電廠循環泵選型配置的經濟性分析

董軍飛

摘要：在火力發電廠的各個生產環節中，循環泵的用電量占整個電廠用電量的比例很大，因此是衡量電廠經濟性的重要指標之一。文章通過剖析國內某發電廠循環泵技術改進的全過程，探討如何根據不同地區的氣候特點合理選擇循環泵。通過分析所在地區不同季節水溫變化的情況，對循環泵的工況進行調整，選擇最有效的循環水泵配置臺數，以求獲得較大的經濟效益。

關鍵詞：循環泵；選型配置；冷卻倍率；經濟性分析

中圖分類號：TK264.1? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）04-0066-03

0 引言

循環泵是發電廠循環水系統中的關鍵設備，它就像人的心臟一樣不斷工作以帶動整個循環水系統正常運行。循環泵的主要作用是向汽輪機凝汽器提供冷卻水，同時還給各個廠用輔助設備提供軸承冷卻水或其他冷卻水。整個循環水系統流程如下：循環泵將溫度較高的水送至涼水塔降溫，再將這些涼水送至需要冷卻的設備，形成一個完整的水循環。國內發電廠的循環水系統大都采用此方式運行，并且循環泵一般采用低揚程泵［1］。循環水系統的經濟性分析通用性較強，本文采用國內某發電廠的循環水系統相關運行數據，通過介紹該發電廠循環水系統的改進過程及方案選擇，對其安全性和經濟性進行分析、優化，可為類似系統的運營提供一定參考。

1 設備配置概況

1.1 循環泵主要技術參數和工況介紹

國內某發電廠共3臺汽輪發電機組，總裝機容量為27 MW。其中，1號、2號汽輪發電機組為N12－35－1型凝汽式機組，功率為12 MW。3號機汽輪發電機組為羅馬尼亞AP3－1型凝汽式機組，功率為3 MW。機組冷卻方式采用一次循環供水模式，循環泵房裝有3臺長沙水泵廠生產的24SA-10A循環泵。該循環泵的主要技術參數見表1。

1.2 循環泵配置方式分析

各個季節和不同生產負荷下的循環水泵配置情況見表2。

經過多年對機組運行指標的分析，發現表2所采取的循環泵數量配置存在2個問題。

（1）該發電廠坐落在國內中部偏西南地區，該地區夏季和秋季炎熱，5～10月份的循環水溫度為17～28 ℃，當2臺循環泵供水時，按設計流量每臺2 700 t/h計算，冷卻水量僅能滿足1號和2號機組同時正常運行，當并入3號機運行后，冷卻水量明顯不足，凝結器真空處于較低狀態，汽耗隨之增大。因此，若要維持3臺機組正常運行，需要同時投運3臺循環泵，而這種配置方式又會使循環水總流量存在較大富裕量，導致發電廠用電率升高，并且因缺少備用循環泵而導致機組運行可靠性降低。

（2）在1月、2月、3月、4月、11月、12月份，循環水溫度在15 ℃以下，這時候3臺機組配置2臺循環泵的運行方式就可以提供所需的冷卻水用量，而當只運行1號和2號機組時，2臺循環水泵的配置又有較大的富裕量，若調整管道節流調節閥來改變循環水泵流量，又會造成因節流而損耗功率。針對以上情況，該發電廠做了一項負荷試驗，在試驗中只啟用1臺循環泵和2臺12 MW的機組，在確保相同氣候條件和維持凝結器真空不變的前提下，保證單臺循環泵處于額定負荷運轉狀態，可滿足2臺12 MW機組的帶負荷達到10 MW左右，這項試驗為之后增設的小功率循環泵的選型提供了參考依據。

由此可見，該發電廠配置3臺循環泵的運行模式不能滿足實際需求，且存在較大安全隱患。對此，該發電廠經過多次論證后，提出進行技術改造，增加1臺循環泵即4號循環泵。

2 循環泵改造方案及選型配置

發電廠為了彌補不同季節、不同負荷條件下機組現行循環泵配置方式的不足，通過場地勘測、投資估算等方面的論證，最終決定采用增設小功率循環泵的辦法，在保證機組運行安全性和經濟性的前提下，通過對循環水泵啟動數量進行實時搭配控制達到冷卻水量滿足機組負荷的要求，從而實現節能降耗的目的。

2.1 凝結器冷卻倍率的選擇

根據當地水文監測站提供的歷年各月份平均水溫（見表3）統計可知：每年1月、2月、3月、4月、11月、12月份的最高水溫在15℃以下，而5—10月份水溫在17～28 ℃之間，結合該發電廠冷凝器冷卻倍率歷年經驗數據和機組歷年運行情況，該發電廠機組冷卻倍率的選擇如下：夏季和秋季的冷卻倍率取值為56，春季和冬季的冷卻倍率取值為43。

2.2 電廠四季用水情況調查

由于近年來該廠對化學水處理用水、鍋爐沖灰水及部分輔機冷卻用水等系統進行了改造，取水點由原來從凝結器進水母管上抽取改為由凝結器出口供給，從而減少了部分用水量。春季和冬季循環水溫度較低，各個用水的輔機冷卻水量可適當減少，春季和冬季的機組用水量見表4。夏季和秋季循環水溫度較高，造成各個輔機冷卻水用水量增大，夏季和秋季的機組用水量見表5。

2.3 不同運行方式下機組的用水量

由表4和表5可以確定該發電廠3臺機組在各種運行方式下的總循環水用水量如下。

（1）3臺機組同時運行：春冬季用水量約為4 782 t/h；夏秋季用水量約為6 266 t/h。

（2）2臺（12 MW）機組運行：春冬季用水量約為4 036 t/h；夏秋季用水量約為5 288 t/h。

（3）單臺（12 MV）機組運行：春冬季用水量約為2 018 t/h；夏秋季用水量約為2 644 t/h。

2.4 新增循環泵的流量確定

機組在不同運行方式下的用水量表明：現行的循環水泵配置方式（見表2）中的6種運行方式只有2種無法達到機組運行需求，即春季和冬季的2機運行、夏季和秋季的3機運行，這兩種方式的配置極不合理。

（1）春季和冬季的2泵3機配置中，2機運行所需水量為4 036 t/h，而2臺循環泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，富裕水量＝2×2 700-4 064=1 364 t/h，若只運行1臺循環水泵，又會造成冷卻水量不夠，缺水量＝4 036-2 700＝1 336 t/h。

（2）夏季和秋季的2泵3機配置中，3機所需水量為6 266 t/h，而2臺循環泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，遠遠小于所需的冷卻水量6 266 t/h，缺水量＝6 266-2×2 700＝866 t/h；若采用3機3泵配置，雖可滿足用水量的需要，但又存在耗電率偏高（占發電量的4%左右）和機組運行安全性降低（缺少備用泵）的問題。

綜上分析，新增的4號循環水泵流量選取應保證能結合不同的外部條件，靈活有效地對循環水量進行調整，以適應各種運行方式下用水量的需求。因此，水泵的流量取春季和冬季1泵2機運行時的缺水量1 336 t/h作為選泵依據。

2.5 新增循環泵的選型

新增循環泵的選型，必須考慮該發電廠現有設備的實際情況。該發電廠鍋爐引風機和1號排粉機無備用電動機，為了能在緊急情況下實現電動機相互備用及相互調換，提高運行安全性，取引風機和1號排粉機的匹配功率220 kW作為新設循環水泵的電機功率。

為了能同時滿足原系統并聯水泵揚程相同特性和缺水量的要求，新增循環泵的楊程H=39 m左右；對應的新循環泵流量Q＝1.07×Qmax＝1.07×1 336 t/h≈1 429 t/h（其中，為考慮管道特性的流量的損失，取損失系數為1.07［2］）。

根據現有循環泵的現場實測，僅在1號和2號循環泵之間有3.0 m×2.4 m的安裝場地，因此新的循環泵外形尺寸必須符合此場地條件。

綜上，新增設的4號循環泵最后確定型號為長沙水泵廠生產的350S44型水平中開式清水泵，其額定流量為1 260 m3/h，揚程為44 m，軸功率為177.6 kW，滿足使用需求。

3 經濟性分析

該發電廠實施4號循環泵技改項目后，一共有4臺循環泵，1號、2號、3號循環泵的流量為2 700 m3/h（以下簡稱大循環泵），4號循環泵的流量為1 260 m3/h，需要重新改進機組在各運行方式下循環泵的配置方式（見表6）。

以上6種運行方式中只有春季和冬季的2機運行、夏季和秋季的3機運行這2種方式的配置在技改前后變化較大。由于3號機組全年的利用時間較短，因此對夏季和秋季的3機運行方式不做經濟性分析［3］，只對春季和冬季2機運行（2×12 MW）時采用的不同循環泵配置方式進行技改前后的經濟性比較，對比情況見表7。

根據表7數據可知，當機組負荷及其他運行參數不變的情況下，2臺大循環泵供水配置方式的功耗為638 kW，1臺大循環泵和4號循環泵供水配置方式的功耗為497 kW。由此可知：每小時節省的電量＝638-497＝141 kW·h。若按燃煤發電機組標桿上網電價0.351 5元/kW·h的電價進行計算，每年可獲得經濟收益＝每月節約電量×年運行月數×電價＝141 kW·h×24 h×30 d×6月×0.351 5元/kW·h≈21.41萬元。

排除凝結器處于極限真空的特殊運行狀態，保守估計每年節能產生的經濟收益在20萬元左右。

4 結論

循環泵技改之后的試運統計數據結果顯示，發電廠用電率下降了0.6%，節能效果相當顯著。此結果為本研究的經濟性比較提供了事實支撐，因此可以得出如下結論：在不同季節不同運行方式下進行循環泵配置的選擇時，必須遵循機組運行安全和經濟性原則；在同一時期同一運行方式下，當循環泵配置不變時，應針對負荷、冷卻水溫、河床水位等多變因素及時調整冷卻水量，以確保經濟效益最大化。

5 參考文獻

［1］鄭體寬.熱力發電廠（第2版）［M］.北京：中國電力出版社，2001：18-32.

［2］徐文通，魏貞偉，李鳳祥.關于離心泵裝置若干問題的探討［J］.中國油脂，2006，31（11）：79-81.

［3］王國清.汽輪機設備運行［M］.北京：中國電力出版社，2004：4-14.