450 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在采暖季的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化方案

李振宇

摘 要：本文以某電廠450 MW多軸一拖一燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為研究對象，通過優(yōu)化采暖季循環(huán)水系統(tǒng)，達(dá)到降低廠用電量10%的節(jié)能減排目標(biāo)，并為其他工況下的系統(tǒng)優(yōu)化尋找通用的解決方案。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)機組;采暖季;循環(huán)水系統(tǒng);廠用電量

中圖分類號：TM611.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0130-03

Research on the Optimal Scheme of Circulating Water System of 450 MW Gas-steam Combined Cycle Unit in Heating Season

LI Zhenyu

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： Taking a power plant's 450 MW multi-shaft one-to-one gas-steam combined cycle unit as the research object， this paper optimized the heating season circulating water system to achieve the energy-saving and emission-reduction goal of reducing plant power consumption by 10%， and find general solutions for system optimization under other working conditions.

Keywords： combined cycle unit;heating season;circulating water system;plant power consumption

本設(shè)計方案以某電廠450 MW多軸一拖一燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為優(yōu)化對象（簡稱一拖一機組）。其中，燃機采用上海電氣-西門子重型單缸SGT5-4000F（+）型，汽輪機采用上海汽輪機廠生產(chǎn)的LZC（B）137-12.5/0.4/550/547型汽輪機。該機組為供熱調(diào)峰機組，在純凝工況下的發(fā)電出力為434.732 MW，背壓工況下的發(fā)電出力為365.717 MW，對外供熱能力為294.24 MW。

循環(huán)水系統(tǒng)共設(shè)4臺循環(huán)水泵和12臺機力通風(fēng)冷卻風(fēng)機。其中，2臺循環(huán)水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產(chǎn)的76LKXB-24型，電機為湘潭電機股份有限公司生產(chǎn)的YKSL-2002-14/1500-1型（簡稱大泵）。2臺循環(huán)水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產(chǎn)的52LKXA-24型，配套采用的雙速電機為湘潭電機股份有限公司生產(chǎn)的YKSLD-630-10/12型（簡稱小泵高速和小泵低速）。循環(huán)水泵銘牌參數(shù)如表1所示。

機力塔風(fēng)機為12臺豪頓華工程有限公司生產(chǎn)的LF-98型，電機采用南通威爾電機有限公司的YXKK355-4型。表2為機力塔風(fēng)機銘牌參數(shù)。

目前，循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式是根據(jù)機組負(fù)荷、循環(huán)水溫度、凝汽器真空和端差，通過改變循環(huán)水流量和循環(huán)水溫度確定最佳真空值，從而提高機組運行經(jīng)濟性。人們采用啟停不同類型的循環(huán)水泵進(jìn)行階躍性調(diào)節(jié)，改變循環(huán)水流量，并采用啟停不同數(shù)量的機力塔風(fēng)機，改變循環(huán)水溫度[1-2]。

1 設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)

根據(jù)該電廠采暖季運行情況，每月廠用電量約為118.5 MW，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量為35.5 MW，約占廠用電總量的30%。其中，一拖一機組冬季工況循環(huán)水系統(tǒng)運行方式為：2臺循環(huán)水小泵低速同時運行，2臺機力塔風(fēng)機運行。工況改變時，根據(jù)循環(huán)水溫度決定機力塔風(fēng)機運行臺數(shù)。

假設(shè)采取1臺循環(huán)水小泵高速運行，啟動2臺機力塔風(fēng)機。設(shè)計流量基本相當(dāng)，均能夠滿足機組正常運行條件，工況可行，那么循環(huán)水系統(tǒng)一天耗電量理論值至少為32MW·h。系統(tǒng)耗電量可降低約3.5MW·h，節(jié)約電量10%。為驗證運行方案優(yōu)化可行性，假定以降低10%耗電量為目標(biāo)，制定方案尋優(yōu)驗證。

2 提出優(yōu)化方案

2.1 根據(jù)循環(huán)水量設(shè)計方案

根據(jù)設(shè)計資料中《循環(huán)冷卻水量表》（見表3），計算得出循環(huán)水冷卻量設(shè)計值，并根據(jù)設(shè)計值制定優(yōu)化方案。

為減少變量對優(yōu)化方案的影響，在二拖一機組停運時進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計，只需要考慮一拖一機組的凝汽器冷卻水量[Q11]、輔機冷卻水量[Q12]和二拖一機組的輔機冷卻水量[Q22]。因此，循環(huán)水冷卻量最大值[Qmax]應(yīng)為：

[Qmax=Q11+Q12+Q22]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[Qmax]應(yīng)為10 737 m3/h（一拖一機組冬季抽凝方式下總用水量6 837 m3/h與二拖一機組輔機冷卻水量3 900 m3/h之和）。根據(jù)機組運行情況，對循環(huán)水泵運行方式做出調(diào)整，并選擇出合理的循環(huán)水泵運行方式，如表4所示。

2.2 根據(jù)降低10%耗電量的目標(biāo)提出方案

根據(jù)流量設(shè)計，筆者發(fā)現(xiàn)，滿足情況的方案較多。結(jié)合機力塔風(fēng)機對循環(huán)水溫度的調(diào)節(jié)可知，方案的選項會更多。那么，增加限制條件，引入降低10%耗電量的目標(biāo)作為邊界條件。

現(xiàn)運行方式為：啟動2臺循環(huán)水小泵低速，2臺機力塔風(fēng)機同時運行。根據(jù)表1和表2可知，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量為循環(huán)水泵耗電量與機力塔風(fēng)機耗電量之和，這里只計算理論值，暫忽略電壓電流、功率因數(shù)、軸功率等相關(guān)參數(shù)。那么，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量理論值為1 480 kW。根據(jù)設(shè)定目標(biāo)，即降低系統(tǒng)耗電量10%，要選出耗電量為1 332 kW的運行方式。因此，根據(jù)循環(huán)水泵和機力塔風(fēng)機的運行方式組合，列出篩選表，如表5所示。

由表5可以看出，有四種方案均符合設(shè)計目標(biāo)的要求。方案一是啟動1臺循環(huán)水小泵高速運行;方案二是啟動1臺循環(huán)水小泵高速運行，1臺機力塔風(fēng)機同時運行;方案三是啟動2臺循環(huán)水小泵低速運行;方案四是啟動2臺循環(huán)水小泵低速運行，1臺機力塔風(fēng)機同時運行。

2.3 方案比較

從耗電量、揚程、設(shè)計流量和設(shè)備備用等四個方面將四種方案與現(xiàn)狀放在一起進(jìn)行比較，形成方案數(shù)據(jù)對比結(jié)果，如表6所示。

比較發(fā)現(xiàn)，方案一為最佳數(shù)據(jù)方案，但根據(jù)實際運行情況，不啟動機力塔風(fēng)機可能會影響循環(huán)水溫度。方案二與方案三相比，流量均符合要求，降低耗電量條件基本相似，不相上下，但從實際運行經(jīng)驗來看，方案二的備用良好，為同類型設(shè)備備用，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，啟動備用設(shè)備對系統(tǒng)的影響最小，因此方案二的可行性更高。方案四符合條件，但是設(shè)備備用情況欠佳，對機組安全性有一定影響，暫不考慮。

根據(jù)理論數(shù)據(jù)和實際運行經(jīng)驗判斷，篩選出方案一（啟動1臺循環(huán)水小泵高速運行）和方案二（啟動1臺循環(huán)水小泵高速運行，1臺機力塔風(fēng)機同時運行）進(jìn)行下一步的試驗驗證。

3 方案驗證

為避免不確定因素對試驗的影響，選擇在同一天氣條件、同一機組負(fù)荷下對方案一和方案二分別進(jìn)行試驗，具體試驗數(shù)據(jù)如表7所示。

根據(jù)具體實施結(jié)果，人們可以得出以下結(jié)論。一是前提條件比較，方案一和方案二在同一工況、同一環(huán)境下均能達(dá)到目標(biāo)要求，有較好的盈利能力。二是實施數(shù)據(jù)相比而言，在循環(huán)水系統(tǒng)耗電量、廠用電率和盈利能力等方面，方案一更加優(yōu)化。三是存在一定的問題，方案一由于運行工況的要求僅持續(xù)了3 h，真實性值得商榷，方案二運行時間為14 h，數(shù)據(jù)真實性有保障。為此，為了驗證方案一的可行性，擇機做了第二次試驗。試驗數(shù)據(jù)對照結(jié)果如表8所示。

由此可見，在一拖一機組采暖季運行時，循環(huán)水系統(tǒng)采用方案一，啟動1臺循環(huán)水小泵高速運行，就可以滿足機組運行條件，降低廠用電量33%，增加單位盈利近萬元。

4 結(jié)語

此次優(yōu)化方案能夠較好地滿足機組節(jié)能優(yōu)化的需求，達(dá)到預(yù)期效果。但是，實際分析過程中仍有一定不足。本研究只是針對一拖一機組采暖季工況而言，具有一定局限性。但此方法具有可復(fù)制性，可嘗試對該廠一拖一機組非采暖季、二拖一機組采暖季以及二拖一和一拖一機組同時運行的采暖季等多種工況進(jìn)行分析，用以指導(dǎo)運行人員的操作調(diào)整。此外，在方案優(yōu)化過程中，還需要上塔門的配合以及對凝汽器進(jìn)汽量的分析，這些方面仍有進(jìn)一步討論和分析的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊秋輝，黃功文.400 MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機組循環(huán)水泵運行優(yōu)化[J].發(fā)電設(shè)備，2019（2）：142-145.

[2]孫偉，楊占山.汽輪機冷端的影響因素分析及優(yōu)化運行[J].吉林電力，2013（3）：33-34.