1000MW燃煤电厂循环水泵选型与节能运行研究

摘 要：循环水泵是电厂的“能耗大户”及电厂节能的主要对象。以某滨海2×1000MW燃煤机组为例，对循环水泵常用调节流量的方法作了技术分析，对不同水泵台数、双速电机、变频调速三种调流方案作了技术经济比较，提出满足该工程技术经济条件的最优循环水泵配置方案。按循环水系统最优化理论，确定了各种泵型配置方案下逐月的最优运行方案，为实际运行提供可操作性的依据。

关键词：循环水泵；流量调节；节能运行；变频

引言

目前我国工业企业单位GDP能耗居高不下的情况已引起高度重视，国家在“十三五”节能减排综合性工作方案中提出了到2020年单位GDP二氧化碳强度减少40%到45%的目标。能耗在一次能源生产总量中占有很大比重，冷却水系统中的循泵占汽轮发电机组额定发电量的1%-1.5%，是火电厂节能的重要对象。其特性不仅关系着电能的损耗，而且会直接影响凝汽器的背压，进而影响机组的发电量，合理选择循环水泵的类型、配置方式和运行方式具有重要作用。在目前我国电力事业刚经历过飞速发展、经济还处于探底阶段的背景下，我国火力发电厂目前很大程度上达不到满负荷运行条件，因此优化循环水泵的配置对电厂的安全经济运行和节能降耗有着重要意义。

对循环水系统常用调节流量的方法作了技术分析，对1机2泵和1机3泵、双速电机、变频调速等调流方式作了技术经济比较，经比较推荐采用1机3泵的变频调速方案；提出满足该工程技术经济条件的最优循环水泵配置方案；按循环水系统运行最优化的理论，确定了逐月的最优运行方案，为该电厂的实际运行提供可操作性的依据。计算结果显示：采用循环水泵流量可调（变频）的方案相比于流量不可调的方案（定速），增加了调节水量的方式，经济效益明显。

1 循环水系统优化概述

某工程装机容量为2×1000MW，位于渤海湾内，机组冷却水为海水，循环冷却水取自某工业区内1#港池的海水。该海域平均高潮位380cm，平均低潮位156cm，最大潮差569cm。该海域7、8月份平均水温为25.5℃-27.0℃，全年平均水温12.6℃，各月水温值见表1。

在汽轮机排汽量和循环水温一定的情况下，随着循环水量Dw的增加，凝汽器真空升高，汽轮机增加功率输出，但同时循环水泵的耗功亦随之增多，抵偿增发功率的收益，使汽轮机的增发功量ΔNt与循环水泵耗电量ΔNp之差达到最大的循环水量称最佳循环水量，相应凝汽器真空称最佳真空[1-3]。循环水系统最优运行真空示意图如图1所示。

图1 最优运行真空示意图

对于可实现循环水量连续调节的电厂，只需将循环水量调节到优化计算得到的最佳循环水量即可；而对于目前国内大多数电厂流量不可连续调节，仅可通过改变循环水泵的组合方式来使循环水量阶跃变化，传统的连续优化模型不能采用，只能采用离散优化模型，从而可以给出离散的最佳循环水流量与机组负荷、循环水温的函数关系和决定切换时机的临界工况线绘制的所谓等效益点曲线[4-5]。

根据设计经验及运行调研分析，结合厂址条件特点，循环水泵配置方式主要按1机2泵、1机3泵两种配置方式进行比选。

根据同类工程计算结果，变频器的投资回收期取决于机组变负荷运行的时间，机组的负荷率越低，取得的经济效益就越高。如果全年机组满负荷运行，循环水泵基本按照额定工况运行，则变频器实际意义不大，投资回收期过长；而如果机组常年在低负荷运行，且变化较大，循环水泵长时间偏离额定设计工况点，则变频意义较大，节能效果明显。综合上述分析，对表2中的6种循环水泵配置方案进行深入的技术经济比较。

2 循环水系统运行节能优化计算

由于机组负荷变化的随机性，为便于节能优化计算，现假定机组满负荷运行，且机组的年利用小时数在每月平均分布。以1机2泵（定速泵）的方案作为计算的基准方案，根据冷端优化的循环水量结果及本工程的循环水管路阻力特性情况，采用流体计算分析软件PIPENET1.6对上述6种循泵配置方案下各种运行组合工况进行计算。其中循环水泵不同的配置方案对应的出水流量对照表见表3，不同方案逐月循环水泵配置表见表4。

从表5可以看出，采用循环水泵流量可调的方案与流量不可调的方案相比，节能效果非常明显，部分月份采用小水量运行方式能充分利用低水温的冷却效果。

变频泵方案与双速泵方案相比，由于水量调节线性化，节能效果更为显著；1机3泵与1机2泵相比，节能效果更优。

以上优化计算是在机组满负荷运行的假定条件下进行，如考虑机组负荷的变化，配置变频泵将更具有节能优势。为方便比较，在1机3泵（配1台变频泵）方案下，假定负荷为100%、90%、80%、70%四档，且四档负荷在三档水温的运行时间内随机分布，对此进行逐月工况节能优化计算，计算结果如表6所示。

3 循环水系统方案技术经济比较

对以上6种方案的节能年费用与初期投资费用进行比较，如表7所示。

从表7可看出，1机3泵方案比1机2泵方案经济性更优越，当1台机组配置3台循环水泵，且其中1台泵采用双速电机调节冷却水流量可减少年费用约58万元/年；1机3泵方案中当1台泵采用变频调速泵调节流量，可使系统在最佳循环水倍率下运行，年运行费用最低，虽初投资比3台定速泵的方案增加了100万元，但较3台定速泵的方案节约年费用75万元。如考虑全年负荷情况，在假定四档负荷在三档水温范围内随机分布的情况下，1机3泵配1台变频泵的方案可节省年费用约103万元，这主要是在热季时降负荷运行时节能效果更明显。因此，采用每台机组设置3台循环水泵，并设置1台变频泵来调节流量的方案是最经济的。

在满负荷下，逐月节能优化后，每月的最优运行水量如图2所示。在满负荷下，不考虑负荷变化时的节能效果如图3所示。

该火电厂实际运行时，可按不同水温条件和不同机组负荷计算循环水泵最优运行工况图，运行人员可由此灵活调节最经济的循环水泵运行方式，可大幅度的降低用电，提高电厂经济效益。

4 结束语

（1）采用循环水泵流量可调（变频）的方案较流量不可调的方案（定速）相比，增加了水量的调节方式，节约了厂用电，可取得明显的经济效益，若电厂承担调峰任务，年运行负荷变化较大时，其运行经济性将会更加明显。（2）对某滨海工程，每台机组采用1台变频泵调节流量比采用1台双速泵调节流量更经济。（3）可根据电厂实际负荷情况及不同水温条件计算循环水泵最优运行工况，以提高电厂经济效益。

参考文献

[1]金晏海， 洪.循环水泵的运行方式及节能分析[J].华电技术，2011，33（7）：77-82.

[2]卢怀钿，钟少伟.1036MW

机组汽轮机冷端运行优化及循泵双速节能改造的试验研究[J].电力建设，2011，32（7）：109-112.

[3]黄新元，赵丽.火电厂单元制循环水系统离散优化模型及其应用[J].热能动力工程，2004，19（3）：302-305.

[4]缪国钧，葛晓霞.电厂循环水系统的优化运行[J].汽轮机技术，2011，53（3）：230-232.

[5]娄卫星.循环水泵运行方式优化[J].华电技术，2014，36（5）：6-7.

作者简介：梁贤金（1983-），男，硕士，工程师，主要从事火力发电厂水工工艺方面的设计及研究工作。

田娟娟（1985-），女，学士，助理工程师，主要从事建筑给排水、消防工程及节能方面的设计及研究工作。

邰巍（1986-），男，硕士，工程师，主要从事火力发电厂水工工艺方面的设计及研究工作。

李晓一，男，硕士，教授级高工，主要从事火力发电厂水工工艺方面的设计及研究工作。