閆旭

（國電銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244153）

600 MW火電機(jī)組冷端優(yōu)化試驗(yàn)研究

閆旭

（國電銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244153）

詳細(xì)介紹了某發(fā)電廠600 MW火電機(jī)組冷端優(yōu)化試驗(yàn)的基本情況。為了進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)一臺(tái)循泵進(jìn)行雙速改造后增大其循環(huán)水量可調(diào)范圍的方案，根據(jù)機(jī)組在不同背壓下的微增出力和循環(huán)水泵耗功試驗(yàn)結(jié)果，分析并給出了不同循環(huán)水溫度、不同負(fù)荷時(shí)的汽輪機(jī)最佳背壓和循環(huán)水泵最佳運(yùn)行方式，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化管理、進(jìn)一步節(jié)能降耗提供了依據(jù)。實(shí)踐表明，采用優(yōu)化后的循泵運(yùn)行方式，即避免了循泵的頻繁啟停，又取得了較好的節(jié)能效果。

循環(huán)水泵；冷端系統(tǒng)；微增出力；背壓

0 引言

冷端系統(tǒng)是汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)中一個(gè)重要的系統(tǒng)，隨著機(jī)組容量的增大，火力發(fā)電機(jī)組的冷端系統(tǒng)也越來越重要和復(fù)雜，對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著決定性的作用[1]。同時(shí)，汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)也是火電機(jī)組耗水量最大的部位，例如，某發(fā)電廠600 MW機(jī)組1臺(tái)循環(huán)水泵（簡稱循泵）每小時(shí)的耗水量可達(dá)36 000 t，耗電量可達(dá)整個(gè)廠用電的10%左右。一般來說，設(shè)計(jì)人員是在額定負(fù)荷和額定循環(huán)水溫度下對(duì)冷端系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，但是，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，環(huán)境溫度、循環(huán)水溫度、機(jī)組負(fù)荷等各種參數(shù)往往會(huì)偏離設(shè)計(jì)值。因此，對(duì)于經(jīng)常在變工況運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)組來說，如何最大程度地優(yōu)化冷端系統(tǒng)的運(yùn)行方式，是一個(gè)非常具有現(xiàn)實(shí)意義的課題。

火電廠通常采用改變循環(huán)冷卻水量的方法來調(diào)整凝汽器真空從而改變汽輪機(jī)背壓[2]。例如，對(duì)于雙速循泵來說，則是通過改變循泵電動(dòng)機(jī)電氣接頭的位置來改變循泵冷卻水量的大小。這種方法具有很強(qiáng)的可操作性，但是，循泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)往往是根據(jù)運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)來決定的，具有很大的隨意性，并不能確保在不同的環(huán)境溫度以及各個(gè)運(yùn)行工況下凝汽器真空均為最佳值。因此，就需要用試驗(yàn)來確定不同循環(huán)水溫度、不同負(fù)荷時(shí)的汽輪機(jī)最佳背壓和循泵最佳運(yùn)行方式。

1 冷端系統(tǒng)概述

火力發(fā)電廠冷端系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：凝汽器、汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)葉片組、真空系統(tǒng)、循泵及循環(huán)供水系統(tǒng)，如圖1所示。其主要作用是：在汽輪機(jī)排汽口建立并維持高度真空，同時(shí)，將汽輪機(jī)低壓缸的排汽凝結(jié)成飽和水作為鍋爐給水，除去凝汽器中的氧氣及其它不凝結(jié)氣體，減少氧氣對(duì)主凝結(jié)水管路的腐蝕[3]。蒸汽經(jīng)過汽輪機(jī)做功之后進(jìn)入凝汽器汽側(cè)，通過冷卻介質(zhì)把排汽凝結(jié)成水，在凝汽器內(nèi)形成并維持高度真空。

圖1 汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)示意

該發(fā)電廠2臺(tái)機(jī)組共有4臺(tái)循泵，其中1臺(tái)循泵經(jīng)過雙速改造，可高速運(yùn)行，也可低速運(yùn)行。

2 冷端優(yōu)化試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，尋求機(jī)組在不同循環(huán)水溫度、不同負(fù)荷下的循泵最佳運(yùn)行方式，確定機(jī)組在各負(fù)荷點(diǎn)的最佳背壓，為機(jī)組節(jié)能降耗提供可靠依據(jù)。具體目的如下：

（1）確定機(jī)組在不同負(fù)荷下微增出力。

（2）確定機(jī)組在不同負(fù)荷、不同循環(huán)水溫度下凝汽器最佳運(yùn)行背壓。

（3）確定機(jī)組在不同負(fù)荷、不同循環(huán)水溫度下循泵最佳運(yùn)行方式。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容和方案

2.2.1 微增出力試驗(yàn)

微增出力特性是構(gòu)建循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基準(zhǔn)[5]。由于廠家提供的背壓修正曲線有可能偏離現(xiàn)場實(shí)際情況。汽輪機(jī)微增出力試驗(yàn)綜合了制造、安裝、機(jī)組性能老化等多方面因素，能夠真實(shí)反映機(jī)組實(shí)際性能，對(duì)凝汽器最佳真空的維持和循泵的經(jīng)濟(jì)調(diào)度更具有現(xiàn)實(shí)意義。

為了確定循泵最佳運(yùn)行方式，首先在100%，90%，80%，70%，60%，50%額定負(fù)荷工況進(jìn)行凝汽器微增出力試驗(yàn)，確定不同負(fù)荷工況下凝汽器背壓與出力的關(guān)系曲線，微增出力試驗(yàn)工況見表1。

表1 微增出力試驗(yàn)工況

2.2.2 循泵運(yùn)行方式調(diào)整試驗(yàn)

按照循泵配套方式（3臺(tái)定速1臺(tái)變速），循環(huán)水流量的變化只能通過改變循泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，循泵的運(yùn)行方式有以下6種：兩機(jī)1臺(tái)高速泵、1臺(tái)低速泵（方式A），兩機(jī)2臺(tái)高速泵（方式B），兩機(jī)2臺(tái)高速泵、1臺(tái)低速泵（方式C），兩機(jī)3臺(tái)高速泵（方式D），兩機(jī)3臺(tái)高速泵、1臺(tái)低速泵（方式E），兩機(jī)4臺(tái)高速泵（方式F）。

由于不同運(yùn)行方式下，循泵的流量和耗功差異較大。為此，需要通過循泵不同運(yùn)行方式和機(jī)組微增出力試驗(yàn)，確定循泵最佳運(yùn)行方式和機(jī)組的最佳運(yùn)行背壓。

循泵和凝汽器調(diào)整試驗(yàn)是根據(jù)2號(hào)機(jī)組在100%，90%，80%，70%，60%，50%額定負(fù)荷工況結(jié)合循泵6種不同運(yùn)行方式，測定凝汽器背壓與循環(huán)水流量、循環(huán)水流量與循泵耗功的關(guān)系。循泵運(yùn)行方式調(diào)整試驗(yàn)工況見表2。

表2 循泵運(yùn)行方式優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)工況

2.3 試驗(yàn)過程

根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)方案的要求，每進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)工況時(shí)，按照如下要求進(jìn)行操作：

（1）按照系統(tǒng)隔離清單進(jìn)行操作，確保無工質(zhì)流入和流出，符合試驗(yàn)要求。

（2）試驗(yàn)過程中不向系統(tǒng)補(bǔ)水，試驗(yàn)期間除氧器水位和凝汽器水位手動(dòng)控制，保證除氧器、凝汽器熱井水位平穩(wěn)變化，不出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。

（3）試驗(yàn)期間保持高壓主汽調(diào)門開度不變，并記錄各調(diào)門開度。

（4）在試驗(yàn)進(jìn)行中停止向系統(tǒng)外排污、排水、排汽，不得進(jìn)行與試驗(yàn)無關(guān)的操作。

（5）微增出力試驗(yàn)不同工況的背壓通過微開凝汽器真空破壞門來控制。

（6）循泵運(yùn)行方式優(yōu)化試驗(yàn)與汽輪機(jī)性能優(yōu)化試驗(yàn)同步進(jìn)行，根據(jù)熱平衡辦法推算出凝汽器的熱負(fù)荷與進(jìn)入循泵的循環(huán)水流量。

（7）試驗(yàn)過程中調(diào)整運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，使各參數(shù)偏差及波動(dòng)值符合試驗(yàn)規(guī)程要求。在各參數(shù)穩(wěn)定30 min后，通過 EIC分布式數(shù)據(jù)采集裝置，配備高性能便攜式計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、差壓、電功率等，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)修正處理，數(shù)據(jù)精度達(dá)0.02級(jí)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 機(jī)組微增出力試驗(yàn)

在100%，90%，80%，70%，60%，50%額定負(fù)荷等6個(gè)負(fù)荷點(diǎn)下完成了微增出力試驗(yàn)，共計(jì)21個(gè)工況，通過分布式數(shù)據(jù)采集裝置自動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果見表3—8，并繪制各負(fù)荷工況下電功率與低壓缸排汽壓力總線曲線，見圖2。

3.1.1 100%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

由表3可知，100%額定負(fù)荷（600 MW）變背壓試驗(yàn)在4個(gè)不同排汽壓力下進(jìn)行，排汽壓力分別為4.3 kPa，6.3 kPa，7.8 kPa，9.8 kPa，機(jī)組的功率因背壓的升高而分別降低了 11.04 MW，22.41 MW，34.06 MW，相對(duì)變化量分別為-1.85%，-3.75%，-5.70%，即機(jī)組在100%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，發(fā)電機(jī)功率增加約6.19 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約0.476%。100%額定負(fù)荷下電功率與低壓缸排汽壓力的關(guān)系曲線如圖2（a）所示。

3.1.2 90%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

由表4可知，90%額定負(fù)荷（540 MW）變背壓試驗(yàn)在4個(gè)不同排汽壓力下進(jìn)行，排汽壓力分別為3.9 kPa，5.3 kPa，6.8 kPa，9.0 kPa，機(jī)組功率因背壓的升高分別降低了11.36 MW，21.02 MW，33.86 MW，相對(duì)變化量分別為-2.10%，-3.89%，-6.26%，即機(jī)組在90%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，發(fā)電機(jī)功率增加約6.68 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約1.234%。90%額定負(fù)荷下電功率與低壓缸排汽壓力的關(guān)系曲線見圖2（b）。

表3 100%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

表4 90%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

3.1.3 80%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

從表5數(shù)據(jù)看出，80%額定負(fù)荷（480 MW）變背壓試驗(yàn)在4個(gè)不同排汽壓力下進(jìn)行，排汽壓力分別為4.1 kPa，5.5 kPa，7.2 kPa，9.1 kPa，機(jī)組功率因背壓的升高而分別降低9.83 MW，21.19 MW，31.25 MW，相對(duì)變化量分別為-2.05%，-4.42%，-6.52%，即機(jī)組80%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，發(fā)電機(jī)功率增加6.15 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約1.282%。80%額定負(fù)荷下電功率與排汽壓力的關(guān)系曲線見圖2（c）。

3.1.4 70%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

從表6數(shù)據(jù)看出，70%額定負(fù)荷（420 MW）下，排汽壓力分別為4.0 kPa，6.3 kPa，7.8 kPa，機(jī)組的功率因背壓的升高而分別降低16.73 MW與25.92 MW，相對(duì)變化量分別為-3.99%與-6.18%，即在70%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，發(fā)電機(jī)功率增加約6.93 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約1.652%。70%額定負(fù)荷下電功率與低壓缸排汽壓力的關(guān)系曲線見圖2（d）。

表5 80%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

表6 70%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

3.1.5 60%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

從表7數(shù)據(jù)看出，60%額定負(fù)荷下（360 MW），排汽壓力分別為3.9 kPa，5.7 kPa，7.5 kPa，機(jī)組的功率因背壓的升高而分別降低了12.31 MW與22.94 MW，相對(duì)變化量分別為-3.36%與-6.25%，即在60%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，功率增加約6.34 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約1.729%。60%額定負(fù)荷下電功率與低壓缸排汽壓力的關(guān)系曲線見圖2（e）。

3.1.6 50%額定負(fù)荷工況試驗(yàn)

從表8數(shù)據(jù)看出，50%額定負(fù)荷（300 MW）變背壓試驗(yàn)在7個(gè)不同排汽壓力下進(jìn)行，排汽壓力分別為4.07 kPa，5.7 kPa，7.3 kPa，機(jī)組的功率因背壓的升高而分別降低了10.39 MW與17.64 MW，相對(duì)變化量分別為-3.44%與-5.85%，即機(jī)組在50%額定負(fù)荷下，排汽壓力每降低1 kPa，發(fā)電機(jī)功率增加約5.358 MW，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高約1.78%。50%額定負(fù)荷下電功率與低壓缸排汽壓力的關(guān)系曲線見圖2（f）。

表7 60%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

表8 50%額定負(fù)荷工況微增出力試驗(yàn)結(jié)果

3.2 冷端優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)2臺(tái)機(jī)組4臺(tái)（3臺(tái)定速1臺(tái)變速）循泵配置情況，循泵主要有A，B，C，D，E，F(xiàn) 6種運(yùn)行方式。6種循泵運(yùn)行方式（見2.2.2）下的循環(huán)水流量與循泵耗功見表9。

表9 循環(huán)水流量和功耗試驗(yàn)結(jié)果

通過表9可以看出，不同循泵運(yùn)行方式下，循環(huán)水流量和循泵功耗相差較大，由工況A到工況B，循環(huán)水流量增加18.28%，循泵功耗增加25.64%；由工況B到工況C，循環(huán)水流量增加10.81%，循泵功耗增加54.5%；由工況C到工況D，循環(huán)水流量增加 10.81%，循泵功耗增加12.96%；由工況D到工況E，循環(huán)水流量增加10.7%，循泵功耗增加34.76%；由工況E到工況F，循環(huán)水流量增加9.24%，循泵功耗增加7.49%；由工況B到工況C與由工況D到工況E循環(huán)水量增加不明顯，但是循泵功耗增加較多。

3.3 不同循泵運(yùn)行方式下凝汽器性能試驗(yàn)

表10列出了6種循泵運(yùn)行方式下，在100%，90%，80%額定負(fù)荷時(shí)凝汽器運(yùn)行的原始數(shù)據(jù)與性能結(jié)果。

由表10可以看出，2號(hào)機(jī)組凝汽器的端差在5.21～14.77℃，比設(shè)計(jì)值6.37℃偏高。循環(huán)水溫升在6.2～11℃，與設(shè)計(jì)值8.5℃相當(dāng)。凝汽器的運(yùn)行清潔系數(shù)在0.458～0.773，偏低于設(shè)計(jì)值0.823。凝汽器A管水阻最大為94.3 kPa，凝汽器B管水阻最大為101.0 kPa，大于設(shè)計(jì)值65 kPa。凝汽器的過冷度在各工況均為負(fù)值，小于設(shè)計(jì)值0℃。經(jīng)循環(huán)水量與循環(huán)水溫修正后的凝汽器背壓額定負(fù)荷在5.6 kPa或5.9 kPa，比設(shè)計(jì)值4.9 kPa偏高約1 kPa，說明凝汽器性能與設(shè)計(jì)值相比偏差。建議定期投運(yùn)凝汽器膠球清洗裝置，對(duì)凝汽器冷卻管進(jìn)清洗。

3.4 不同循環(huán)水溫度下對(duì)應(yīng)不同循泵運(yùn)行方式時(shí)凝汽器背壓

根據(jù)機(jī)組在100%，90%，80%，70%，60%，50%額定負(fù)荷和試驗(yàn)循環(huán)水入口溫度、循泵不同運(yùn)行方式下實(shí)測的循環(huán)水流量，計(jì)算2號(hào)機(jī)組凝汽器在6種循泵運(yùn)行方式（見2.2.2）下的變工況特性，計(jì)算結(jié)果見表11—16。

4 機(jī)組運(yùn)行最佳背壓

在100%額定負(fù)荷工況下，循環(huán)水進(jìn)水溫度小于5℃時(shí)，循泵運(yùn)行方式為兩機(jī)1臺(tái)高速泵、1臺(tái)低速泵（A）時(shí)，計(jì)算得到凝汽器壓力為 3.72 kPa。若循泵采用兩機(jī)2臺(tái)高速泵運(yùn)行（B）時(shí)，計(jì)算得到凝汽器壓力為3.04 kPa，此時(shí)循泵耗功增加735 kW。再根據(jù)機(jī)組微增出力試驗(yàn)結(jié)果，得到由于凝汽器壓力降低，機(jī)組出力增加約4 458 kW，由此得到在循環(huán)水進(jìn)水溫度低于5℃時(shí)，機(jī)組最佳背壓為3.72 kPa。同理可以得到循環(huán)水進(jìn)水溫度為10℃，15℃，20℃，25℃和30℃時(shí)，機(jī)組最佳背壓分別為4.08，4.29，5.54，7.18和9.25 kPa。

考慮機(jī)組的極限背壓，且同上理，可以得到90%，80%，70%，60%，50%額定負(fù)荷工況下不同循環(huán)水進(jìn)水溫度下的凝汽器最佳背壓，詳見表17所示。機(jī)組的最佳背壓曲線如圖3所示。

圖2 100%～50%工況汽輪機(jī)背壓變化量與微增出力關(guān)系曲線

表10 不同循泵運(yùn)行方式下實(shí)測凝汽器性能結(jié)果

表11 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（100%額定負(fù)荷，600 MW） kPa

表12 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（90%額定負(fù)荷，540 MW） kPa

5 結(jié)論

根據(jù)表17列出的不同循環(huán)水溫度不同負(fù)荷下的機(jī)組最佳運(yùn)行背壓，便可得到機(jī)組在最佳背壓下循泵最佳運(yùn)行方式，詳見表18所示。

由于該發(fā)電廠2臺(tái)機(jī)組參與調(diào)峰的情況偏多，機(jī)組負(fù)荷受省調(diào)指令控制變化較大，而且循泵的高低速切換也需要一定的時(shí)間，循泵頻繁啟停也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，循泵不可能按照表18所示的最佳運(yùn)行方式運(yùn)行，而是根據(jù)不同季節(jié)，不同環(huán)境溫度下，不同時(shí)間內(nèi)機(jī)組的平均負(fù)荷率進(jìn)行合理選擇。

實(shí)際運(yùn)行中，在冬季，循環(huán)水溫度低于10℃時(shí)，采用兩機(jī)1臺(tái)高速泵1臺(tái)低速泵運(yùn)行（方式A）；在春秋季，循環(huán)水溫度在10～20℃時(shí)，采用兩機(jī)2臺(tái)高速泵運(yùn)行（方式B），若機(jī)組負(fù)荷較高，循環(huán)水進(jìn)出水溫差大于8℃，可增開1臺(tái)低速泵；在夏季，循環(huán)水溫度高于20℃時(shí)，采用3臺(tái)高速泵1臺(tái)低速泵運(yùn)行（方式E），若機(jī)組負(fù)荷較低，可停運(yùn)1臺(tái)低速泵。實(shí)踐表明，采用以上優(yōu)化后的循泵運(yùn)行方式，既避免了循泵的頻繁啟停，又取得了較好的節(jié)能效果。

Research on Cold End Optimization Test of 600 MW Coal-fired Generating Unit

YAN Xu
（Guodian Tongling Power Generation Co.，Ltd.，Anhui Tongling 244153，China）

This paper expounds cold end optimization test of 600 MW coal-fired generating units in a power plant.In order for further energy saving and consumption reduction as well as unit operation economy improvement，the paper，on the basis of output correction and power consumption test of circulating pump under different back pressures，analyzes and presents optimal back pressure and operating mode for circulating water pump of steam turbine with different circulating water temperatures and loads in view of adjustable circulating water range increase after double-speed transformation of a circulating pump，providing reference for optimization and management of unit operation as well as further energy saving and consumption reduction.The practice shows that the optimized operation mode of circulating water pump can not only prevent the frequent start and stop of the pump but achieve better energy saving effect.

circulating water pump；cool end system；output correction；back pressure

表13 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（80%額定負(fù)荷，480 MW） kPa

表14 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（70%額定負(fù)荷，420 MW） kPa

表15 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（60%額定負(fù)荷，360 MW） kPa

表16 6種循泵運(yùn)行方式下2號(hào)機(jī)組凝汽器背壓（50%額定負(fù)荷，300 MW） kPa

圖3 不同負(fù)荷下機(jī)組最佳背壓曲線

TK264.1

B

1007-1881（2017）02-0058-07