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)
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。
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)
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)。
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
3.2.1 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。
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)。
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。