孫玉慶

（中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

間接空冷系統(tǒng)中循環(huán)水泵的主要功能是將從凝汽器出來的熱水輸送到空冷散熱器中進(jìn)行散熱，冷卻后的循環(huán)水再返回凝汽器中去冷卻汽輪機(jī)排汽。其中，循環(huán)水泵組包括循環(huán)水泵及其配套的電動機(jī)，是間接空冷系統(tǒng)的重要組成部分。在合理、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的原則下，電廠為追求利潤的最大化必須降低生產(chǎn)成本。循環(huán)水泵是廠用電的主要消耗點，節(jié)約循環(huán)水泵的廠用電，降低微增電費，對降低發(fā)電成本有著顯著的意義，同時對降低工程的初投資也有重要的作用。為保證系統(tǒng)安全、高效運行及節(jié)省工程投資，需對循環(huán)水泵運行工況、方式及合理臺數(shù)予以充分論證，這對實現(xiàn)循環(huán)水泵最優(yōu)配置有著重要意義。本文僅以表凝式間接空冷系統(tǒng)的臥式離心式循環(huán)水泵為例進(jìn)行分析和研究。

1 臥式離心式循環(huán)水泵

對于表凝式間接空冷系統(tǒng)低揚程及閉式管路系統(tǒng)，多選用高效率的臥式離心式水泵，現(xiàn)階段該水泵最大效率可達(dá)91.5%。它結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子短；泵與電動機(jī)可直聯(lián)，總長度短；占地面積??；高效率運行范圍廣，能適應(yīng)變工況的揚程變化；檢修較易，使用壽命長。

現(xiàn)階段國內(nèi)已招完標(biāo)的循環(huán)水泵最大流量約為6.39 m3/h（例如神頭二期主機(jī)循環(huán)水泵流量約為6.11 m3/s，揚程約23.6 m），經(jīng)過與水泵廠家溝通和現(xiàn)有水泵樣本顯示，循環(huán)水泵流量可以做到更大（如流量10.22 m3/h，揚程約23 m，但無實際過程招標(biāo)案例）。

采用常規(guī)間冷系統(tǒng)空冷散熱器布置方式，300 MW級的1臺機(jī)組配2臺循環(huán)水泵，600 MW級的1臺機(jī)組配3臺循環(huán)水泵，1000 MW級的1臺機(jī)組配4臺循環(huán)水泵。

2 臥式離心式循環(huán)水泵配置優(yōu)化

2.1 300 MW級臥式離心式循環(huán)水泵配置

一般300 MW級間接空冷系統(tǒng)配置“兩機(jī)一塔”設(shè)計方案，每臺機(jī)組設(shè)置2臺高效臥式循環(huán)水泵，2臺機(jī)組共4臺循環(huán)水泵?，F(xiàn)以某300 MW級間冷系統(tǒng)工程為例，選取的循環(huán)水泵設(shè)計參數(shù)為：Q=5.14 m3/s，H=21 m，N=1400 kW。

圖1為采用雙速水泵（每臺水泵均采用雙速電動機(jī)）、定速水泵（每臺水泵均采用定速電動機(jī)）并聯(lián)運行示意圖。

在機(jī)組正常運行時，采用高速泵并聯(lián)運行，在低氣溫區(qū)間，尤其是冬季供熱期間，采用2臺水泵低速并聯(lián)運行，可分別滿足單臺機(jī)組（共6個扇段）3個、4個、5個、6個扇段運行；當(dāng)2臺水泵定速（高速）并聯(lián)運行時，也可分別滿足單臺機(jī)組（共6個扇段） 3個、4個、5個、6個扇段運行；單臺定速泵運行時，可滿足單臺機(jī)組2個扇段運行。從圖1分析得出：單臺機(jī)組配置2臺定速水泵既可滿足機(jī)組空冷系統(tǒng)在最佳運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）運行，又可滿足冬季供熱期間運行，

圖1 2臺水泵雙速和定速并聯(lián)運行示意圖

2.2 600 MW級臥式離心式循環(huán)水泵配置

一般600 MW級間接空冷系統(tǒng)配置“一機(jī)一塔”設(shè)計方案，但隨著現(xiàn)階段廠址建設(shè)600 MW級間冷系統(tǒng)的要求，600 MW級間冷系統(tǒng)采用“兩機(jī)一塔”的設(shè)計方案越來越多，例如山西趙莊、西上莊等工程。通常600 MW級機(jī)組每臺機(jī)組配置3臺高效臥式循環(huán)水泵，2臺機(jī)組共6臺循環(huán)水泵。現(xiàn)以某600 MW級間冷工程為例，選取的循環(huán)水泵設(shè)計參數(shù)為：Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW。

根據(jù)中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司2015年申請的專利“可大幅減少占地面積的間接空冷系統(tǒng)”，提出一種新的散熱器布置方式——“散熱器分上下兩層和內(nèi)外圈分別錯開垂直布置在間冷塔的進(jìn)風(fēng)口處”，這種散熱器布置方式但僅限3個扇段運行（當(dāng)2臺水泵定速并聯(lián)時）。另外，在新疆地區(qū)（冬天比較寒冷）某300 MW級空冷機(jī)組在冬季運行時，為防凍，需要把散熱器的扇段全部投運，這時需要單臺機(jī)組2臺循環(huán)水泵全部投入運行，這時低速水泵的優(yōu)越性體現(xiàn)不出來。

參考相關(guān)工程，該型號的雙速電機(jī)比單速電機(jī)約增加21萬元/臺的設(shè)備費用，若采用雙速水泵，初投資將會增大約84萬元（2臺機(jī)組）。單臺機(jī)組運行方式應(yīng)盡量不采用1臺高速泵+1臺低速泵的并聯(lián)運行，因并聯(lián)后已脫離單臺低速水泵的流量曲線范圍，易造成低速水泵出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。圖2為2臺水泵（定轉(zhuǎn)速+高速）并聯(lián)運行圖。既可以大幅減小占地，又可大幅減少塔內(nèi)散熱器管內(nèi)流體阻力，還可大幅降低循環(huán)水泵揚程。參照某660 MW間冷工程，采用新的散熱器布置方案后，循環(huán)水泵揚程由原來常規(guī)的23 m降低到18～19 m。因此，可考慮單臺機(jī)組配置2臺高效臥式循環(huán)水泵，2臺機(jī)組共4臺循環(huán)水泵。

圖2 2臺水泵雙速和1臺高速水泵與1臺低速水泵并聯(lián)運行示意圖

按照以上散熱器布置方式計算管路阻力，方案一（一機(jī)三泵）和方案二（一機(jī)二泵）均可以滿足工程循環(huán)水系統(tǒng)的需求。上述某600 MW級間冷系統(tǒng)按方案一確定的循環(huán)水泵參數(shù)為Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW；按方案二確定的循環(huán)水泵參數(shù)為Q=8.33 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表1為2種方案的相對經(jīng)濟(jì)性比較表。

表1 2種方案的相對經(jīng)濟(jì)性比較（600 MW 2臺機(jī)組）

圖3為單臺機(jī)組配置2臺定速循環(huán)水泵（每臺水泵均采用定速電動機(jī)，一機(jī)兩泵）并聯(lián)運行示意圖。2臺機(jī)組共用1座自然通風(fēng)冷卻塔（即兩機(jī)一塔），循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制?？绽渖崞鞔怪辈贾迷诳绽渌馑闹?，2臺機(jī)組共16個冷卻扇段，以上下層、內(nèi)外圈、垂直方式布置在塔外。當(dāng)2臺水泵定速并聯(lián)運行時，可分別滿足單臺機(jī)組（共8個扇段）4個、6個、8個扇段運行；單臺定速泵運行時，可滿足單臺機(jī)組2個、3個扇段運行。從圖3分析得出：單臺機(jī)組配置2臺定速水泵既可滿足機(jī)組空冷系統(tǒng)在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區(qū)間運行，又可滿足冬季供熱期間運行，但僅限4個扇段運行（當(dāng)2臺水泵并聯(lián)運行時）。

圖3 2臺水泵定速并聯(lián)運行示意圖

2.3 1000 MW級臥式離心式循環(huán)水泵配置

一般1000 MW級間接空冷系統(tǒng)配置“一機(jī)一塔”設(shè)計方案。通常每臺機(jī)組配置4臺高效臥式循環(huán)水泵，2臺機(jī)組共配置8臺循環(huán)水泵。現(xiàn)以某1000 MW級間冷工程為例，選取的循環(huán)水泵設(shè)計參數(shù)為Q=6.11 m3/s，H=23.5 m，N=1800 kW。

同理，根據(jù)中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司2015年申請的專利“可大幅減少占地面積的間接空冷系統(tǒng)”，若采用散熱器雙層布置方案，則該1000 MW機(jī)組的循環(huán)水泵揚程由原來的23.6 m降低到18 m～19 m。因此，可考慮該1000 MW間冷系統(tǒng)單臺機(jī)組配置3臺高效臥式循環(huán)水泵，2臺機(jī)組共配置6臺循環(huán)水泵。

按照以上散熱器布置方式計算管路阻力，方案一（一機(jī)四泵） 和方案二（一機(jī)三泵） 均可以滿足本工程循環(huán)水系統(tǒng)需求。上述某1000 MW級間冷系統(tǒng)按照方案一確定的循環(huán)水泵參數(shù)為Q=6.11 m3/s，H=23.6 m，N=1800 kW；按照方案二確定的循環(huán)水泵參數(shù)為Q=8.17 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表2為2種方案的經(jīng)濟(jì)性比較表。

表2 2種方案的經(jīng)濟(jì)性比較表（1000 MW 2臺機(jī)組）

圖4為單臺機(jī)組配置3臺定速循環(huán)水泵（每臺水泵均采用定速電動機(jī)，一機(jī)三泵）并聯(lián)運行示意圖。2臺機(jī)組分別采用1座自然通風(fēng)冷卻塔（即一機(jī)一塔），循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制?？绽渖崞鞔怪辈贾迷诳绽渌馑闹埽瑔闻_機(jī)組10個冷卻扇段。當(dāng)2臺水泵定速并聯(lián)運行時，可分別滿足單臺機(jī)組（共10個扇段）2個、4個、6個扇段運行；當(dāng)3臺水泵定速并聯(lián)運行時，可分別滿足單臺機(jī)組（共10個扇段） 6個、8個、10個扇段運行；單臺定速泵運行時，不能滿足單臺機(jī)組扇段運行。從圖4分析得出：百萬機(jī)組配置3臺定速循環(huán)水泵既可滿足機(jī)組空冷系統(tǒng)在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區(qū)間運行，又可滿足冬季供熱期間運行，但僅限2臺及以上水泵并聯(lián)運行時。

圖4 3臺水泵定速并聯(lián)運行示意圖

3 結(jié)論

a） 300～1000 MW級不同容量機(jī)組間冷系統(tǒng)配置循環(huán)水泵均采用定速運行方式較經(jīng)濟(jì)，既可滿足機(jī)組空冷系統(tǒng)在最佳的運行氣溫（13.5～28℃，最佳運行時段）、春秋及其高溫區(qū)間運行，又可滿足冬季供熱期間運行。

b）單臺機(jī)組循環(huán)水泵組運行方式不宜采用1臺高速泵+1臺低速泵的并聯(lián)運行，因并聯(lián)后已脫離單臺低速水泵的流量曲線范圍，易造成低速水泵出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。

c）結(jié)合新型空冷系統(tǒng)散熱器布置方式，經(jīng)過優(yōu)化后300 MW級機(jī)組間冷系統(tǒng)單臺機(jī)組配置2臺循環(huán)水泵運行；600 MW級機(jī)組間冷系統(tǒng)單臺機(jī)組配置2臺循環(huán)水泵運行；1000 MW級機(jī)組間冷系統(tǒng)單臺機(jī)組配置3臺循環(huán)水泵運行。

d）結(jié)合新型空冷系統(tǒng)散熱器布置方式，經(jīng)過優(yōu)化后600 MW級機(jī)組間冷系統(tǒng)單臺循環(huán)水泵揚程可降低4～5 m，節(jié)省電費約230萬元/年；1000 MW級機(jī)組間冷系統(tǒng)單臺循環(huán)水泵揚程可降低4.6～5.6 m，節(jié)省電費約380萬元/年。