電廠閉式循環冷卻水泵雙速運行優化

文_牛小川 鄧新國 顧海風 國華徐州發電有限公司

閉式環冷卻水泵是電廠重要輔機之一，在廠用電占據一定的份額。電廠對閉式循環冷卻水的需求受環境溫度影響較大，夏季需求多，冬季需求少。工頻定速泵，靠閥門節流調節的方法顯然是不節能的。水泵轉速調節的方法一般有兩個選擇，一是變頻調節；二是雙速調節。變頻調節因投資過高，收回成本時間長，較少使用。雙速運行優化，成本低、改造少，是確保閉式冷卻水泵平穩節能運行，推動電廠可持續發展的一項可選的舉措。

1 項目背景

徐州發電廠2×1000MW機組于2011年12月31日投入商業運行。每臺機組配置2臺閉式循環冷卻水泵，1臺運行1臺備用。閉式循環冷卻水泵屬于工頻定速運行方式，通過調節閥或手動閥門控制冷卻水流量及管網壓力，以滿足運行需要。對溫度調節要求較高的冷卻用戶，如主機和小機的潤滑油冷卻器、發電機氫氣冷卻器、發電機密封油冷卻器、發電機水冷系統等，設有單獨的溫度調節閥。兩臺機組閉冷水系統均能分別向脫硫系統、空壓機、鍋爐取樣冷卻器等提供冷卻水，互相滿足事故供水。由于季節的變化，環境溫度降低，冷卻水溫也隨之變化，因此閉式水各用戶所需水量亦隨之波動。氣溫低時，冷卻水的用量較少，相應供水閥門或調節閥的開度減小，由此帶來的問題是管網內阻力增大，損失增大，水泵效率降低。

2 雙速改造參數核算與實際運行采集

首先要進行的是閉式循環冷卻水泵電動機雙速節能改造項目，將原單速電機改成雙速電機。這種方法是利用電機本身條件，將原定子線圈拆除，鐵芯清理，更換全部定子線圈，增加改極接線箱，改變接線柱的連接方式，改變電機極數(4、6極)，實現兩種轉速運行，改造前后的電機參數如表1。

表1 閉式冷卻水泵電機改造后參數

由離心泵相似定律知，在不大范圍內改變泵的轉速泵的效率近似不變，其性能近似關系為：Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3其中Q1、H1、P1、Q2、H2P2分別表示轉速n1和n2水泵的流量、揚程和功率。

改造前：閉冷泵轉速為1490r/min，額定流量為2700t/h（2700m3/h），額定揚程為50m，功率為560kW。

改造后，閉冷泵高速方式運行與改造前相同。閉冷泵低速方式運行額定工況，經核算流量、揚程、功率情況是：泵轉速為1000r/min，額定流量為1862.1t/h（1879m3/h），額定揚程為23.8m，功率為184kW。

由表2可知，通過改變接線，改變電機極數(4、6極)，實現兩種轉速，低速運行時電流與高速方式比較下降65.31%，電機輸出功率也相應減小，可以實現節能運行目的。

表2 閉式冷卻水泵電機改造后實際采集數據

3 閉冷水泵雙速方式運行風險分析

由于閉冷水泵高、低運行方式不同時，其性能曲線不同，因此并列運行時存在一定的風險。進行閉冷泵高、低速切換時，應制定合適的操作方法，并需聯系維護人員密切配合，做好改接線工作及出口閥門的邏輯強制工作，密切監視閉冷水壓力變化出現出口門關閉不嚴、閉冷水壓力偏低或其他異常等情況，立即恢復備用高速泵運行。

當環境氣溫升高時，機組在高負荷下，閉冷泵低速運行將不滿足系統的冷卻水需求，應當制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件，及時將閉冷泵切至高速方式運行。

4 閉冷泵雙速方式運行試驗

為保證機組運行安全，采集數據，探索閉冷泵高、低速切換操作方法，制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件，進行了一系列實驗，如表3～表10所示。

表3 閉冷泵低速方式運行電機空載試驗

表4 11號閉冷泵低速方式運行試轉參數

表5 12號閉冷泵低速方式運行試轉參數

表6 冷態工況下閉冷水泵低速方式運行帶系統用戶（閥門全開）試驗

表7 高速閉冷水泵切至低速閉冷水泵試驗

表8 低速閉冷水泵切至高速閉冷水泵試驗

表9 機組運行時低速閉冷水泵帶系統用戶運行的參數采集（冬季）

表10 機組運行時低速閉冷水泵帶系統用戶的極限試驗（初夏）

5 制定低、高速閉冷水泵切換邊界條件

當下列任一條件滿足時，閉式冷卻水泵應由低速閉冷泵切至高速閉冷泵運行：①閉式冷卻水泵出口母管壓力＜0.42MPa；②水水熱交換器閉式冷卻水出口母管壓力＜0.38MPa；③當水水熱交換器出口母管閉式冷卻水溫度超過28℃時，應手動點開運行的水水熱交換器循環水進口門。當水水熱交換器循環水進口門全開，且水水熱交換器閉式冷卻水出口母管＞30℃；④在水水熱交換器循環水進口門全開的情況下，水水熱交換器出口母管閉式冷卻水溫度超過28℃且發電機定冷水冷卻器冷卻水溫度調閥開度＞95%；⑤在水水熱交換器循環水進口門全開的情況下，發電機氫氣冷卻器冷卻水溫度調閥開度＞75%。

6 項目效果

根據計算及實際試驗，每年10月份至次年5月閉冷泵低速方式運行，完全可以滿足用戶需求，有明顯的節能效果。低速方式運行18.8A 左右，高速方式電流為 54.2A左右。經統計2019年，1號機組閉式循環冷卻水泵低速方式運行204d。

新增效益=運行時間×節約電流×電壓×三相系數×功率因數×每度電價，2019年新增效益：

閉式循環冷卻水泵雙速改造項目施工計劃費用30萬元，實際發生27萬元，運行優化試驗使用廠用電費用約0.3萬元，共花費27.3萬元。不到半年即收回成本。

7 結語

通過試驗及運行統計，根據季節特點，及時切換閉冷泵低速運行方式，可以滿足各種負荷工況下閉冷水用戶的需求，對節約廠用電有明顯效果。閉式循環冷卻水泵雙速改造相較于變頻改造，造價低、回收成本快。