李振宇

摘 要：本文以某電廠450 MW多軸一拖一燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為研究對象，通過優(yōu)化采暖季循環(huán)水系統(tǒng)，達(dá)到降低廠用電量10%的節(jié)能減排目標(biāo)，并為其他工況下的系統(tǒng)優(yōu)化尋找通用的解決方案。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)機(jī)組;采暖季;循環(huán)水系統(tǒng);廠用電量

中圖分類號：TM611.31文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0130-03

Research on the Optimal Scheme of Circulating Water System of 450 MW Gas-steam Combined Cycle Unit in Heating Season

LI Zhenyu

（Beijing Jingxi Gas-fired Thermal Power Co.， Ltd.， Powerbeijing Group，Beijing 100041）

Abstract： Taking a power plant's 450 MW multi-shaft one-to-one gas-steam combined cycle unit as the research object， this paper optimized the heating season circulating water system to achieve the energy-saving and emission-reduction goal of reducing plant power consumption by 10%， and find general solutions for system optimization under other working conditions.

Keywords： combined cycle unit;heating season;circulating water system;plant power consumption

本設(shè)計(jì)方案以某電廠450 MW多軸一拖一燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為優(yōu)化對象（簡稱一拖一機(jī)組）。其中，燃機(jī)采用上海電氣-西門子重型單缸SGT5-4000F（+）型，汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的LZC（B）137-12.5/0.4/550/547型汽輪機(jī)。該機(jī)組為供熱調(diào)峰機(jī)組，在純凝工況下的發(fā)電出力為434.732 MW，背壓工況下的發(fā)電出力為365.717 MW，對外供熱能力為294.24 MW。

循環(huán)水系統(tǒng)共設(shè)4臺(tái)循環(huán)水泵和12臺(tái)機(jī)力通風(fēng)冷卻風(fēng)機(jī)。其中，2臺(tái)循環(huán)水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產(chǎn)的76LKXB-24型，電機(jī)為湘潭電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的YKSL-2002-14/1500-1型（簡稱大泵）。2臺(tái)循環(huán)水泵為湖南湘電長沙水泵有限公司生產(chǎn)的52LKXA-24型，配套采用的雙速電機(jī)為湘潭電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的YKSLD-630-10/12型（簡稱小泵高速和小泵低速）。循環(huán)水泵銘牌參數(shù)如表1所示。

機(jī)力塔風(fēng)機(jī)為12臺(tái)豪頓華工程有限公司生產(chǎn)的LF-98型，電機(jī)采用南通威爾電機(jī)有限公司的YXKK355-4型。表2為機(jī)力塔風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)。

目前，循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度、凝汽器真空和端差，通過改變循環(huán)水流量和循環(huán)水溫度確定最佳真空值，從而提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。人們采用啟停不同類型的循環(huán)水泵進(jìn)行階躍性調(diào)節(jié)，改變循環(huán)水流量，并采用啟停不同數(shù)量的機(jī)力塔風(fēng)機(jī)，改變循環(huán)水溫度[1-2]。

1 設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)

根據(jù)該電廠采暖季運(yùn)行情況，每月廠用電量約為118.5 MW，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量為35.5 MW，約占廠用電總量的30%。其中，一拖一機(jī)組冬季工況循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式為：2臺(tái)循環(huán)水小泵低速同時(shí)運(yùn)行，2臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行。工況改變時(shí)，根據(jù)循環(huán)水溫度決定機(jī)力塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

假設(shè)采取1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行，啟動(dòng)2臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)。設(shè)計(jì)流量基本相當(dāng)，均能夠滿足機(jī)組正常運(yùn)行條件，工況可行，那么循環(huán)水系統(tǒng)一天耗電量理論值至少為32MW·h。系統(tǒng)耗電量可降低約3.5MW·h，節(jié)約電量10%。為驗(yàn)證運(yùn)行方案優(yōu)化可行性，假定以降低10%耗電量為目標(biāo)，制定方案尋優(yōu)驗(yàn)證。

2 提出優(yōu)化方案

2.1 根據(jù)循環(huán)水量設(shè)計(jì)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)資料中《循環(huán)冷卻水量表》（見表3），計(jì)算得出循環(huán)水冷卻量設(shè)計(jì)值，并根據(jù)設(shè)計(jì)值制定優(yōu)化方案。

為減少變量對優(yōu)化方案的影響，在二拖一機(jī)組停運(yùn)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)，只需要考慮一拖一機(jī)組的凝汽器冷卻水量[Q11]、輔機(jī)冷卻水量[Q12]和二拖一機(jī)組的輔機(jī)冷卻水量[Q22]。因此，循環(huán)水冷卻量最大值[Qmax]應(yīng)為：

[Qmax=Q11+Q12+Q22]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[Qmax]應(yīng)為10 737 m3/h（一拖一機(jī)組冬季抽凝方式下總用水量6 837 m3/h與二拖一機(jī)組輔機(jī)冷卻水量3 900 m3/h之和）。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，對循環(huán)水泵運(yùn)行方式做出調(diào)整，并選擇出合理的循環(huán)水泵運(yùn)行方式，如表4所示。

2.2 根據(jù)降低10%耗電量的目標(biāo)提出方案

根據(jù)流量設(shè)計(jì)，筆者發(fā)現(xiàn)，滿足情況的方案較多。結(jié)合機(jī)力塔風(fēng)機(jī)對循環(huán)水溫度的調(diào)節(jié)可知，方案的選項(xiàng)會(huì)更多。那么，增加限制條件，引入降低10%耗電量的目標(biāo)作為邊界條件。

現(xiàn)運(yùn)行方式為：啟動(dòng)2臺(tái)循環(huán)水小泵低速，2臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。根據(jù)表1和表2可知，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量為循環(huán)水泵耗電量與機(jī)力塔風(fēng)機(jī)耗電量之和，這里只計(jì)算理論值，暫忽略電壓電流、功率因數(shù)、軸功率等相關(guān)參數(shù)。那么，循環(huán)水系統(tǒng)耗電量理論值為1 480 kW。根據(jù)設(shè)定目標(biāo)，即降低系統(tǒng)耗電量10%，要選出耗電量為1 332 kW的運(yùn)行方式。因此，根據(jù)循環(huán)水泵和機(jī)力塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式組合，列出篩選表，如表5所示。

由表5可以看出，有四種方案均符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。方案一是啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行;方案二是啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行，1臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行;方案三是啟動(dòng)2臺(tái)循環(huán)水小泵低速運(yùn)行;方案四是啟動(dòng)2臺(tái)循環(huán)水小泵低速運(yùn)行，1臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

2.3 方案比較

從耗電量、揚(yáng)程、設(shè)計(jì)流量和設(shè)備備用等四個(gè)方面將四種方案與現(xiàn)狀放在一起進(jìn)行比較，形成方案數(shù)據(jù)對比結(jié)果，如表6所示。

比較發(fā)現(xiàn)，方案一為最佳數(shù)據(jù)方案，但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，不啟動(dòng)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)可能會(huì)影響循環(huán)水溫度。方案二與方案三相比，流量均符合要求，降低耗電量條件基本相似，不相上下，但從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，方案二的備用良好，為同類型設(shè)備備用，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)備用設(shè)備對系統(tǒng)的影響最小，因此方案二的可行性更高。方案四符合條件，但是設(shè)備備用情況欠佳，對機(jī)組安全性有一定影響，暫不考慮。

根據(jù)理論數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，篩選出方案一（啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行）和方案二（啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行，1臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行）進(jìn)行下一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 方案驗(yàn)證

為避免不確定因素對試驗(yàn)的影響，選擇在同一天氣條件、同一機(jī)組負(fù)荷下對方案一和方案二分別進(jìn)行試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

根據(jù)具體實(shí)施結(jié)果，人們可以得出以下結(jié)論。一是前提條件比較，方案一和方案二在同一工況、同一環(huán)境下均能達(dá)到目標(biāo)要求，有較好的盈利能力。二是實(shí)施數(shù)據(jù)相比而言，在循環(huán)水系統(tǒng)耗電量、廠用電率和盈利能力等方面，方案一更加優(yōu)化。三是存在一定的問題，方案一由于運(yùn)行工況的要求僅持續(xù)了3 h，真實(shí)性值得商榷，方案二運(yùn)行時(shí)間為14 h，數(shù)據(jù)真實(shí)性有保障。為此，為了驗(yàn)證方案一的可行性，擇機(jī)做了第二次試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)對照結(jié)果如表8所示。

由此可見，在一拖一機(jī)組采暖季運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)采用方案一，啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)水小泵高速運(yùn)行，就可以滿足機(jī)組運(yùn)行條件，降低廠用電量33%，增加單位盈利近萬元。

4 結(jié)語

此次優(yōu)化方案能夠較好地滿足機(jī)組節(jié)能優(yōu)化的需求，達(dá)到預(yù)期效果。但是，實(shí)際分析過程中仍有一定不足。本研究只是針對一拖一機(jī)組采暖季工況而言，具有一定局限性。但此方法具有可復(fù)制性，可嘗試對該廠一拖一機(jī)組非采暖季、二拖一機(jī)組采暖季以及二拖一和一拖一機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的采暖季等多種工況進(jìn)行分析，用以指導(dǎo)運(yùn)行人員的操作調(diào)整。此外，在方案優(yōu)化過程中，還需要上塔門的配合以及對凝汽器進(jìn)汽量的分析，這些方面仍有進(jìn)一步討論和分析的空間。

參考文獻(xiàn)：

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