44444×340 MW 機組循環(huán)水系統(tǒng)運行方式仿真與驗證

占阜元，王 華，沈永流，敖麗華，萬忠海

（1.國家能源集團豐城發(fā)電有限公司，江西 豐城 331100；2.國能江西電力有限公司，江西 南昌 330029；3.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

近年來，在國家節(jié)能降耗政策的推動下，深度挖掘燃煤機組的節(jié)能潛力已成為重中之重。汽輪機冷端系統(tǒng)是燃煤機組的重要組成部分，其主要作用是維持汽輪機的凝汽器真空[1-2]。凝汽器真空與循環(huán)水流量密切相關，而循環(huán)水流量取決于循環(huán)水泵的運行方式，不同的循環(huán)水泵運行方式對應不同的耗電量，其耗電量約占廠用電量10%～25%[3-4]。

某電廠4×340 MW 機組每臺機組配置兩臺72LKSA-26 型斜流式循環(huán)水泵。各機組出水采用單管單溝，夏季運行二臺循環(huán)水泵，冬季運行一臺，另一臺聯(lián)鎖備用。l 號機組與2 號機組循環(huán)水泵在同一泵房，循環(huán)水母管裝有聯(lián)絡門。同樣，3 號機組與4 號機組循環(huán)水泵在同一泵房，循環(huán)水母管裝有聯(lián)絡門。這樣，1 號、2 號機組與3 號、4 號機組可分別實行二機三泵運行方式。

由于1 號、2 號機組與3 號、4 號機組循環(huán)水系統(tǒng)相互隔離。因此．四臺機組的循環(huán)水系統(tǒng)不能完全互為備用。在機組檢修或設備發(fā)生故障時不可能全年保持1號、2號機組或3號、4號機組運行，特別是三臺機組以上運行時。會因為循環(huán)水泵運行臺數(shù)過多，造成廠用電中循環(huán)水泵耗電量比例過大；同時該電廠所在地區(qū)全年溫差較大，夏季高達40 ℃，冬季低至0 ℃，會造成機組在冬季氣溫低時循環(huán)水流量過大，真空過高，機組處于極其不經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

針對原循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題，該電廠采取了以下改進方案：在1號循環(huán)水母管與3號循環(huán)水母管之間增加一聯(lián)絡門，使四臺機組的循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)相互備用，使循環(huán)水系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)手段更加靈活，可實行不同機組運行，不同運行工況下的優(yōu)化運行方案，如四臺機組三臺循環(huán)水泵、三臺機組二臺循環(huán)水泵等[5-6]。

為進一步節(jié)省廠用電率，該電廠將循環(huán)水泵電機由370 rpm單一轉(zhuǎn)速改為370/330 rpm雙速電機驅(qū)動。在四季水溫及負荷工況變化時，該電廠可以通過改變循環(huán)水泵的電機轉(zhuǎn)速和循環(huán)水泵的投運數(shù)量來調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的總流量和總功耗[7]。如此一來，雖然增加了循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性和經(jīng)濟性，但也增加了循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的復雜性和盲目性。文中借助德國STEAG 電站能源公司Ebsilon Professional 電站系統(tǒng)設計軟件，深入開展循環(huán)水系統(tǒng)的流量和功耗特性仿真研究，為冷端系統(tǒng)優(yōu)化運行提供技術參考。

1 設備特性分析

1.1 循環(huán)水泵

根據(jù)制造廠提供的額定轉(zhuǎn)速原始資料，通過流量Q-揚程H和流量Q-效率η特性曲線的拓展外延和單調(diào)分段處理，采用“設計工況點”與流量Q-揚程H標幺化特性曲線和流量Q-效率η標幺化特性曲線相結合的計算模式，實現(xiàn)馬鞍形Q-H特性曲線循環(huán)水泵在定速工況或變轉(zhuǎn)速工況下流量、揚程及效率的仿真計算功能。

如圖1所示，夏季雙泵并聯(lián)運行設計工況點下的容積流量VM0=25 200 m3/h、揚程H0=21.86 m和泵效率η0=0.790 4。額定轉(zhuǎn)速n0=370 rpm，變轉(zhuǎn)速nx=330 rpm。

1.2 管路特性

管路阻力是指自循環(huán)水泵入口（取水前池）至凝汽器回水門出口的整個循環(huán)水系統(tǒng)的水路阻力。對于循環(huán)水系統(tǒng)，其管路特性隨前池水位、凝汽器回水門開度、凝汽器進水門開關狀態(tài)、聯(lián)絡門開關狀態(tài)的變動而變動。在仿真中，管路的“同一設備”特性由實體尺寸和物理特性所決定，與外部邊界條件無關。

1.3 運行方式

根據(jù)現(xiàn)場條件，該電廠四臺機組可區(qū)分為兩機運行、三機運行以及四機運行。通常，兩機運行可投運2～4臺循環(huán)水泵；三機運行可投運3～6臺循環(huán)水泵；四機運行可投運4～8臺循環(huán)水泵。在不同機組運行數(shù)量和不同循環(huán)水泵投運臺數(shù)下，循環(huán)水泵又可選擇高、低速運行。限于文章篇幅，僅列出循環(huán)水泵均處于高速運行方式或均處于低速運行方式的仿真結果和現(xiàn)場測試情況。

2 仿真結果分析

2.1 低速運行方式

圖2 中，兩機運行指1號/2號機組運行，三機運行指1號/2號/3號機組運行，四機運行指1號/2號/3號/4號機組運行。

圖2 低速運行阻力特性

圖2 中，兩機運行包含2泵/3泵/4泵（均低速）三個工況點，三機運行包含3泵/4泵/5泵/6泵（均低速）四個工況點，四機運行包含4泵/5泵/6泵/7泵/8泵（均低速）五個工況點。如圖所示，在相同凝汽器總?cè)肟诹髁肯?，三機運行管路阻力低于兩機運行；這主要是由于三機運行時，3號凝汽器進/出水門開啟；相當于在1號/2號凝汽器基礎之上并聯(lián)了一路支流，整個水路的管路阻力由此而降低。同理，四機運行的管路阻力低于三機運行的管路阻力。

如圖3 所示，包含兩機/三機/四機運行（低速）等所有工況下的循環(huán)水泵總功耗與凝汽器總?cè)肟诹髁客瑯哟笾鲁示€性關系。

圖3 低速運行功耗特性

2.2 高速運行方式

如圖4 所示，包含兩機/三機/四機運行（均高速）等所有工況下的循環(huán)水泵總功耗與凝汽器總?cè)肟诹髁客瑯哟笾鲁示€性關系。

圖4 高速運行功耗特性

2.3 高速/低速運行仿真數(shù)據(jù)對比

如圖5 所示，整體上，無論高速運行還是低速運行，凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關系，且趨勢相近。同時，循環(huán)水系統(tǒng)若為實現(xiàn)相同的凝汽器總?cè)肟诹髁?，循環(huán)水泵采用低速運行往往消耗的廠用電率會更低一些；但循環(huán)水泵高速運行可以獲得更高的凝汽器總?cè)肟诹髁俊?/p>

圖5 高速/低速運行功耗特性對比

2.4 仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)對比

如圖6 所示，整體上，無論在仿真工況下還是在實測工況下凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關系，且趨勢相近；但受循環(huán)水系統(tǒng)水阻、前池水位以及回水門開度等不確知因素的影響，仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)尚存在一定的偏差。

圖6 仿真實測特性對比

3 結語

循環(huán)水泵是電廠中耗電較大的輔助設備之一。循環(huán)水泵電機通過高低雙速改造，并對泵的運行方式進行優(yōu)化，運行安全可靠，其耗電率明顯降低，節(jié)能效果顯著。無論在仿真工況下，還是在實測工況下，在不同機組運行數(shù)量和不同循環(huán)水泵投運臺數(shù)下，凝汽器總?cè)肟诹髁亢脱h(huán)水泵總功耗均呈線性關系，且趨勢相近；但受循環(huán)水系統(tǒng)水阻、前池水位以及回水門開度等不確知因素的影響，仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)尚存在一定的偏差。后續(xù)有必要進一步探析前池水位和回水門節(jié)流調(diào)節(jié)對于循環(huán)水系統(tǒng)的影響及其規(guī)律。