300MW機組循環水泵節能優化運行

李建韋+李平

摘 要：在我國，火力發電在能源結構中占據主導地位，傳統的火電機組在節能方面潛力十分巨大，因此提高火電機組運行的經濟性是實現我國節能減排目標的重要手段。本文以某廠300MW亞臨界機組為研究對象，闡述了循環水系統管路特性及循環水泵特性、單背壓凝汽器特性等通用的基礎理論，并通過程序計算得出了不同環境下的循環水泵最優運行方式，實現了機組的經濟性目標。

關鍵詞：火電機組；循環水泵；節能；優化

在電廠中，循環水泵是重要的輔機之一，也是耗電量較大的輔機之一，它消耗的電能約占廠總發電量的1%-1.5%。同時循環水泵的運行方式對凝汽器真空和汽輪機出力也有很大的影響。所以，在一定條件下合理確定循環水泵的運行臺數即實現循環水泵的最優運行，是提高電廠運行經濟性的重要措施，對電廠節能具有現實意義。目前國內電廠多是采用定速或雙速循環水泵，通過改變循壞水泵的組合方式來調節循環水流量。循環水泵投入臺數增多，循環水流量就會增大，凝汽器壓力就會降低，從而增加汽輪機功率，但同時會引起循環水泵耗功率增大，增加廠用電率。根據熱經濟性最佳的原則，當汽輪機增加的功率與循環水泵消耗的功率兩者之間差值最大時，對應的循環水泵運行方式最優。在滿足機組正常運行的前提下，根據外界環境變化調配循環水泵運行臺數，從而調節循環水流量，使機組運行的經濟性最優，這就是本文擬研究的主要內容。

一、循環水泵運行特性

（一）循環水泵

循環水泵向凝汽器提供冷卻水，用以凝結汽輪機排汽，保持凝汽器真空。如果失去循環水，凝汽器將失去冷源，機組將不能運行，所以，循環水泵可以說是汽輪發電機組最重要的輔機之一。循環水泵的工作特點是流量大、揚程低，這是因為每凝結1kg排汽約需冷卻水50-80kg[1]、循環水泵所提供的能量，主要用克服冷卻水在系統內流動時的阻力以及由于水源與熱井水面高度不同所引起的勢能。循環水泵通常存在著并聯運行的工況，因為當機組運行狀況發生變化（如負荷、水溫變化）時，循環水泵的輸出流量也會有很大變化。考慮到泵的揚程可能受到冷卻水管堵塞等原因的影響，要求循環水泵的揚程-流量曲線為陸降型。發電廠的大型循環水泵一般都采用軸流泵的形式。

（二）循環水泵的基本性能參數

循環水泵的基本性能參數主要包括：流量Q、揚程H、效率n、功率N、轉速n、汽蝕余量NPSH等。

水泵的流量又稱為輸水量，是指單位時間內流經管道的有效截面的流體量，也稱瞬時流量。以體積表示時稱為體積流量QV（m3/s），以質量表示時稱為質量流量Qm（kg3/s），兩者有如下關系

Qm= pgQv

其中，P為流體密度，g為重力加速度。

揚程為單位重量液體流經粟后獲得的有效能量，是菜的重要參數之一又稱壓頭。揚程可表示為流體的壓力能頭、動能頭和位能頭的增加，即

上式中H為揚程（m），P1、P2分別為泵進口、出口處的壓強（Pa），V1、V2分別為流體在泵進出口處的流速（m/s），Z1、Z2為進出口高度（m），為液體密度（kg/m3）， g為重力加速度（m/s2）。

水泵的功率分為軸功率N和有效功率Ne。軸功率是水泵軸從動力機處獲得的總能量增量，通俗地講，就是電機輸給水泵的功率。有效功率指流體流經機器后每單位時間獲得的能量

Ne= pgQvH

有效功率Ne與軸功率N之比就是栗的效率n。

轉速是指水泵軸或葉輪每分鐘旋轉的次數。轉速與其他性能參數有著密切的關系，一定的轉速，對應一定的流量、揚程和軸功率。轉速改變，將引起其他參數發生相應變化。與水泵配套的動力機械，不僅在功率上要滿足水泵運行的工況要求，在轉速上也要與水泵的轉速相一致。汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。吸程為必需汽蝕余量，即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度。泵的性能曲線是在一定轉速下水泵的揚程、軸功率、效率與流量之間的關系曲線。通常研究的是H-Q、N-Q和η-Q關系曲線，橫坐標為Q，其他參數為縱坐標。般都是通過試驗的方法來確定泵的性能曲線。

（三）循環水入口溫度tw1

循環水入口溫度與環境溫度和循環水系統的供水方式有關。若循環水系統為開式水系統，其供水來自天然水源，則循環水入口溫度等于外界環境溫度中的循環水的溫度。若循環水系統為閉式水系統，其供水來自于冷卻塔，則循環水入口溫度不僅與外界環境有關，還與冷卻塔的冷卻效果有關。

（四）循環水溫升?t

循環水溫升就是循環水出口溫度tw2與循環水入口溫度tw1之差。在凝汽器中，蒸汽的放熱量可表示為：

Q1=DC（hc-hc） （2-4）

式中， DC為汽輪機低壓缸排汽量；hc為低壓紅排汽焓， hc為凝結水焓。循環水的吸熱量為：

Q2=DW（hw2-hw1）=DwCp（tw2-tw1） （2-5）

式中， DW為循環水流量， hw2為循環水出口水焓， hw1為循環水入口水焓， Cp為水的定壓比熱容，一般取為4.187kJ/（kg. ℃）。

蒸汽與循環水之間的換熱遵循能量守恒定律，根據能量守恒，有Q1 = Q2，即：

根據式（2-6）可以得出循環水溫升的計算公式：

對于凝汽式汽輪機，墻差在數值上變化不大，大約是2180kJ/kg，可直接用于式（2-7）的計算。由（2-7）可以看出，循環水溫升主要與循環水流量和低壓紅排氣量有關。

二、結論

隨著全社會節能環保意識的不斷提高，電力行業所面臨的節能減排任務越來越嚴峻，作為在電力行業中占據主要地位的火電行業，其節能減排任務更是突出。另一方面，傳統的火電機組節能減排潛力巨大，這就為對火電廠的節能減排研究提供了非常大的可能性及研究空間。循環水泵是火電機組的重要輔助設備，同時也是火電廠耗電最多的設備之一，因此研究循環水泵的優化運行，電廠節能優化任務的一項重要工作，具有現實意義。本文立足于對循環水泵的優化運行方案進行設計探討。循環水泵的優化運行方案提出后，解決了原來循環水泵運行方式無精確理論依據的情況，可以實現循環水泵運行的精細化管理。由此可以看出，本文的研究內容具有重要的實用價值。本文通過對循環水泵及循環水泵運行特性、凝汽器特性、進行分析，得出了循環水泵耗功與汽輪機功率增量之間的平衡關系的計算方法，獲得了不同環境下最佳的循環水泵運行方式組合，給運行人員的運行操作提供了可靠準確的指導。

參考文獻：

[1]邢希東.大型定速循環水泵在濕冷火電機組上的節能優化.水泵技術，2011（4）：45-48.

[2]劉吉臻，王瑋，曾德良，等.火電機組定速循環水泵的全工況運行優化.動力工程學報，2011，31（9）：682-688.

[3]楊勤，董建強，周雪元.3種確定循環水泵最佳組合方式的方法.熱力發電，2007（6）：87-88.

[4]李敬，魏運剛.循環水泵的節能改造理論與應用.東北電力技術，2005（7）：47-49.