火力發(fā)電廠600 MW 機組循環(huán)水系統(tǒng)運行優(yōu)化研究

任吉平，高慧芳

（內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012199）

引言

在煤價上漲、電力需求增速放緩、新能源裝機容量增加、污染物排放趨嚴的背景下，火電廠面臨前所未有的挑戰(zhàn)。作為火電廠的主要的輔機系統(tǒng)之一，循環(huán)水系統(tǒng)消耗的電量約占電廠總發(fā)電量的1%～1.5%，循環(huán)水系統(tǒng)運行優(yōu)化是火電廠節(jié)能降耗的重要舉措。如何保證循環(huán)水泵科學(xué)高效的運行在火電廠中顯得尤為重要。目前我國大部分火發(fā)廠循環(huán)水系統(tǒng)的運行管理模式過于粗獷，針對循環(huán)水流量的操作僅僅只能通過運用不同的循環(huán)水泵來實現(xiàn)，要么使用定速泵，要么使用雙速泵，無法實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)流量的線性調(diào)節(jié)。循環(huán)水系統(tǒng)運行管理過程中主要取決于操作人員的經(jīng)驗與水平，其局限性較大，相關(guān)依據(jù)并不完善，無法最大程度地發(fā)揮出循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟性?；诖?，通過對循環(huán)水系統(tǒng)運行優(yōu)化進行研究，有利于火電廠節(jié)能降耗和提升經(jīng)濟效益[1]。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

現(xiàn)階段，火電廠配備兩臺600 MW 超臨界機組，采用上海公司制造的超臨界、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。其循環(huán)水系統(tǒng)主要利用冷卻塔對火電廠機組進行冷卻，而冷卻塔的工作原理是將冷水引入冷卻塔并不斷循環(huán)對設(shè)備進行冷卻，冷卻塔內(nèi)的水被加熱產(chǎn)生水蒸氣通過塔頂排出。每臺機組的循環(huán)水系統(tǒng)由冷卻塔、循環(huán)水壓力管、回水管、兩臺循環(huán)水泵組成；A 為低速泵、B 為高速泵，分別對應(yīng)一臺低速電機和一臺高速電機。因此，可以將火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的運行模式分為低速單泵模式（A）、高速單泵模式（B）、高低速雙泵模式（C）三種。針對三種運用模式分別求出其功率與流量，但是由于循環(huán)水系統(tǒng)在設(shè)計過程中沒有安裝流量計，所以主要通過超聲波流量計進行檢測[2-3]。

2 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1 優(yōu)化原理

在火電廠機組一定負荷和外部環(huán)境約束下，改變循環(huán)水泵運行方式會改變循環(huán)冷卻水流量，進而影響機組背壓。增加循環(huán)水量可以降低機組背壓，增加機組出力，但循環(huán)水泵的耗電量也會隨之增加；減少循環(huán)水量會增加機組背壓，降低循環(huán)水泵的電耗，同時也降低機組出力。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行是尋找最優(yōu)的循環(huán)水泵運行方式，使整個系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)，從而提高火電廠的經(jīng)濟效益。因此，針對循環(huán)水系統(tǒng)運行的優(yōu)化研究，本質(zhì)上是尋找機組的最佳真空。一般情況下，機組增加的輸出功率與循環(huán)水泵增加的電耗之間的差值視為凈增加功率[4-5]。當它們之間的差異達到最大值時，便達到了最佳真空，如式（1）所示。但現(xiàn)階段火電廠并未采用變頻控制方式，一般情況下很難通過改變循環(huán)泵的運行條件來控制循環(huán)水流量，連續(xù)控制循環(huán)水流量達到最佳循環(huán)水流量。凈增功率即ΔN 如下所述。

式中：ΔN 為凈增功率，kW；ΔNT為凝汽器背壓變化引起的功率增量，kW；ΔNp為凝汽器背壓變化循環(huán)水泵增多的消耗功率，kW。

2.2 汽輪機功率增量

降低凝汽器背壓，提高汽輪機效率，可以使發(fā)電機產(chǎn)生更多的電力，汽輪機功率的增加與凝汽器背壓和額定值的變化成正比，如下式所示:

式中：ΔNT為凝汽器背壓變化引起的功率增量，kW；ΔP 為凝汽器背壓變化量，MPa；N10為汽輪機額定功率，kW；K 為凝汽器背壓變動時汽輪機功率變化率。

2.3 凝汽器背壓變量

通過循環(huán)水溫度T 的變化趨勢，在保證相同條件的情況下，針對循環(huán)水系統(tǒng)三種不同的運行模式的水量，求得點（T，NT）中三種循環(huán)水運行模式下凝汽器背壓的變化量ΔP。如下式所示：

式中：P 為三種循環(huán)水運行模式下凝汽器背壓增量，MPa；P1循環(huán)水泵倒換前的凝汽器背壓，MPa；P2為循環(huán)水泵倒換后的凝汽器背壓，MPa。

3 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

凝汽器背壓的變化往往與很多因素有關(guān)，唯一可以用來調(diào)節(jié)凝汽器背壓的就是循環(huán)水流量。為此，最佳循環(huán)水流量是循環(huán)水系統(tǒng)科學(xué)高效運行的前提。首先，確定火電廠機組的不同運行工況，根據(jù)火電廠機組不同工況下的運行數(shù)據(jù)，用公式（2）計算汽輪機的功率增量，其次，用公式（1）計算凈功率增量，最后，重新計算選定的不同循環(huán)水溫度下的工況點，直到所有計算完成，最終找到不同工況下的循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運行模式[6]。

如表1 所示，通過三種運行模式在不同機組運行負荷與循環(huán)水溫度的條件下進行計算各運行模式的最佳狀態(tài)，可以看出隨著機組負荷的不斷增大，A運行模式包含的循環(huán)水溫越來越低；同理，B 運行模式與C 運行模式也出現(xiàn)了此類的情況，由此可以總結(jié)出不同模式下循環(huán)水系統(tǒng)一定運行規(guī)律，為循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運行方式有效提供參考。

表1 最佳循環(huán)水系統(tǒng)運行模式

4 結(jié)語

簡而言之，通過火電廠循環(huán)水系統(tǒng)運行模式進行詳細的分析，科學(xué)配置三種循環(huán)水運行模式下在不同負荷、循環(huán)水溫度的最佳模式，使循環(huán)水系統(tǒng)能夠長期在最佳條件下工作，既滿足證機組安全穩(wěn)定運行的需要，還有效節(jié)約循環(huán)水系統(tǒng)的能耗，降低火電廠運行電耗，提高火電廠經(jīng)濟效益。