馬永剛

(遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

火電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究

馬永剛

(遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007)

從優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的實(shí)際需求出發(fā)，提出了循環(huán)水系統(tǒng)布置方式及運(yùn)行方式的優(yōu)化方案。根據(jù)目前電力市場(chǎng)的實(shí)際情況，提出凝汽器最佳真空及最佳循環(huán)水量的確定方法，研究切合實(shí)際的循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度方案。以東方電廠國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型350 MW凝汽式汽輪機(jī)組為例，研究循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化布置及運(yùn)行方式，制定并實(shí)施了循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度方案，保證了任何工況下汽輪機(jī)組的凝汽器真空值及循環(huán)水量都接近最佳值。

汽輪機(jī)組;循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化運(yùn)行;循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度

火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的耗電量約占電廠總發(fā)電量的1.5%左右［1］，廠用電率的高低與循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式關(guān)系密切。因此，研究循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行方式，對(duì)于節(jié)省廠用電量，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義［2］。

1 循環(huán)水系統(tǒng)布置方式的優(yōu)化

目前，單元制機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)布置方式主要有單元機(jī)組自循環(huán)供水系統(tǒng)和單元機(jī)組間聯(lián)絡(luò)管循環(huán)供回水系統(tǒng)2種。對(duì)于循環(huán)水泵而言，出力有高低速電機(jī)、葉片角度可調(diào)整及變頻等幾種調(diào)節(jié)方式［3］。單元機(jī)組間聯(lián)絡(luò)管循環(huán)供回水系統(tǒng)配合循環(huán)水泵的出力調(diào)節(jié)有利于循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化，具有優(yōu)勢(shì)。圖1為遼寧東方電廠單元機(jī)組間聯(lián)絡(luò)管循環(huán)供回水系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組循泵出口設(shè)置供水聯(lián)絡(luò)門，循環(huán)水回水母管設(shè)置回水聯(lián)絡(luò)門。循環(huán)水回水分2路，一路正常上塔淋水，一路冬季下塔直接進(jìn)入塔盆水池防凍。2臺(tái)水塔水池之間設(shè)置連通溝，采用閘板隔離，正常時(shí)保持連通，可使兩塔水位基本持平。

圖1 遼寧東方電廠單元機(jī)組間聯(lián)絡(luò)管循環(huán)供回水系統(tǒng)

2 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化

2.1 機(jī)組運(yùn)行中運(yùn)行方式的優(yōu)化

單元制2臺(tái)機(jī)組循環(huán)水供回水系統(tǒng)通過供回水聯(lián)絡(luò)管連接，機(jī)組運(yùn)行中，可根據(jù)循環(huán)水溫度、機(jī)組負(fù)荷率及真空度情況決定實(shí)施哪種循環(huán)水泵并列運(yùn)行方式 單機(jī)單循環(huán)水泵方式 兩機(jī)三循環(huán)水泵方式及兩機(jī)四循環(huán)水泵方式)。對(duì)循環(huán)水量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，既可提高2臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，還可提高循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性［4］。夏季循環(huán)水溫度較高，汽輪機(jī)真空相對(duì)較低，影響到機(jī)組的正常出力，為提高真空值，啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水泵來增加循環(huán)水量，合理調(diào)度循環(huán)水泵是取得經(jīng)濟(jì)真空的有效措施。因循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，冷卻面積不變，循環(huán)水量增加時(shí)，流速增大，換熱量增加，從而提高凝汽器真空，增加帶負(fù)荷能力，提高機(jī)組效率［5］。

2.2 啟、停機(jī)過程中運(yùn)行方式的優(yōu)化

機(jī)組啟、停機(jī)過程中，由于要維持部分輔助設(shè)備的正常運(yùn)行，循環(huán)水泵需長(zhǎng)時(shí)間陪伴運(yùn)行，而此時(shí)段的循環(huán)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運(yùn)行需要，造成了不必要的浪費(fèi)。由于運(yùn)行機(jī)組實(shí)際負(fù)荷率普遍較低，循環(huán)水量往往過剩，因此可通過循環(huán)水聯(lián)絡(luò)管由運(yùn)行機(jī)組的循環(huán)水帶機(jī)組啟、停機(jī)過程中的負(fù)荷。機(jī)組啟動(dòng)過程中，鍋爐上水至汽輪機(jī)沖動(dòng)期間，由鄰機(jī)循環(huán)水通過供水聯(lián)絡(luò)母管為本機(jī)提供冷卻水，適當(dāng)開啟循環(huán)水供水聯(lián)絡(luò)門，調(diào)整、限制循環(huán)水至凝汽器供回水門的開度，保持開式水泵入口壓力在規(guī)范要求壓力以上，啟動(dòng)開式水泵運(yùn)行。待機(jī)組沖動(dòng)后，汽輪機(jī)低壓缸進(jìn)入蒸汽后，啟動(dòng)本機(jī)單臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，可使循環(huán)水泵少運(yùn)行15 h左右。按1臺(tái)循環(huán)水泵每小時(shí)耗電1 915 kW、上網(wǎng)電價(jià)0.353元/kWh計(jì)算，可節(jié)約10 140元。機(jī)組停運(yùn)后，要保持盤車連續(xù)運(yùn)行，來緩慢降低缸體溫度，此時(shí)需要潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行，為保證潤(rùn)滑油及軸承溫度，需要循環(huán)冷卻水。機(jī)組停運(yùn)后的缸體溫度通常在350℃以上，按規(guī)程規(guī)定排汽溫度低于50℃方可停止循泵運(yùn)行，一般在停機(jī)后第2天即可達(dá)到此溫度。但機(jī)組缸體溫度降到可停止盤車、停止?jié)櫥拖到y(tǒng)一般至少需要7天。潤(rùn)滑油運(yùn)行期間，需保證有冷卻水運(yùn)行，如按正常的系統(tǒng)運(yùn)行方式，至少需要運(yùn)行1臺(tái)循環(huán)水泵，增加了廠用電量的消耗。利用鄰機(jī)循環(huán)水通過循環(huán)水供水聯(lián)絡(luò)母管為本機(jī)提供冷卻水源、開啟循環(huán)水供水聯(lián)絡(luò)門及開式水泵出入口，為凝汽器及開式水用戶提供水源，本機(jī)的循環(huán)水泵及開式水泵可提前停止運(yùn)行7天左右。可節(jié)約113 567元，大大節(jié)省了機(jī)組啟、停機(jī)過程中的廠用電耗量，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.3 停機(jī)后運(yùn)行方式的優(yōu)化

目前，電力市場(chǎng)發(fā)電能力明顯過剩，尤其是東北電網(wǎng) 常常出現(xiàn) 容量機(jī)組停備情況 此工況下可實(shí)施循環(huán)水一機(jī)兩塔運(yùn)行方式，即運(yùn)行機(jī)組的凝汽器部分循環(huán)水回水，通過循環(huán)水回水聯(lián)絡(luò)管進(jìn)入停運(yùn)機(jī)組的冷卻水塔進(jìn)行冷卻，冷卻后的低溫循環(huán)水通過2臺(tái)機(jī)組循環(huán)水連通進(jìn)入運(yùn)行機(jī)組的循環(huán)水塔盆內(nèi)。由于循環(huán)水塔冷卻面積增加1倍，降低了循環(huán)水溫度，提高了運(yùn)行機(jī)組真空度，從而提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。東方電廠在夏季實(shí)施循環(huán)水一機(jī)兩塔運(yùn)行方式時(shí)，循環(huán)水實(shí)施一機(jī)兩塔運(yùn)行方式可使循環(huán)水溫度平均降低3.5～4℃，機(jī)組真空度提高1.2～1.5個(gè)百分點(diǎn)。

3 循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度

3.1 循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度的意義

進(jìn)入21世紀(jì)，電力市場(chǎng)實(shí)施“廠網(wǎng)分家”改革后，各大發(fā)電集團(tuán)的發(fā)電能力提高很快，致使電力市場(chǎng)的供求關(guān)系發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，由供不應(yīng)求向供大于求轉(zhuǎn)變。火電機(jī)組的負(fù)荷率基本維持在60%左右，甚至出現(xiàn)50%容量的停機(jī)備用，發(fā)電負(fù)荷率被嚴(yán)格控制，發(fā)電能力被大幅限制。如何爭(zhēng)取最大限度的上網(wǎng)供電量，使火電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化，已成為各火力發(fā)電企業(yè)的工作之重。循環(huán)水泵是火電廠耗電量較大的重要輔機(jī)之一，實(shí)施循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度，最大限度節(jié)省廠用電量，對(duì)于提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

3.2 循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度的指導(dǎo)思路

循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度的實(shí)質(zhì)就是確定最佳循環(huán)水流量及最佳真空值［6］。循環(huán)水量?jī)?yōu)化運(yùn)行基本因素的關(guān)系:凝汽器循環(huán)水量減少→循環(huán)水泵用水電量減少→廠用電率降低→機(jī)組發(fā)電量不變的基礎(chǔ)上上網(wǎng)供電量增加→零成本上網(wǎng)電量?jī)r(jià)值;凝汽器循環(huán)水量減少→凝汽器真空度降低→汽輪機(jī)熱耗率升高→汽輪機(jī)效率降低→機(jī)組發(fā)電量不變的基礎(chǔ)上需多耗燃煤量→多耗燃煤量?jī)r(jià)值?？梢姡愠杀旧暇W(wǎng)電量?jī)r(jià)值與多耗燃煤量?jī)r(jià)值的差值 (凈增益值)，即是循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式。

3.3 循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行的計(jì)算

根據(jù)循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度的指導(dǎo)思路，通過一系列的理論計(jì)算及結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析指導(dǎo)循環(huán)水泵的優(yōu)化調(diào)度［7］。單元機(jī)組間聯(lián)絡(luò)管循環(huán)供回水系統(tǒng)可以實(shí)施單機(jī)單循環(huán)水泵方式、兩機(jī)三循環(huán)水泵方式和單機(jī)兩循環(huán)水泵 (兩機(jī)四循環(huán)水泵)3種組合方式。

表1為排汽壓力變化1 kPa及廠用電率變化1%對(duì)煤耗值的影響。循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算過程如下(假定2臺(tái)機(jī)負(fù)荷450 MW，真空93.1 kPa，啟動(dòng)1臺(tái)循泵后真空變化值0.6 kPa，循泵電流195 A，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)650元，上網(wǎng)稅后電價(jià)0.353元):

表1 排汽壓力變化1 kPa及廠用電率變化1%對(duì)煤耗值的影響

循泵廠用電量 =UIcosθ=6.3 ×195 ×1.732 ×0.9/1 000=1.915 W

循泵電量折合上網(wǎng)電價(jià) Q1=1.915×0.353×1 000=676元

真空變化值影響煤耗 =0.6 ×3.885 63=2.33 g

真空變化值影響標(biāo)煤量=2.33×450/1 000=1.049 t

真空變化影響標(biāo)煤價(jià)值 Q2=1.049×650=681元

凈收益Q=Q2-Q1

通過以上測(cè)算可得出啟、停1臺(tái)循泵后整機(jī)的凈收益量。機(jī)組負(fù)荷為啟、停循泵時(shí)兩機(jī)合計(jì)負(fù)荷值;機(jī)組真空為當(dāng)時(shí)兩機(jī)平均真空值;影響真空值為啟、停循泵后真空值穩(wěn)定時(shí)兩機(jī)真空變化值的平均數(shù)值;影響煤耗值可通過機(jī)組真空 (排汽壓力)查詢表1對(duì)應(yīng)數(shù)值。循泵啟、停后，通過計(jì)算即可求出啟、停循泵的凈收益，數(shù)值為正值，說明經(jīng)濟(jì)，否則不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)計(jì)算可知，2臺(tái)機(jī)負(fù)荷450 MW、真空93.1 kPa，啟動(dòng)1臺(tái)循泵，兩機(jī)真空值平均升高0.6 kPa以上是經(jīng)濟(jì)的。通過計(jì)算，可求得不同負(fù)荷率及真空下啟、停1臺(tái)循泵后的凈收益值。

運(yùn)行中根據(jù)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算，結(jié)合環(huán)境溫度變化趨勢(shì)及機(jī)組負(fù)荷率的預(yù)期變化，進(jìn)行循環(huán)水泵的優(yōu)化調(diào)度，并根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況的變化，利用循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度實(shí)時(shí)收益測(cè)算，可從根本上克服循環(huán)水泵啟、停的隨意性及盲目性，保證任何工況下汽輪機(jī)組的循環(huán)水量及真空值接近最佳值，從而大幅提高汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性［8］。

4 結(jié)束語

根據(jù)目前火電廠汽輪機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)布置方式的特點(diǎn)，從優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的實(shí)際出發(fā)，提出循環(huán)水系統(tǒng)布置方式及運(yùn)行方式的優(yōu)化方案。根據(jù)目前電力市場(chǎng)的實(shí)際情況，提出提高凝汽器真空的有效方法，研究切合實(shí)際的循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度方案。研究過程中，以東北地區(qū)東方電廠國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型350 MW凝汽式汽輪機(jī)組為例，研究確定循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化布置及運(yùn)行方式，同時(shí)制定并實(shí)施循環(huán)水泵優(yōu)化調(diào)度方案，保證任何工況下汽輪機(jī)組的凝汽器真空值及循環(huán)水量接近最佳值，收到了滿意的效果。

［1］ 蔣明昌.火電廠能耗指標(biāo)分析手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［2］ 肖增弘，張瑞青，李 勇，等.凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方案的研究 ［J］.沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2011，7(4):305-307.

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［7］ 王愛軍，李艷華.循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行方式的在線分析與研究 ［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2005，47(2):130-131.

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Research on Circulating Water System Optimized Operation for Coal-fired Power Plant

MA Yong-gang
(East Power Generation Co.，Ltd.，F(xiàn)ushun，Liaoning 113007，China)

Viewing real demand of circulating water system operation mode，it proposes layout and optimization of operation mode.According to the actual situation of power market at present，it proposes a method for determining the optimum vacuum of condenser and circulating water，circulating water pump optimal scheduling scheme of practical.In the process of research，taking East Power Plant imported type 350 MW steam turbine unit as an example，it studies on the optimization of layout and operation mode of circulating water system，on the formulation and implementation of the circulating water pump optimal scheduling，and ensures the best value of the vacuum of condenser of steam turbine unit under any conditions.

Steam turbine;Circulating water system;Optimal operation;Circulating water pump optimal scheduling

TM621.7

A

1004-7913(2014)01-0053-03

馬永剛 (1982—)，男，學(xué)士，工程師，從事汽輪機(jī)運(yùn)行工作。

2013-09-12)