火力發電廠600 MW 機組循環水系統運行優化研究

任吉平，高慧芳

（內蒙古京隆發電有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012199）

引言

在煤價上漲、電力需求增速放緩、新能源裝機容量增加、污染物排放趨嚴的背景下，火電廠面臨前所未有的挑戰。作為火電廠的主要的輔機系統之一，循環水系統消耗的電量約占電廠總發電量的1%～1.5%，循環水系統運行優化是火電廠節能降耗的重要舉措。如何保證循環水泵科學高效的運行在火電廠中顯得尤為重要。目前我國大部分火發廠循環水系統的運行管理模式過于粗獷，針對循環水流量的操作僅僅只能通過運用不同的循環水泵來實現，要么使用定速泵，要么使用雙速泵，無法實現循環水系統流量的線性調節。循環水系統運行管理過程中主要取決于操作人員的經驗與水平，其局限性較大，相關依據并不完善，無法最大程度地發揮出循環水系統的經濟性。基于此，通過對循環水系統運行優化進行研究，有利于火電廠節能降耗和提升經濟效益[1]。

1 循環水系統概況

現階段，火電廠配備兩臺600 MW 超臨界機組，采用上海公司制造的超臨界、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。其循環水系統主要利用冷卻塔對火電廠機組進行冷卻，而冷卻塔的工作原理是將冷水引入冷卻塔并不斷循環對設備進行冷卻，冷卻塔內的水被加熱產生水蒸氣通過塔頂排出。每臺機組的循環水系統由冷卻塔、循環水壓力管、回水管、兩臺循環水泵組成；A 為低速泵、B 為高速泵，分別對應一臺低速電機和一臺高速電機。因此，可以將火電廠循環水系統的運行模式分為低速單泵模式（A）、高速單泵模式（B）、高低速雙泵模式（C）三種。針對三種運用模式分別求出其功率與流量，但是由于循環水系統在設計過程中沒有安裝流量計，所以主要通過超聲波流量計進行檢測[2-3]。

2 循環水系統優化方案

2.1 優化原理

在火電廠機組一定負荷和外部環境約束下，改變循環水泵運行方式會改變循環冷卻水流量，進而影響機組背壓。增加循環水量可以降低機組背壓，增加機組出力，但循環水泵的耗電量也會隨之增加；減少循環水量會增加機組背壓，降低循環水泵的電耗，同時也降低機組出力。循環水系統的優化運行是尋找最優的循環水泵運行方式，使整個系統處于最佳運行狀態，從而提高火電廠的經濟效益。因此，針對循環水系統運行的優化研究，本質上是尋找機組的最佳真空。一般情況下，機組增加的輸出功率與循環水泵增加的電耗之間的差值視為凈增加功率[4-5]。當它們之間的差異達到最大值時，便達到了最佳真空，如式（1）所示。但現階段火電廠并未采用變頻控制方式，一般情況下很難通過改變循環泵的運行條件來控制循環水流量，連續控制循環水流量達到最佳循環水流量。凈增功率即ΔN 如下所述。

式中：ΔN 為凈增功率，kW；ΔNT為凝汽器背壓變化引起的功率增量，kW；ΔNp為凝汽器背壓變化循環水泵增多的消耗功率，kW。

2.2 汽輪機功率增量

降低凝汽器背壓，提高汽輪機效率，可以使發電機產生更多的電力，汽輪機功率的增加與凝汽器背壓和額定值的變化成正比，如下式所示:

式中：ΔNT為凝汽器背壓變化引起的功率增量，kW；ΔP 為凝汽器背壓變化量，MPa；N10為汽輪機額定功率，kW；K 為凝汽器背壓變動時汽輪機功率變化率。

2.3 凝汽器背壓變量

通過循環水溫度T 的變化趨勢，在保證相同條件的情況下，針對循環水系統三種不同的運行模式的水量，求得點（T，NT）中三種循環水運行模式下凝汽器背壓的變化量ΔP。如下式所示：

式中：P 為三種循環水運行模式下凝汽器背壓增量，MPa；P1循環水泵倒換前的凝汽器背壓，MPa；P2為循環水泵倒換后的凝汽器背壓，MPa。

3 循環水系統優化結果

凝汽器背壓的變化往往與很多因素有關，唯一可以用來調節凝汽器背壓的就是循環水流量。為此，最佳循環水流量是循環水系統科學高效運行的前提。首先，確定火電廠機組的不同運行工況，根據火電廠機組不同工況下的運行數據，用公式（2）計算汽輪機的功率增量，其次，用公式（1）計算凈功率增量，最后，重新計算選定的不同循環水溫度下的工況點，直到所有計算完成，最終找到不同工況下的循環水系統的最佳運行模式[6]。

如表1 所示，通過三種運行模式在不同機組運行負荷與循環水溫度的條件下進行計算各運行模式的最佳狀態，可以看出隨著機組負荷的不斷增大，A運行模式包含的循環水溫越來越低；同理，B 運行模式與C 運行模式也出現了此類的情況，由此可以總結出不同模式下循環水系統一定運行規律，為循環水系統的最佳運行方式有效提供參考。

表1 最佳循環水系統運行模式

4 結語

簡而言之，通過火電廠循環水系統運行模式進行詳細的分析，科學配置三種循環水運行模式下在不同負荷、循環水溫度的最佳模式，使循環水系統能夠長期在最佳條件下工作，既滿足證機組安全穩定運行的需要，還有效節約循環水系統的能耗，降低火電廠運行電耗，提高火電廠經濟效益。