張憲東，張菂兒，劉建航

（1.國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274000；2.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132000）

0 引言

火力發(fā)電廠用電量約占機(jī)組發(fā)電量的4%～6%，如循環(huán)水泵、真空泵、凝結(jié)水泵等重要輔機(jī)是廠用電的消耗大戶，特別是循環(huán)水泵［1］。通常情況下，循環(huán)水泵為高壓電機(jī)，單機(jī)容量大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、耗電量多，其耗電量高達(dá)廠用電量的10%，所以其運(yùn)行效率的高低、狀態(tài)的好壞直接影響到全廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。針對(duì)某發(fā)電廠2 臺(tái)330 MW 機(jī)組存在循環(huán)水泵耗電量高的情況進(jìn)行分析。正常情況下，循環(huán)水泵必須夏季4 臺(tái)運(yùn)行、冬季2 臺(tái)運(yùn)行，無(wú)法根據(jù)循環(huán)水需求量經(jīng)濟(jì)合理進(jìn)行調(diào)節(jié)，造成在滿足凝汽器冷卻需求的基礎(chǔ)上，循環(huán)水存在浪費(fèi)的現(xiàn)象。對(duì)循環(huán)水泵系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性研究，對(duì)于節(jié)約廠用電、提高熱電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。

1 基本概況

兩臺(tái)330 MW 汽輪機(jī)組分別于2006 年5 月、9月投產(chǎn)運(yùn)行，為凝汽抽汽式供熱機(jī)組，2 臺(tái)機(jī)組配置4 臺(tái)循環(huán)水泵。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為單元制運(yùn)行，即每臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組配1 座雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，1 臺(tái)機(jī)組配2 臺(tái)高、低速變極調(diào)節(jié)循環(huán)水泵，1 條DN2420 壓力供水管和1 條DN2420 壓力回水管，三期5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵房合并布置，循環(huán)水泵房與冷卻塔以流道連接，如圖1 所示。

由于5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組5A、5B 和6A、6B 各自為單元制循環(huán)水系統(tǒng)，在循環(huán)水運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性上存在缺陷：

1）在夏季環(huán)境溫度較高的情況下，單元制循環(huán)水系統(tǒng)，2 臺(tái)機(jī)組必須全開4 臺(tái)循環(huán)水泵，供水存在浪費(fèi)，同時(shí)在滿足機(jī)組經(jīng)濟(jì)真空情況下，耗電量過大，廠用電率高。

2）在冬季環(huán)境溫度較低的情況下，機(jī)組真空度維持在較高水平，單元制循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行模式下，必須每臺(tái)運(yùn)行機(jī)組各開1 臺(tái)循環(huán)水泵，同樣存在供水和能耗浪費(fèi)。

3）在冬季環(huán)境溫度特別低的情況下，單元制循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)的循環(huán)水富余量過大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水過冷度過大，造成整個(gè)熱力系統(tǒng)熱效率降 低［2］。

圖1 5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)

2 改造方案

為在環(huán)境溫度低、真空度滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件時(shí)，實(shí)現(xiàn)1 臺(tái)循環(huán)水泵向2 臺(tái)機(jī)組供水。在環(huán)境溫度較高、4 臺(tái)循環(huán)水泵供水存在浪費(fèi)時(shí)，采用3 臺(tái)循環(huán)水泵供2 臺(tái)機(jī)組［3］。在1 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行1 臺(tái)機(jī)組備用時(shí)，循環(huán)水通過聯(lián)絡(luò)輸送2 臺(tái)冷水塔進(jìn)行冷卻，提高冷卻效果、降低循環(huán)水溫從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

故對(duì)三期5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)循環(huán)水管道進(jìn)行聯(lián)絡(luò)改造，即在三期循環(huán)水泵房西側(cè)，2 臺(tái)機(jī)組循環(huán)水泵出口母管DN2420×12 上部分別開孔，分別由兩道DN1800 電動(dòng)蝶閥相連，管道上安裝2 只DN1800電動(dòng)蝶閥，如圖2 所示。同時(shí)，將2 臺(tái)機(jī)循環(huán)水泵泵前池隔離墻打通1 個(gè)水泥溝，溝寬深為3 000 mm×2 000 mm，安裝啟閉機(jī)。

3 結(jié)果分析

3.1 機(jī)組聯(lián)絡(luò)后運(yùn)行方式

采用循環(huán)水聯(lián)絡(luò)后運(yùn)行方式，可實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)機(jī)組循泵的靈活搭配：1 臺(tái)循環(huán)水泵向2 臺(tái)機(jī)組供水，如圖3 所示；3 臺(tái)循環(huán)水泵供2 臺(tái)機(jī)組，如圖4 所示，利用聯(lián)絡(luò)打到2 臺(tái)冷水塔進(jìn)行冷卻。另外，搭配循環(huán)水泵高速、低速的合理安排，可以很大程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)組的節(jié)能降耗和穩(wěn)定運(yùn)行［4］。

圖2 5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)

圖3 1 臺(tái)循泵為2 臺(tái)機(jī)組供水

圖4 3 臺(tái)循泵為2 臺(tái)機(jī)組供水

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

3.2.1 真空對(duì)煤耗的影響試驗(yàn)

為提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，針對(duì)真空對(duì)煤耗的影響進(jìn)行了300 MW 負(fù)荷情況下的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，真空對(duì)發(fā)電煤耗影響變化見圖5。

表1 真空變化對(duì)煤耗影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 真空對(duì)發(fā)電煤耗影響變化

從圖5 可知，300 MW 工況時(shí)，當(dāng)大氣壓力為102 kPa、真空在97 kPa 以下時(shí)，真空每變化1 kPa，影響發(fā)電煤耗約2.6g／kWh，當(dāng)真空大于97.5 kPa后，再提高機(jī)組真空對(duì)發(fā)電煤耗幾乎沒有影響。

3.2.2 循環(huán)水聯(lián)絡(luò)后不同工況下真空變化試驗(yàn)

為了得出在循環(huán)水聯(lián)絡(luò)后，不同工況對(duì)真空的影響，在300 MW 負(fù)荷下，對(duì)3 臺(tái)循環(huán)水泵與4 臺(tái)循環(huán)水泵不同工況進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果如表2 所示。

表2 不同工況對(duì)真空的影響

由此可見，5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組負(fù)荷在300 MW 4 臺(tái)循環(huán)水泵比3 臺(tái)循環(huán)水泵真空提高了1.1 kPa。

根據(jù)以上兩個(gè)試驗(yàn)得出：真空壓力每上升1 kPa，廠供電標(biāo)煤耗下降2.6 g／kWh；在300 MW 負(fù)荷時(shí)，4 臺(tái)循環(huán)水泵比3 臺(tái)循環(huán)水泵真空提高1.1 kPa。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)廠用電率9.7%，上網(wǎng)電價(jià)為0.421 9 元／kWh，煤價(jià)約為620 元／t（以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)），計(jì)算如下（機(jī)組汽溫、汽壓、負(fù)荷不變）：

300 MW 運(yùn)行時(shí)（廠用電率9.7%），機(jī)組因增啟一臺(tái)循環(huán)水泵真空提高1.1 kPa，而每小時(shí)節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤耗為300 000×（1－9.7%）×2.6÷1 000 000×1.1＝0.774 774（t），則每小時(shí)節(jié)約的成本為620×0.774 774＝480.4（元）。

增啟1 臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，每小時(shí)耗電成本為1.732×6×230×0.70×0.421 9＝705.8（元）。

機(jī)組進(jìn)行了改造后，在能滿足機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的同時(shí)，按2 臺(tái)機(jī)組每年約有4 個(gè)月的時(shí)間減少1臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行，則年節(jié)約資金：（705.8-480.4）×4×30×24＝649 152（元）

綜上所述，機(jī)組負(fù)荷300 MW 時(shí)，3 臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，每小時(shí)1 臺(tái)循環(huán)水泵停運(yùn)節(jié)電成本705.8 元，比因4 臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行而真空提高，影響煤耗下降節(jié)約的成本480.4 元，要多225.4 元。

因此，在不影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，4臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行不如3 臺(tái)循環(huán)水泵循環(huán)水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好。

3.3 機(jī)組聯(lián)絡(luò)后安全性分析

循環(huán)水系統(tǒng)是火電廠重要的輔助系統(tǒng)，一旦發(fā)生循環(huán)水中斷事故，主機(jī)會(huì)因真空過低易發(fā)生跳閘事故，如果不能及時(shí)恢復(fù)，主機(jī)油系統(tǒng)會(huì)因失去冷卻水加大汽輪機(jī)惰走的風(fēng)險(xiǎn)，凝汽器還可能由于溫度過高發(fā)生設(shè)備損壞。

2009 年11 月，某電廠通過2 臺(tái)機(jī)組循環(huán)水聯(lián)絡(luò)，避免了一次循環(huán)水中斷造成停機(jī)的事故［5］。事故前2 臺(tái)機(jī)組分別帶150 MW 基本負(fù)荷，3 號(hào)機(jī)1 臺(tái)低速循泵、4 號(hào)機(jī)組2 臺(tái)低速循泵運(yùn)行。3 號(hào)機(jī)組循泵電氣故障跳閘，備用泵未聯(lián)啟，強(qiáng)制啟動(dòng)備用泵不成功。運(yùn)行人員迅速手動(dòng)開大循環(huán)水供水聯(lián)絡(luò)門，使4號(hào)機(jī)組循環(huán)水通過聯(lián)絡(luò)門為3 號(hào)機(jī)組提供循環(huán)冷卻水，5 min 后備用泵成功啟動(dòng)，循環(huán)水恢復(fù)正常運(yùn)行，從而為3 號(hào)機(jī)組備用循環(huán)水泵的開啟爭(zhēng)取了時(shí)間，避免了一次非計(jì)劃停機(jī)事故，使得2 臺(tái)機(jī)組負(fù)荷沒有受到影響。

聯(lián)絡(luò)運(yùn)行有效減小了循環(huán)水中斷所帶來的不利影響。當(dāng)1 臺(tái)機(jī)組的2 臺(tái)循泵發(fā)生全停事故，可以由另1 臺(tái)機(jī)組的2 臺(tái)循泵維持2 臺(tái)機(jī)組的基本負(fù)荷［6］。而當(dāng)其中1 臺(tái)機(jī)組發(fā)生循環(huán)水大量泄漏時(shí)，也可以關(guān)閉供水母管聯(lián)絡(luò)門，防止事故擴(kuò)大，或微開聯(lián)絡(luò)門，保證事故機(jī)組的安全停運(yùn)和維護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)改造，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，并在一定程度上增強(qiáng)了機(jī)組的安全性能。采用2 臺(tái)機(jī)組3 臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行方式，減少了各臺(tái)循環(huán)水泵25%的運(yùn)行時(shí)間，有利于檢修維護(hù)，延長(zhǎng)了循泵的使用壽命，降低了維護(hù)費(fèi)用。因此，循環(huán)水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的優(yōu)越性，對(duì)同類火力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行具有一定的借鑒意義。