(huán)水(0.65 MPa)對上述用戶進行冷卻時，壓力高，溫控調(diào)閥開度?。辉谥苯永脡毫^低的循環(huán)水進行冷卻時，壓力低，溫控調(diào)閥開度大。試驗證明：直接利用循環(huán)水進行冷卻，從冷卻水流量上能夠滿足各用戶的冷卻要求。根據(jù)各臺冷卻器設計冷卻水流量可知，完全可以直接利用循環(huán)水對上述用戶進行冷卻。

本次改造的焦點是升壓泵技術(shù)參數(shù)的選擇，查詢發(fā)電機說明書，每臺氫氣冷卻器的設計流量為500 t/h，4臺氫氣冷卻器總的設計流量為2 000 t/h。而氫氣冷卻器在實際運行中總的冷卻水流量遠遠小于設計流量，說明氫氣冷卻器的設計流量偏大。通過查詢2017年夏季9號機組在滿負荷且冷卻水溫度最高的狀態(tài)下開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)(見表1)，參數(shù)截取工況為2017年7月28日，9號機組負荷600 MW，2臺循環(huán)水泵高速并列運行。

4臺氫氣冷卻器實際僅需要為496 t/h的冷卻水流量(當時無新真空泵)。根據(jù)流體力學知識、水泵特性曲線、氫氣冷卻器冷卻水需求流量及其他相關參數(shù)，最終確定升壓泵的技術(shù)參數(shù)如下：揚程為20 m，汽蝕余量為5 m，轉(zhuǎn)速為1 150 r/m，流量為500 t/h(富裕度10%)，軸功率為43.6 kW，配套電動機功率為50 kW。

2.2.2 熱控系統(tǒng)改造

在升壓泵出口母管上增設1壓力測點，引進分散控制系統(tǒng)(DCS)畫面。當升壓泵運行中發(fā)生跳閘時，發(fā)出報警信號，聯(lián)啟投入聯(lián)鎖的備用開式泵，同時聯(lián)鎖關閉開式泵旁路門，人為開啟升壓泵旁路門；當升壓泵出口母管水壓低于0.25 MPa時，發(fā)出報警信號，聯(lián)啟投入聯(lián)鎖的備用開式泵，同時聯(lián)鎖關閉開式泵旁路門，人為開啟升壓泵旁路門。

2.2.3 運行方式優(yōu)化

當循環(huán)冷卻水溫度較低時(30 ℃以下)，閉式循環(huán)水板式換熱器、主機油器、給水泵、凝結(jié)水泵等用戶通過開啟開式泵旁路直接利用壓力較低的循環(huán)水進行冷卻，開式循環(huán)水泵備用；再啟動升壓水泵對發(fā)電機氫氣冷卻器供水。夏季循環(huán)冷卻水溫度升高后，部分用戶可能會發(fā)生超溫現(xiàn)象，可恢復至原運行方式，即：投入1臺開式循環(huán)水泵運行，開啟升壓泵旁路門，停止升壓泵作為備用。

3 開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造

2018年3月末，按照技術(shù)改造方案對9號機組的開式循環(huán)水處理系統(tǒng)進行技術(shù)改造，先在開式循環(huán)水處理系統(tǒng)上增設一臺開式泵旁路及其電動閥門，然后在氫氣冷器供水管路上增設一臺升壓泵及其旁路手動閥門。為了減小管道阻力，新增設的管道呈流線型布置安裝，合理布局，開式循環(huán)水處理系統(tǒng)上原有的供回水管路及閥門保持不變[4]。項目總體改造費用2×105元，工期為12天。

表1 9號機開式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造前運行參數(shù)

改造項目于4月初結(jié)束，機組啟動后優(yōu)化開式循環(huán)水處理系統(tǒng)運行方式：當循環(huán)水溫度較低時，閉式循環(huán)水板式換熱器、主機油器、給水泵、凝結(jié)水泵等用戶通過開啟開式泵旁路直接利用循環(huán)水供水，機組并網(wǎng)后啟動升壓泵對發(fā)電機氫氣冷卻器、新真空泵提供冷卻水，將其中的一臺開式循環(huán)水泵投入聯(lián)鎖備用，升壓水泵最大出水量可達600 t/h，耗電量僅為30 kW·h/h左右。夏季循環(huán)冷卻水溫度升高后，由于主機油冷卻器冷卻板面臟污，曾發(fā)生短時間超溫現(xiàn)象，被迫將開式循環(huán)水處理系統(tǒng)恢復至開式循環(huán)水泵的運行方式，通過清洗主機油冷卻器板面，重新將開式循環(huán)水處理系統(tǒng)恢復至升壓泵的運行方式，使開式循環(huán)水處理系統(tǒng)長時間保持最經(jīng)濟的方式運行。

9號機組改造后開式循環(huán)水處理系統(tǒng)度過了一個炎熱的夏季，實踐證明優(yōu)化改造比較成功，同年的9月末，又對1號機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)進行了同樣的技術(shù)改造與運行優(yōu)化，取得了相同的效果。

4 改造效果

夏季，改造后的9號機組除了主機油器存在超溫現(xiàn)象，其他冷卻設備與轉(zhuǎn)動機械均無超溫現(xiàn)象，開式循環(huán)水處理系統(tǒng)運行參數(shù)見表2，參數(shù)截取工況為2018年7月23日，9號機組負荷600 MW，2臺循環(huán)水泵高速并列運行。實踐證明，只要各臺換熱器內(nèi)部清潔，升壓泵可全年連續(xù)運行，且開式循環(huán)水處理系統(tǒng)運行安全可靠。

600 MW機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造技術(shù)，不但具有改造工作量小、施工工期短、系統(tǒng)布局先進合理、新增管道呈流線型設計、運行安全可靠、能夠長期連續(xù)運行、改造費用較低、投資回收周期短等特點，還取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益[5]。

a.廠用電降低，經(jīng)濟效益顯著。升壓泵與開式循環(huán)水泵相比，每小時至少節(jié)電300 kW·h，可使開式循環(huán)水泵耗電率降至0.07%，較改造前降低0.03%，如果升壓泵按照每年運行6 700 h計算，開式循環(huán)水處理系統(tǒng)每年至少可節(jié)電2×106kW·h;按上網(wǎng)電價0.30元/(kW·h)計算，2臺機組每年可節(jié)約1.2×106元費用。

b.良好的社會效益。每臺600 MW機組節(jié)省的廠用電量，相當于每年為國家節(jié)省標準煤623 t，帶來了一定的社會效益。除此之外，改造技術(shù)取得的節(jié)能減排效果，還包括重大的社會效益，“保護生態(tài)環(huán)境、建設生態(tài)文明”，這次優(yōu)化改造正是可持續(xù)發(fā)展理念在實踐中的應用。

5 結(jié)束語

600 MW機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造，增設1臺開式循環(huán)水泵旁路與1臺升壓泵及其旁路，其他系統(tǒng)及設備保持不變，系統(tǒng)布局先進合理，新增設的管道呈流線型設計，管道阻力小，變更較小，工作量少，施工工期短。開式循環(huán)水處理系統(tǒng)運行安全可靠，能長期穩(wěn)定運行，正常情況下可全年保持小功率升壓泵運行，同時還具有良好的靈活性，可根據(jù)不同季節(jié)以及冷卻水溫度與冷卻用戶(主機油器、閉式水板式換熱器等)需求，隨時進行切換，優(yōu)化系統(tǒng)的運行方式，節(jié)電效果顯著。開式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造費用較低，半年內(nèi)即可收回投資成本，投資回收周期短。

此次技術(shù)改造及運行優(yōu)化，從根本上解決了開式泵耗電率高的問題。如果升壓泵每年按照運行6 700 h計算，開式循環(huán)水處理系統(tǒng)每年至少可節(jié)電2×106kW·h;按上網(wǎng)電價0.30 元/(kW·h)計算，2臺機組每年可為公司創(chuàng)收1.2×106元，每臺600 MW機組節(jié)省的廠用電量，相當于每年為國家節(jié)省標準煤623 t。

表2 9號機組開式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造后運行參數(shù)