濕冷機組全停后循環水泵節能優化

滕慧達 金建偉

摘要：某4×660MW超臨界閉式循環濕冷機組火電廠通過對凝汽器循環水系統以及輔機開式循環冷卻水系統的分析，經過論證比選利用現有設備無需改造通過輔助開式冷卻水泵獨立運行的方式，在保證機組停運期間各輔機冷卻用水的同時提前停運循環水泵，達到以小泵換大泵的節能目的。

關鍵詞：火電廠;循環水泵;輔機冷卻水;節能優化

0引言

近年來火電廠通過擴容改造、供熱改造、輔機變頻改造等方面大幅降低發電供電煤耗，但隨著水電、核電、新能源等國家鼓勵優先發電機組裝機容量不斷增長，火電機組作為調峰機組利用小時數大幅下降，機組調停次數及時間大幅增加，機組啟停過程中的節能優化也受到了關注。其中關于濕冷機組凝汽器循環水泵（下稱循泵）在機組啟停前后時的優化研究較少，主要為通過鄰機聯絡供循環水或間歇性供水。文章通過某內陸電廠660MW超臨界閉式循環濕冷機組同期機組全停后的循環水運行方式優化探索實踐介紹供同類型機組參考。

1系統介紹

某內陸火力發電廠4×660MW超臨界機組凝汽器采用閉式循環冷卻方式，每臺機組設置一座自然通風冷卻水塔，循環冷卻水塔池中冷卻水（以下簡稱循環水）通過循環水泵輸送入機組凝汽器與機組低壓缸排汽換熱返回至冷卻塔冷卻降溫后回至冷卻水塔池形成閉式循環。輔機冷卻水系統根據用戶水質要求分為以凝汽器循環水為冷卻介質的輔機開式循環冷卻水（以下簡稱開冷水）系統和以除鹽水為冷卻介質的閉式循環冷卻水（以下簡稱閉冷水）系統。其中閉冷水通過閉冷水冷卻器由開冷水冷卻，開冷水由循環水供水管供水經開冷水泵升壓冷卻用戶后回至循環水回水管經冷卻塔冷卻。

2存在的問題

為保證機組停運后主設備的安全停運必須保留開冷水系統的連續運行直至無開冷水用戶。機組停運后開冷水系統的最后用戶一般為主機冷油器以及閉冷水系統，其中主機冷油器在汽輪機打閘一周后（汽輪機缸溫允許停運盤車及潤滑油）可停運。根據系統設計，開冷水系統運行的條件為循環水系統運行，因此在機組停運期后為保持機組的安全停機需要維持循環水系統運行。調停或檢修機組多時會出現相鄰機組也停運的工況，因此仍需在同期的最后一臺機組停運后保留一臺循環水泵運行直至后停運機組安全停機。

該廠機組停運后開冷水用戶僅需400t/h冷卻水（母管壓力0.2MPa.g）即可滿足要求。作為火力發電廠僅次于電動給水泵的第二大電動輔機，660MW機組的循環水泵最小功率高達2800 kW，流量約40000t/h，在循環水失去凝汽器這一最大用戶的情況下為維持僅有400t/h流量的開冷水系統運行而運行循環水泵是不經濟的，因此有必要通過優化在同期機組全停時保證正常停機用水的情況下減少循環水泵運行時間。

3解決方案

根據保證機組停運破壞真空后輔機冷卻水不中斷可停運循環水泵的思路主要有以下兩種不改造設備的解決方案：

3.1方案一：工業水替代循環水

該廠循環水供水管道設置有工業水注水管路，機組停運破壞真空后可停運循環水泵并關閉其出口蝶閥，通過工業水注水經過循環水供水管替代循環水向開冷水泵供水。

全廠工業水設置有5臺工業水泵，2運3備，揚程64m，流量為280t/h/臺，功率75Kw，工業水注水管規格為DN250mm，根據泵與管路數據額外啟動兩臺工業水泵后，完全可滿足停機時的開冷水用量。

該方案缺點在于工業水持續向循環水系統注水將導致冷卻塔蒸發量極小的情況下冷卻塔池水位持續升高溢流，同時工業水注水入循環水后揚程無法滿足開冷水用戶需求，需要維持開冷水泵運行并且額外啟動2臺工業水泵。

3.2方案二：開冷水泵從循環水供水管自吸水

停運循環水泵后保持循環水管道與冷卻塔池相通，利用開冷水泵具有一定允許吸上高度的特點，僅靠開冷水泵從循環水供水管自吸水以實現開冷水循環。

兩種開冷水泵性能參數如下表：

根據允許吸上高度公式

Hg=大氣壓水柱（10.3m）汽蝕余量-安全余量（0.5m） （1）

表1中數據代入式（1）可得主開冷水泵允許吸上高度為2.6m，輔助開冷水泵的允許吸上高度分別分別為5m（#1機）、4.7m （#2、#3、#4）。循環水供水管道位于地下，該管道在冷卻水塔池中水的靜壓下在循泵停運時仍能保持循環水進水管的充滿度，根據冷卻水塔池水面與布置于0m的開冷水泵的高差最大值均<2m，計算結果表明開冷水泵獨立運行時理論上不會發生汽蝕現象。

各型號開冷水泵的揚程均為25m，根據循環水冷卻塔配水管高度為14.7m，再扣減不到2m的吸上高度以及10%的延程阻力，開冷水泵獨立運行時仍有7m的揚程余量，足以將水打進回水管。

2017年9月份、2017年10月份、2018年2月份、2018年11月份四次同期機組停運后以該方案進行調整，各機組均能保持輔助開冷水泵獨立穩定運行

4經濟性分析

按歷史數據低速循泵功率2800kW，2臺機組的輔助開冷水泵功率75kW計算每小時可節約廠用電2800kWh-2×75 kWh=2650kWh，根據以往機組停運7天后停運循泵的操作方式估算采用開冷水泵獨立運行的優化方式一次同期機組全停工況可節約廠用電44.52萬kWh，按0.4元/千瓦時的售電價格的經濟效益可產生17.808萬的經濟效益。據統計2017年同期機組全停工況共出現20天，若完全進行優化調整，全年可節電127.2萬kWh，經濟效益50.88萬元。該優化辦法對于新建機組長達1至2個月的調試期，效果尤其明顯。

5總結和建議

在保證開冷水不中斷的前提下通過運行方式的優化提前停運大功率的循環水泵可節省大量廠用電。文中方案無需改造投入，推薦存量電廠使用。由于管道設備的布置原因方案二運行方式穩定性不足，優化調整過程中需要一定的操作技巧，且容易受外界干擾而失穩，此時可結合方案一進行。建議新建電廠或冬季較冷地區的電廠在增設輔助開冷水泵時考慮下沉式布置低于循環水管以提高輔助開冷水泵運行穩定性并簡化調整操作。