300 MW機(jī)組循環(huán)水泵雙速節(jié)能的技術(shù)改造

馬巖昕

(黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 引言

在火力發(fā)電廠中，循環(huán)水泵是耗電量較大的輔助設(shè)備之一。由于某電廠處于北方地區(qū)，季節(jié)溫度變化較大，循環(huán)水泵必須非常靈活，且要適應(yīng)機(jī)組在不同季節(jié)的要求，所以研究循環(huán)水泵調(diào)節(jié)方式以滿足主機(jī)需要和電廠節(jié)能是非常必要的。

該電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組，安裝4臺(tái)循環(huán)水泵，2臺(tái)機(jī)組循環(huán)水母管采用聯(lián)絡(luò)方式運(yùn)行。循環(huán)水泵為長沙水泵廠有限公司生產(chǎn)的雙吸單級(jí)中開式離心清水泵，電機(jī)為臥式單速電機(jī)。冬季時(shí)，由于循環(huán)水入口水溫較低，凝汽器所需水量較少，若用可變速的循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵，采取低速小功率電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，就可節(jié)約大量的廠用電。

1 循環(huán)水系統(tǒng)的組成

該電廠的循環(huán)水系統(tǒng)由冷卻水塔、循環(huán)水泵、清污機(jī)、膠球沖洗裝置和凝汽器及有關(guān)設(shè)備組成。冷卻水塔為4 000 m2雙曲線冷卻水塔，塔高105 m，水塔底部半徑為38 m。

每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)循環(huán)水泵，循環(huán)水泵容量為2×60 %，循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)條件下連續(xù)運(yùn)行。在額定工況(THA)下，夏季冷卻倍率為60倍，春秋季為51倍，冬季為36倍。夏冬季分別按1機(jī)2泵、1機(jī)1泵運(yùn)行，春秋季按2機(jī)3泵運(yùn)行。循環(huán)水系統(tǒng)流程為：嫩江水—江岸泵—反應(yīng)沉淀池—冷卻水塔—攔污柵及清污機(jī)—循環(huán)水泵—液控出口蝶閥—凝汽器及輔機(jī)(板式換熱器及水環(huán)式真空泵等)—循環(huán)水壓力回水管—冷卻水塔(蒸發(fā)—部分)。

2 循環(huán)水系統(tǒng)的作用

循環(huán)水泵的主要作用是將冷卻水從冷卻塔送入凝汽器內(nèi)，冷卻水吸收在汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽的汽化潛熱，使蒸汽凝結(jié)成水后，再返回到冷卻水塔進(jìn)行往返循環(huán)使用。循環(huán)水泵是保證凝汽式汽輪機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要部件，其運(yùn)行工況的優(yōu)劣直接影響發(fā)電廠的安全發(fā)電和經(jīng)濟(jì)效益。因此，保持循環(huán)水泵在最佳工況下運(yùn)行，是降低綜合廠用電率的最有效辦法。

3 循環(huán)水系統(tǒng)的工作原理

300 MW機(jī)組的凝汽器設(shè)計(jì)一般都是在給定的蒸汽負(fù)荷、冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度下進(jìn)行的，在凝汽器運(yùn)行過程中，這些參數(shù)都會(huì)發(fā)生變動(dòng)。例如：蒸汽負(fù)荷隨汽輪機(jī)負(fù)荷而變化；冷卻水量隨循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)而變化；冷卻水進(jìn)口溫度隨氣候季節(jié)的不同而變化。在一定的冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度下，凝汽器中的壓力隨汽輪機(jī)排汽量的減少而降低，即凝汽器的真空隨汽輪機(jī)排汽量的減少而升高；當(dāng)汽輪機(jī)的排汽量和冷卻水量不變時(shí)，凝汽器的真空值隨冷卻水進(jìn)口溫度的降低而升高。因此，冬季凝汽器的真空較夏季高。

4 循環(huán)水泵高低速改造原因及節(jié)能原理

該電廠的機(jī)組是供熱機(jī)組。該地區(qū)每年10月15日至次年4月15日為采暖期，采暖時(shí)間長達(dá)6個(gè)月且溫度較低。

在冬季供暖期，當(dāng)LV閥關(guān)至50 %時(shí)，進(jìn)入凝汽器的蒸汽量將大量減少，真空約上升2 kPa(真空最低時(shí)是95 kPa)，真空最高時(shí)是98 kPa，造成冷卻水塔入口循環(huán)水溫度偏低，水塔結(jié)冰嚴(yán)重(在冬季冷卻水塔擋風(fēng)板全掛上)，機(jī)組循環(huán)水量偏大，循環(huán)水泵電耗增加。2臺(tái)機(jī)組2臺(tái)高速循環(huán)水泵電耗達(dá)到廠用電的0.4 %。如果采用雙速電動(dòng)機(jī)的循環(huán)水泵，不但提高了循環(huán)水泵效率，增加循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，而且滿足冬季機(jī)組循環(huán)水的供水需要，減少水塔結(jié)冰，節(jié)約廠用電。

根據(jù)離心泵相似定律，在一定范圍內(nèi)改變泵的轉(zhuǎn)速，泵的效率近似不變。當(dāng)頻率固定時(shí)，改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)，可改變轉(zhuǎn)速(變極調(diào)速)，特別適合僅需在季節(jié)性水溫變化時(shí)節(jié)省能源而變速運(yùn)行的水泵。

若將循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)改為雙速電動(dòng)機(jī)，低速運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于降低水泵流量和電動(dòng)機(jī)輸入功率。因此，采用轉(zhuǎn)速差不大的雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵，根據(jù)各季節(jié)水溫的變化選擇驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供水量，能有效節(jié)約電能。

5 循環(huán)水泵雙速改造方案

結(jié)合循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)及安全性、經(jīng)濟(jì)性，將循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行改造。因2臺(tái)機(jī)4臺(tái)循環(huán)水泵中的1，4號(hào)循環(huán)水泵分別與1，2號(hào)冷卻水塔內(nèi)接出的入口管相連；2，3號(hào)循環(huán)水泵與2臺(tái)冷卻水塔聯(lián)絡(luò)管上接出的入口水管相連(便于平衡2臺(tái)冷卻水塔的水位)，所以將2，3號(hào)循環(huán)水泵改為雙速循環(huán)水泵。

公路運(yùn)輸行業(yè)作為民生行業(yè)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域占據(jù)著越發(fā)重要的位置。若想有效開展公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作就必須要引起有關(guān)政府部門的高度關(guān)注。首先，國家有關(guān)交通管理部門要充分意識(shí)到公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作的重要性，以此為基礎(chǔ)拓寬公路橋梁養(yǎng)護(hù)的扶持政策，以保證公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作的連續(xù)性；其次，國家有關(guān)法律部門還需要制定一系列法律法規(guī)，對(duì)公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作的內(nèi)容與流程進(jìn)行規(guī)范化管理，使公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作變得更加合法化與科學(xué)化。

改造前后的循環(huán)水泵參數(shù)如表1所示。

表1 改造前后的循環(huán)水泵參數(shù)

6 循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行分析

當(dāng)循環(huán)水入口水溫低于15 ℃時(shí)，凝汽器的背壓較低，隨著循環(huán)水入口溫度的增加，凝汽器背壓緩慢上升；當(dāng)循環(huán)水入口溫度高于25 ℃時(shí)，隨著循環(huán)水入口溫度的增加，凝汽器的背壓迅速上升。

隨著熱負(fù)荷的增加，凝汽器背壓的變化速率越來越快，且有1個(gè)明顯的拐點(diǎn)。當(dāng)循環(huán)水入口溫度低于15 ℃時(shí)，拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷在80 %以上；循環(huán)水入口溫度高于25 ℃時(shí)，拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷約為60 %。隨著循環(huán)水溫下降，凝汽器背壓隨著循環(huán)水量上升而下降的速率逐漸減小;當(dāng)循環(huán)水溫低于10℃時(shí)，隨著循環(huán)水量增加，凝汽器背壓變化很小。

在“1機(jī)1泵”的運(yùn)行方式下，對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量為75%凝汽器的額定循環(huán)水量；在“2機(jī)3泵”的運(yùn)行方式下，對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量是100 %凝汽器的額定循環(huán)水量；在“1機(jī)2泵”的運(yùn)行方式下，對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量是120 %凝汽器的額定循環(huán)水量。

從凝汽器循環(huán)水量-背壓特性曲線可以看出，凝汽器循環(huán)水量從100 %升至120 %時(shí)，對(duì)應(yīng)的背壓變化不大。

凝汽器特性曲線如圖1所示。

圖1 凝汽器特性曲線

7 采取的措施及循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行方法

對(duì)2，3號(hào)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了高、低速改造并實(shí)施投運(yùn)。在原來2機(jī)2高速循環(huán)水泵的基礎(chǔ)上，成功實(shí)現(xiàn)了2機(jī)2低速循環(huán)水泵的運(yùn)行方式，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

依據(jù)冬季機(jī)組負(fù)荷偏低的特點(diǎn)，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行了如下優(yōu)化。

(1) 春秋季2臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)2臺(tái)低速循環(huán)水泵、1臺(tái)高速循環(huán)水泵運(yùn)行，循環(huán)水回水上雙塔運(yùn)行。

(2) 供熱開始后，2臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)2臺(tái)低速循環(huán)水泵、循環(huán)水回水上雙塔運(yùn)行，用冷卻水塔擋風(fēng)板控制凝汽器入口溫度在10—15 ℃。

8 節(jié)能改造效益分析

高/低速循環(huán)水泵的功率分別為1 600/1 000 kW，2臺(tái)低速泵運(yùn)行可節(jié)省功率1 200 kW。

(1) 以冬季雙機(jī)2臺(tái)低速泵運(yùn)行方式為例，全年運(yùn)行180天，每天以24 h計(jì)算，高速循環(huán)水泵切換為低速循環(huán)水泵運(yùn)行，可節(jié)電：180×24×1 200=5.184×106kWh。

(2) 以春秋季3泵(2低1高)為例，全年運(yùn)行100天，每天24 h，可節(jié)電：100×24×1 200=2.880×106kWh。

采取上述措施及循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行后，全年比優(yōu)化前節(jié)約8.064×106kWh。按0.3元/kWh計(jì)算，可節(jié)約242萬元。

9 結(jié)論

經(jīng)過上述分析可知，該電廠對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行高、低速改造及冬季采用2臺(tái)低速循環(huán)水泵運(yùn)行，春秋采用1臺(tái)高速、2臺(tái)低速循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行方式是成功的、可行的，節(jié)省了大量的廠用電，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

1 智建平，閭亞美.630 MW超臨界機(jī)組循環(huán)泵雙速節(jié)能改造[J].華電技術(shù)，2010，32(5)：34-37.