李建韋+李平

摘 要：在我國(guó)，火力發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，傳統(tǒng)的火電機(jī)組在節(jié)能方面潛力十分巨大，因此提高火電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段。本文以某廠300MW亞臨界機(jī)組為研究對(duì)象，闡述了循環(huán)水系統(tǒng)管路特性及循環(huán)水泵特性、單背壓凝汽器特性等通用的基礎(chǔ)理論，并通過(guò)程序計(jì)算得出了不同環(huán)境下的循環(huán)水泵最優(yōu)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組；循環(huán)水泵；節(jié)能；優(yōu)化

在電廠中，循環(huán)水泵是重要的輔機(jī)之一，也是耗電量較大的輔機(jī)之一，它消耗的電能約占廠總發(fā)電量的1%-1.5%。同時(shí)循環(huán)水泵的運(yùn)行方式對(duì)凝汽器真空和汽輪機(jī)出力也有很大的影響。所以，在一定條件下合理確定循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)即實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵的最優(yōu)運(yùn)行，是提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要措施，對(duì)電廠節(jié)能具有現(xiàn)實(shí)意義。目前國(guó)內(nèi)電廠多是采用定速或雙速循環(huán)水泵，通過(guò)改變循壞水泵的組合方式來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量。循環(huán)水泵投入臺(tái)數(shù)增多，循環(huán)水流量就會(huì)增大，凝汽器壓力就會(huì)降低，從而增加汽輪機(jī)功率，但同時(shí)會(huì)引起循環(huán)水泵耗功率增大，增加廠用電率。根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)性最佳的原則，當(dāng)汽輪機(jī)增加的功率與循環(huán)水泵消耗的功率兩者之間差值最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的循環(huán)水泵運(yùn)行方式最優(yōu)。在滿足機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，根據(jù)外界環(huán)境變化調(diào)配循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，使機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，這就是本文擬研究的主要內(nèi)容。

一、循環(huán)水泵運(yùn)行特性

（一）循環(huán)水泵

循環(huán)水泵向凝汽器提供冷卻水，用以凝結(jié)汽輪機(jī)排汽，保持凝汽器真空。如果失去循環(huán)水，凝汽器將失去冷源，機(jī)組將不能運(yùn)行，所以，循環(huán)水泵可以說(shuō)是汽輪發(fā)電機(jī)組最重要的輔機(jī)之一。循環(huán)水泵的工作特點(diǎn)是流量大、揚(yáng)程低，這是因?yàn)槊磕Y(jié)1kg排汽約需冷卻水50-80kg[1]、循環(huán)水泵所提供的能量，主要用克服冷卻水在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力以及由于水源與熱井水面高度不同所引起的勢(shì)能。循環(huán)水泵通常存在著并聯(lián)運(yùn)行的工況，因?yàn)楫?dāng)機(jī)組運(yùn)行狀況發(fā)生變化（如負(fù)荷、水溫變化）時(shí)，循環(huán)水泵的輸出流量也會(huì)有很大變化?？紤]到泵的揚(yáng)程可能受到冷卻水管堵塞等原因的影響，要求循環(huán)水泵的揚(yáng)程-流量曲線為陸降型。發(fā)電廠的大型循環(huán)水泵一般都采用軸流泵的形式。

（二）循環(huán)水泵的基本性能參數(shù)

循環(huán)水泵的基本性能參數(shù)主要包括：流量Q、揚(yáng)程H、效率n、功率N、轉(zhuǎn)速n、汽蝕余量NPSH等。

水泵的流量又稱為輸水量，是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道的有效截面的流體量，也稱瞬時(shí)流量。以體積表示時(shí)稱為體積流量QV（m3/s），以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量Qm（kg3/s），兩者有如下關(guān)系

Qm= pgQv

其中，P為流體密度，g為重力加速度。

揚(yáng)程為單位重量液體流經(jīng)粟后獲得的有效能量，是菜的重要參數(shù)之一又稱壓頭。揚(yáng)程可表示為流體的壓力能頭、動(dòng)能頭和位能頭的增加，即

上式中H為揚(yáng)程（m），P1、P2分別為泵進(jìn)口、出口處的壓強(qiáng)（Pa），V1、V2分別為流體在泵進(jìn)出口處的流速（m/s），Z1、Z2為進(jìn)出口高度（m），為液體密度（kg/m3）， g為重力加速度（m/s2）。

水泵的功率分為軸功率N和有效功率Ne。軸功率是水泵軸從動(dòng)力機(jī)處獲得的總能量增量，通俗地講，就是電機(jī)輸給水泵的功率。有效功率指流體流經(jīng)機(jī)器后每單位時(shí)間獲得的能量

Ne= pgQvH

有效功率Ne與軸功率N之比就是栗的效率n。

轉(zhuǎn)速是指水泵軸或葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。轉(zhuǎn)速與其他性能參數(shù)有著密切的關(guān)系，一定的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)一定的流量、揚(yáng)程和軸功率。轉(zhuǎn)速改變，將引起其他參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化。與水泵配套的動(dòng)力機(jī)械，不僅在功率上要滿足水泵運(yùn)行的工況要求，在轉(zhuǎn)速上也要與水泵的轉(zhuǎn)速相一致。汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量。吸程為必需汽蝕余量，即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度。泵的性能曲線是在一定轉(zhuǎn)速下水泵的揚(yáng)程、軸功率、效率與流量之間的關(guān)系曲線。通常研究的是H-Q、N-Q和η-Q關(guān)系曲線，橫坐標(biāo)為Q，其他參數(shù)為縱坐標(biāo)。般都是通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定泵的性能曲線。

（三）循環(huán)水入口溫度tw1

循環(huán)水入口溫度與環(huán)境溫度和循環(huán)水系統(tǒng)的供水方式有關(guān)。若循環(huán)水系統(tǒng)為開(kāi)式水系統(tǒng)，其供水來(lái)自天然水源，則循環(huán)水入口溫度等于外界環(huán)境溫度中的循環(huán)水的溫度。若循環(huán)水系統(tǒng)為閉式水系統(tǒng)，其供水來(lái)自于冷卻塔，則循環(huán)水入口溫度不僅與外界環(huán)境有關(guān)，還與冷卻塔的冷卻效果有關(guān)。

（四）循環(huán)水溫升?t

循環(huán)水溫升就是循環(huán)水出口溫度tw2與循環(huán)水入口溫度tw1之差。在凝汽器中，蒸汽的放熱量可表示為：

Q1=DC（hc-hc） （2-4）

式中， DC為汽輪機(jī)低壓缸排汽量；hc為低壓紅排汽焓， hc為凝結(jié)水焓。循環(huán)水的吸熱量為：

Q2=DW（hw2-hw1）=DwCp（tw2-tw1） （2-5）

式中， DW為循環(huán)水流量， hw2為循環(huán)水出口水焓， hw1為循環(huán)水入口水焓， Cp為水的定壓比熱容，一般取為4.187kJ/（kg. ℃）。

蒸汽與循環(huán)水之間的換熱遵循能量守恒定律，根據(jù)能量守恒，有Q1 = Q2，即：

根據(jù)式（2-6）可以得出循環(huán)水溫升的計(jì)算公式：

對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，墻差在數(shù)值上變化不大，大約是2180kJ/kg，可直接用于式（2-7）的計(jì)算。由（2-7）可以看出，循環(huán)水溫升主要與循環(huán)水流量和低壓紅排氣量有關(guān)。

二、結(jié)論

隨著全社會(huì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷提高，電力行業(yè)所面臨的節(jié)能減排任務(wù)越來(lái)越嚴(yán)峻，作為在電力行業(yè)中占據(jù)主要地位的火電行業(yè)，其節(jié)能減排任務(wù)更是突出。另一方面，傳統(tǒng)的火電機(jī)組節(jié)能減排潛力巨大，這就為對(duì)火電廠的節(jié)能減排研究提供了非常大的可能性及研究空間。循環(huán)水泵是火電機(jī)組的重要輔助設(shè)備，同時(shí)也是火電廠耗電最多的設(shè)備之一，因此研究循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行，電廠節(jié)能優(yōu)化任務(wù)的一項(xiàng)重要工作，具有現(xiàn)實(shí)意義。本文立足于對(duì)循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行方案進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行方案提出后，解決了原來(lái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式無(wú)精確理論依據(jù)的情況，可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵運(yùn)行的精細(xì)化管理。由此可以看出，本文的研究?jī)?nèi)容具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵及循環(huán)水泵運(yùn)行特性、凝汽器特性、進(jìn)行分析，得出了循環(huán)水泵耗功與汽輪機(jī)功率增量之間的平衡關(guān)系的計(jì)算方法，獲得了不同環(huán)境下最佳的循環(huán)水泵運(yùn)行方式組合，給運(yùn)行人員的運(yùn)行操作提供了可靠準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢希東.大型定速循環(huán)水泵在濕冷火電機(jī)組上的節(jié)能優(yōu)化.水泵技術(shù)，2011（4）：45-48.

[2]劉吉臻，王瑋，曾德良，等.火電機(jī)組定速循環(huán)水泵的全工況運(yùn)行優(yōu)化.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011，31（9）：682-688.

[3]楊勤，董建強(qiáng)，周雪元.3種確定循環(huán)水泵最佳組合方式的方法.熱力發(fā)電，2007（6）：87-88.

[4]李敬，魏運(yùn)剛.循環(huán)水泵的節(jié)能改造理論與應(yīng)用.東北電力技術(shù)，2005（7）：47-49.