淺談600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐爐水循環(huán)泵節(jié)能優(yōu)化

摘 要 針對(duì)A電廠600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐爐水循環(huán)泵長(zhǎng)期三臺(tái)運(yùn)行引起的高能耗問題，本文根據(jù)《電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法》，對(duì)該電廠鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)各個(gè)工況下的安全性進(jìn)行分析計(jì)算，提出爐水循環(huán)泵的節(jié)能運(yùn)行方式，該方式節(jié)約能耗，增加效益，在A電廠中得到了成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 爐水循環(huán)泵;節(jié)能;能耗

1問題的提出

A電廠600MW機(jī)組亞臨界鍋爐水循環(huán)采用控制循環(huán)方式。系統(tǒng)內(nèi)布置了3臺(tái)循環(huán)泵，按照設(shè)計(jì)文件，采用“兩運(yùn)一備”的運(yùn)行方式足可滿足ECR工況要求。但是廠方為了安全可靠，實(shí)際運(yùn)行中一直采取了三臺(tái)泵運(yùn)行的方式。由于三臺(tái)泵運(yùn)行裕度很大，雖然可靠性很高，但也造成能耗較高。

由于爐內(nèi)水循環(huán)對(duì)鍋爐安全運(yùn)行至關(guān)重要，所以廠方對(duì)改變爐水循環(huán)泵運(yùn)行方式長(zhǎng)期以來持謹(jǐn)慎態(tài)度。采用新的運(yùn)行方式必須考察各種工況下爐內(nèi)水動(dòng)力循環(huán)的安全性及裕度，尤其是故障狀況下的安全性，本文依據(jù)《電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法》，對(duì)該電廠鍋爐在兩泵、單泵、無泵時(shí)的工況進(jìn)行了水動(dòng)力安全性的分析，計(jì)算了各個(gè)工況下爐內(nèi)水動(dòng)力的安全裕度，提出爐水循環(huán)泵節(jié)能運(yùn)行方式。

2鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)的介紹

A電廠鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)由水冷壁、水冷壁集箱及其連接管道、汽包、下降管和爐水循環(huán)泵組成。水冷壁采用“螺旋管圈+垂直管屏”布置方式，以過渡段中間集箱為界，從冷灰斗進(jìn)口到過渡段中間集箱進(jìn)口前采用螺旋管圈，過渡段中間集箱出口至水冷壁出口集箱采用垂直管屏，結(jié)構(gòu)上采用光管和內(nèi)螺紋管。使用光管的區(qū)域?yàn)槔浠叶贰⒋怪惫芷痢⒑髩ρ由靷?cè)墻，其余區(qū)域水冷壁采用內(nèi)螺紋管。

與自然循環(huán)方式相比，控制循環(huán)最大的不同在于下降管設(shè)置了循環(huán)泵。由于壓力參數(shù)提高，汽水密度差逐漸減小，循環(huán)壓頭降低，爐水循環(huán)變得困難。設(shè)置爐水循環(huán)泵就是為了增加循環(huán)壓頭，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。爐水循環(huán)泵的安全運(yùn)行對(duì)600MW亞臨界控制循環(huán)鍋爐至關(guān)重要。

2.2 鍋爐水動(dòng)力校核計(jì)算概述

鍋爐水動(dòng)力校核計(jì)算的思路是選取傳熱較強(qiáng)的管子作為校驗(yàn)管進(jìn)行傳熱惡化校驗(yàn)，由于爐膛內(nèi)傳熱不均，沿高度方向和寬度方向熱負(fù)荷不同，因此，必須先對(duì)爐膛進(jìn)行分區(qū)段熱力計(jì)算，得出校驗(yàn)管沿爐膛高度的熱負(fù)荷分布曲線，再根據(jù)各并聯(lián)管子壓差相同的原則，用上升管屏的工作壓差做水平線交出校驗(yàn)管的工作點(diǎn)，得出校驗(yàn)管的各項(xiàng)水循環(huán)參數(shù)。若沿整個(gè)高度，根據(jù)計(jì)算得出的校驗(yàn)管各點(diǎn)的重量含汽率都低于按傳熱惡化條件所允許的重量含汽率，并留有適當(dāng)?shù)脑６龋瑒t認(rèn)為安全[1]。

2.3 計(jì)算結(jié)果及分析

在控制循環(huán)水動(dòng)力計(jì)算方法的安全性指標(biāo)中，防止內(nèi)螺紋管傳熱惡化的指標(biāo)是最小質(zhì)量流量，防止光管傳熱惡化的指標(biāo)是臨界含汽率[2]。本文將分別從以下兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行傳熱惡化校驗(yàn)。

（1）光管臨界含汽率指標(biāo)

圖1為在鍋爐ECR工況下， 鍋爐水循環(huán)泵在兩泵，單泵，無泵時(shí)由水循環(huán)計(jì)算結(jié)果繪制的水動(dòng)力安全性校核特性圖。

從上圖中，可以清晰看出：

1）兩泵帶ECR負(fù)荷時(shí)，水冷壁管內(nèi)質(zhì)量流速較大，由于設(shè)計(jì)時(shí)留有很大的安全裕度，質(zhì)量含汽率曲線始終在光管質(zhì)量臨界含汽率曲線下方，并且距離有相當(dāng)大的距離，爐水循環(huán)安全可靠。

2）ECR負(fù)荷下只有一臺(tái)泵工作或者兩泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)泵出現(xiàn)故障時(shí)，循環(huán)流量較兩泵運(yùn)行時(shí)有所減少，質(zhì)量含汽率較兩泵運(yùn)行時(shí)上升，曲線上移并逼近光管臨界質(zhì)量含汽率曲線，但并沒有相交，安全裕度大幅度降低，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)上升。

3）系統(tǒng)中沒有水泵運(yùn)行，可視為自然循環(huán)。在該工況下，由于只依賴自然循環(huán)中汽水密度差產(chǎn)生的壓頭，系統(tǒng)流量較小，質(zhì)量含汽率沿爐膛高度急劇升高，在上圖中的橫坐標(biāo)“標(biāo)高”約15米處，曲線開始和臨界含汽率曲線有了交點(diǎn)，隨后在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，質(zhì)量含汽率曲線都遠(yuǎn)高于臨界含汽率曲線，引起傳熱惡化。

（2）內(nèi)螺紋管最小質(zhì)量流量指標(biāo)

以下表1所示為鍋爐在三種工況下循環(huán)水速和流量。

分析上表數(shù)據(jù)可以看出，ECR負(fù)荷下兩泵運(yùn)行時(shí)最小質(zhì)量流量為785.2 kg/s.m2高于內(nèi)螺紋管最小允許質(zhì)量流量524.2kg/s.m2，計(jì)算裕度達(dá)49.8%，運(yùn)行安全可靠;單泵帶ECR運(yùn)行時(shí)，實(shí)際最小質(zhì)量流量為581kg/s.m2， 裕度僅為10.9%，較兩泵運(yùn)行大幅降低，抵御爐內(nèi)傳熱和自身循環(huán)的擾動(dòng)變?nèi)酰\(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)提高;自然循環(huán)時(shí)，最小質(zhì)量流量遠(yuǎn)低于最小允許質(zhì)量流量，引起傳熱惡化。

3優(yōu)化效果

3.1 節(jié)能效果明顯

A電廠在經(jīng)試驗(yàn)后采用了爐水循環(huán)泵2用1備運(yùn)行方式后，能耗降低，節(jié)約了廠用電，經(jīng)濟(jì)性提升明顯。一臺(tái)爐水循環(huán)泵電機(jī)的額定功率為400kW，若年運(yùn)行小時(shí)數(shù)以7000小時(shí)計(jì)算，上網(wǎng)電價(jià)以0.40元/千瓦時(shí)計(jì)， 在實(shí)現(xiàn)兩泵運(yùn)行，一泵備用的運(yùn)行方式后，每年每臺(tái)鍋爐可節(jié)約廠用電2800000千瓦時(shí)，收益增加約112萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

3.2 延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命

爐水循環(huán)泵采用2用1備運(yùn)行方式，三臺(tái)泵都可以切換備用，縮短了設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)了使用壽命。另外可對(duì)備用的爐水循環(huán)泵做必要的保養(yǎng)維護(hù)或檢修，進(jìn)一步提高了爐水循環(huán)泵運(yùn)行的可靠性。

3.3 運(yùn)行噪音有所減弱

由于運(yùn)行過程中有一臺(tái)泵備用，較三臺(tái)泵運(yùn)行噪音有所降低，改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

4結(jié)束語

（1）A電廠兩泵運(yùn)行一泵備用的運(yùn)行方式安全可靠，且留有較大的安全裕度。兩泵運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)常對(duì)備用泵做檢查，并且三臺(tái)泵輪換做備用，防止備用泵遇故障時(shí)難以啟動(dòng)。

（2）倘若兩泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)泵突然故障時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)備用泵。如備用泵啟動(dòng)故障，此時(shí)應(yīng)減負(fù)荷至60%ECR（鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)單臺(tái)泵只能帶60%ECR負(fù)荷）。減負(fù)荷時(shí)一定注意對(duì)降壓速度的控制，切忌降壓太快，導(dǎo)致爐水循環(huán)泵發(fā)生汽蝕。

（3）A電廠在經(jīng)試驗(yàn)后采用了爐水循環(huán)泵2用1備運(yùn)行方式，經(jīng)濟(jì)性提升明顯，節(jié)能效果突出，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，水泵運(yùn)行時(shí)中噪音降低。

（4）本文對(duì)A電廠爐水循環(huán)泵幾種工況下運(yùn)行的安全性進(jìn)行了分析，提出鍋水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化方案，該分析方法可為其他600MW亞臨界機(jī)組控制循環(huán)鍋爐爐水循環(huán)泵的節(jié)能運(yùn)行提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 上海成套所，江蘇工業(yè)鍋爐情報(bào)網(wǎng)：電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法：JB/Z201-83[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1984.

[2] 吳雨紅.控制循環(huán)鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法概述[J]，鍋爐技術(shù)，2000， 31（10）：1-4.

作者簡(jiǎn)介

王具寶（1983-），男，寧夏彭陽人;學(xué)歷：碩士，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：寧夏特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)、特種設(shè)備節(jié)能。