摘 要：循環(huán)水泵是電廠的“能耗大戶”及電廠節(jié)能的主要對(duì)象。以某濱海2×1000MW燃煤機(jī)組為例，對(duì)循環(huán)水泵常用調(diào)節(jié)流量的方法作了技術(shù)分析，對(duì)不同水泵臺(tái)數(shù)、雙速電機(jī)、變頻調(diào)速三種調(diào)流方案作了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出滿足該工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的最優(yōu)循環(huán)水泵配置方案。按循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)化理論，確定了各種泵型配置方案下逐月的最優(yōu)運(yùn)行方案，為實(shí)際運(yùn)行提供可操作性的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵；流量調(diào)節(jié)；節(jié)能運(yùn)行；變頻

引言

目前我國工業(yè)企業(yè)單位GDP能耗居高不下的情況已引起高度重視，國家在“十三五”節(jié)能減排綜合性工作方案中提出了到2020年單位GDP二氧化碳強(qiáng)度減少40%到45%的目標(biāo)。能耗在一次能源生產(chǎn)總量中占有很大比重，冷卻水系統(tǒng)中的循泵占汽輪發(fā)電機(jī)組額定發(fā)電量的1%-1.5%，是火電廠節(jié)能的重要對(duì)象。其特性不僅關(guān)系著電能的損耗，而且會(huì)直接影響凝汽器的背壓，進(jìn)而影響機(jī)組的發(fā)電量，合理選擇循環(huán)水泵的類型、配置方式和運(yùn)行方式具有重要作用。在目前我國電力事業(yè)剛經(jīng)歷過飛速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)還處于探底階段的背景下，我國火力發(fā)電廠目前很大程度上達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行條件，因此優(yōu)化循環(huán)水泵的配置對(duì)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能降耗有著重要意義。

對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)流量的方法作了技術(shù)分析，對(duì)1機(jī)2泵和1機(jī)3泵、雙速電機(jī)、變頻調(diào)速等調(diào)流方式作了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，經(jīng)比較推薦采用1機(jī)3泵的變頻調(diào)速方案；提出滿足該工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的最優(yōu)循環(huán)水泵配置方案；按循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化的理論，確定了逐月的最優(yōu)運(yùn)行方案，為該電廠的實(shí)際運(yùn)行提供可操作性的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果顯示：采用循環(huán)水泵流量可調(diào)（變頻）的方案相比于流量不可調(diào)的方案（定速），增加了調(diào)節(jié)水量的方式，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

1 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化概述

某工程裝機(jī)容量為2×1000MW，位于渤海灣內(nèi)，機(jī)組冷卻水為海水，循環(huán)冷卻水取自某工業(yè)區(qū)內(nèi)1#港池的海水。該海域平均高潮位380cm，平均低潮位156cm，最大潮差569cm。該海域7、8月份平均水溫為25.5℃-27.0℃，全年平均水溫12.6℃，各月水溫值見表1。

在汽輪機(jī)排汽量和循環(huán)水溫一定的情況下，隨著循環(huán)水量Dw的增加，凝汽器真空升高，汽輪機(jī)增加功率輸出，但同時(shí)循環(huán)水泵的耗功亦隨之增多，抵償增發(fā)功率的收益，使汽輪機(jī)的增發(fā)功量ΔNt與循環(huán)水泵耗電量ΔNp之差達(dá)到最大的循環(huán)水量稱最佳循環(huán)水量，相應(yīng)凝汽器真空稱最佳真空[1-3]。循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行真空示意圖如圖1所示。

圖1 最優(yōu)運(yùn)行真空示意圖

對(duì)于可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水量連續(xù)調(diào)節(jié)的電廠，只需將循環(huán)水量調(diào)節(jié)到優(yōu)化計(jì)算得到的最佳循環(huán)水量即可；而對(duì)于目前國內(nèi)大多數(shù)電廠流量不可連續(xù)調(diào)節(jié)，僅可通過改變循環(huán)水泵的組合方式來使循環(huán)水量階躍變化，傳統(tǒng)的連續(xù)優(yōu)化模型不能采用，只能采用離散優(yōu)化模型，從而可以給出離散的最佳循環(huán)水流量與機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫的函數(shù)關(guān)系和決定切換時(shí)機(jī)的臨界工況線繪制的所謂等效益點(diǎn)曲線[4-5]。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及運(yùn)行調(diào)研分析，結(jié)合廠址條件特點(diǎn)，循環(huán)水泵配置方式主要按1機(jī)2泵、1機(jī)3泵兩種配置方式進(jìn)行比選。

根據(jù)同類工程計(jì)算結(jié)果，變頻器的投資回收期取決于機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間，機(jī)組的負(fù)荷率越低，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越高。如果全年機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，循環(huán)水泵基本按照額定工況運(yùn)行，則變頻器實(shí)際意義不大，投資回收期過長；而如果機(jī)組常年在低負(fù)荷運(yùn)行，且變化較大，循環(huán)水泵長時(shí)間偏離額定設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，則變頻意義較大，節(jié)能效果明顯。綜合上述分析，對(duì)表2中的6種循環(huán)水泵配置方案進(jìn)行深入的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化計(jì)算

由于機(jī)組負(fù)荷變化的隨機(jī)性，為便于節(jié)能優(yōu)化計(jì)算，現(xiàn)假定機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，且機(jī)組的年利用小時(shí)數(shù)在每月平均分布。以1機(jī)2泵（定速泵）的方案作為計(jì)算的基準(zhǔn)方案，根據(jù)冷端優(yōu)化的循環(huán)水量結(jié)果及本工程的循環(huán)水管路阻力特性情況，采用流體計(jì)算分析軟件PIPENET1.6對(duì)上述6種循泵配置方案下各種運(yùn)行組合工況進(jìn)行計(jì)算。其中循環(huán)水泵不同的配置方案對(duì)應(yīng)的出水流量對(duì)照表見表3，不同方案逐月循環(huán)水泵配置表見表4。

從表5可以看出，采用循環(huán)水泵流量可調(diào)的方案與流量不可調(diào)的方案相比，節(jié)能效果非常明顯，部分月份采用小水量運(yùn)行方式能充分利用低水溫的冷卻效果。

變頻泵方案與雙速泵方案相比，由于水量調(diào)節(jié)線性化，節(jié)能效果更為顯著；1機(jī)3泵與1機(jī)2泵相比，節(jié)能效果更優(yōu)。

以上優(yōu)化計(jì)算是在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的假定條件下進(jìn)行，如考慮機(jī)組負(fù)荷的變化，配置變頻泵將更具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。為方便比較，在1機(jī)3泵（配1臺(tái)變頻泵）方案下，假定負(fù)荷為100%、90%、80%、70%四檔，且四檔負(fù)荷在三檔水溫的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)隨機(jī)分布，對(duì)此進(jìn)行逐月工況節(jié)能優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6所示。

3 循環(huán)水系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)以上6種方案的節(jié)能年費(fèi)用與初期投資費(fèi)用進(jìn)行比較，如表7所示。

從表7可看出，1機(jī)3泵方案比1機(jī)2泵方案經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)越，當(dāng)1臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)循環(huán)水泵，且其中1臺(tái)泵采用雙速電機(jī)調(diào)節(jié)冷卻水流量可減少年費(fèi)用約58萬元/年；1機(jī)3泵方案中當(dāng)1臺(tái)泵采用變頻調(diào)速泵調(diào)節(jié)流量，可使系統(tǒng)在最佳循環(huán)水倍率下運(yùn)行，年運(yùn)行費(fèi)用最低，雖初投資比3臺(tái)定速泵的方案增加了100萬元，但較3臺(tái)定速泵的方案節(jié)約年費(fèi)用75萬元。如考慮全年負(fù)荷情況，在假定四檔負(fù)荷在三檔水溫范圍內(nèi)隨機(jī)分布的情況下，1機(jī)3泵配1臺(tái)變頻泵的方案可節(jié)省年費(fèi)用約103萬元，這主要是在熱季時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更明顯。因此，采用每臺(tái)機(jī)組設(shè)置3臺(tái)循環(huán)水泵，并設(shè)置1臺(tái)變頻泵來調(diào)節(jié)流量的方案是最經(jīng)濟(jì)的。

在滿負(fù)荷下，逐月節(jié)能優(yōu)化后，每月的最優(yōu)運(yùn)行水量如圖2所示。在滿負(fù)荷下，不考慮負(fù)荷變化時(shí)的節(jié)能效果如圖3所示。

該火電廠實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可按不同水溫條件和不同機(jī)組負(fù)荷計(jì)算循環(huán)水泵最優(yōu)運(yùn)行工況圖，運(yùn)行人員可由此靈活調(diào)節(jié)最經(jīng)濟(jì)的循環(huán)水泵運(yùn)行方式，可大幅度的降低用電，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

（1）采用循環(huán)水泵流量可調(diào)（變頻）的方案較流量不可調(diào)的方案（定速）相比，增加了水量的調(diào)節(jié)方式，節(jié)約了廠用電，可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，若電廠承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，年運(yùn)行負(fù)荷變化較大時(shí)，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更加明顯。（2）對(duì)某濱海工程，每臺(tái)機(jī)組采用1臺(tái)變頻泵調(diào)節(jié)流量比采用1臺(tái)雙速泵調(diào)節(jié)流量更經(jīng)濟(jì)。（3）可根據(jù)電廠實(shí)際負(fù)荷情況及不同水溫條件計(jì)算循環(huán)水泵最優(yōu)運(yùn)行工況，以提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：梁賢金（1983-），男，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計(jì)及研究工作。

田娟娟（1985-），女，學(xué)士，助理工程師，主要從事建筑給排水、消防工程及節(jié)能方面的設(shè)計(jì)及研究工作。

邰巍（1986-），男，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計(jì)及研究工作。

李曉一，男，碩士，教授級(jí)高工，主要從事火力發(fā)電廠水工工藝方面的設(shè)計(jì)及研究工作。