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      基于AFT方法的1000MW超臨界機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造分析

      2019-09-10 02:23:12
      儀器儀表用戶 2019年10期
      關(guān)鍵詞:廠用電凝汽器并聯(lián)

      王 林

      (國家能源集團(tuán) 安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司,安徽 安慶 246000)

      0 引言

      國家能源集團(tuán)某電廠#3、#4 機(jī)組為容量為2×1000MW燃煤機(jī)組,采用自然通風(fēng)高位收水冷卻塔的二次循環(huán)冷卻水系統(tǒng)[2]。循環(huán)水流量的調(diào)節(jié)主要通過整臺泵的切入,1 臺機(jī)組配置3 臺循環(huán)水泵,調(diào)節(jié)手段單一。目前循環(huán)水泵運(yùn)行方式為春、秋、冬季二運(yùn)一備,夏季及機(jī)組真空度較差時(shí)3 臺循泵運(yùn)行,在冬季或低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí),冷卻塔出塔水溫和凝汽器背壓過低,廠用電耗高,經(jīng)濟(jì)性較差[3]。

      為了提高電廠經(jīng)濟(jì)效益,減少廠用電耗,要求循環(huán)水系統(tǒng)根據(jù)汽輪機(jī)負(fù)荷和冷卻水溫度及時(shí)調(diào)整循環(huán)水流量,最終實(shí)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。在不同環(huán)境溫度和負(fù)荷下滿足凝汽器真空值要求,同時(shí)減少循環(huán)水系統(tǒng)廠用電負(fù)荷,提高電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此,擬通過對#3、#4 機(jī)組循環(huán)水水泵電機(jī)極對數(shù)改造,增加循環(huán)水泵低速功能,實(shí)現(xiàn)根據(jù)季節(jié)、循環(huán)水進(jìn)水溫度和凝汽器真空度情況調(diào)節(jié)循環(huán)水泵運(yùn)行方式[4],通過調(diào)速減少循環(huán)水泵電耗,降低廠用電負(fù)荷,提高電廠經(jīng)濟(jì)性。

      表1 AFT Fathom計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果比較Table 1 Comparisons between the calculated results of AFT fathom and those of design

      圖1 國家能源集團(tuán)某電廠#3、#4機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算模型Fig.1 Calculating model of circulating water system of #3 and #4 units in Anqing Power Plant

      1 AFT建模計(jì)算分析

      為提高計(jì)算精度,減少人工工作量,本工程循環(huán)水系統(tǒng)水力計(jì)算采用AFT 軟件Fathom 模塊建模計(jì)算[5]。管道水力計(jì)算采用達(dá)西-維斯巴赫公式[6],水力摩阻系數(shù)按照柯列布魯克-懷特公式進(jìn)行計(jì)算。參考清洗后腐蝕不嚴(yán)重的舊鋼管,當(dāng)量粗糙度取0.15mm。循環(huán)水系統(tǒng)出口定為液位邊界條件,輸入中央豎井液位值,循環(huán)水系統(tǒng)入口定為液位邊界條件,輸入回水槽水位值。計(jì)算采用基于AFT 水力模型的穩(wěn)態(tài)分析。

      本文計(jì)算模型如圖1 所示,AFT Fathom 軟件計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表1。

      模型計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)工況符合度較高,計(jì)算是可靠的[7]。

      AFT Fathom 模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)比較見表2。

      通過對比分析發(fā)現(xiàn)基于Fathom 的計(jì)算水泵總揚(yáng)程與供水高度呈線性關(guān)系,與理論分析一致,存在監(jiān)測誤差。誤差的主要來源有3 點(diǎn):①儀表精度的問題;②由于泵本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的波動(dòng)誤差;③現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集時(shí)存在一定的誤差[8]。

      通過AFT Fathom 軟件建模進(jìn)行水力計(jì)算,輸入設(shè)計(jì)工況邊界條件,計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)工況保持較高一致性。因此,認(rèn)為本工程模型和邊界條件設(shè)置是可靠的。考慮到現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)精度低,且無流量監(jiān)測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和規(guī)律性較差,無法根據(jù)已收集數(shù)據(jù)確定現(xiàn)場循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際工況點(diǎn)。因此,無法對比理論計(jì)算值和實(shí)際情況的偏差[9]。為避免人為調(diào)整系統(tǒng)阻力曲線帶來更大的計(jì)算偏差,本文根據(jù)設(shè)計(jì)值,按理論計(jì)算進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)高低速分析。

      表2 #3機(jī)組AFT Fathom計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)比較Table 2 #3 Unit AFT Fathom comparisons with field instrument monitoring data

      表3 #4機(jī)組AFT Fathom計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)比較Table 3 #4 Comparisons of AFT Fathom calculations and field instrument monitoring data for units

      2 循環(huán)水泵增加低速功能改造可行性分析

      2.1 循環(huán)水泵高低速并聯(lián)運(yùn)行基本要求

      每臺機(jī)組2 臺循環(huán)水泵增加低速功能,改造后循環(huán)水系統(tǒng)各種運(yùn)行方式應(yīng)滿足3 個(gè)基本要求:①不同環(huán)境溫度及機(jī)組負(fù)荷條件下,滿足凝汽器真空值要求;②循環(huán)水泵在水泵廠家推薦的高效區(qū)運(yùn)行,避免循環(huán)水泵運(yùn)行出現(xiàn)異常振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象;③滿足凝汽器最小流速要求,避免凝汽器冷凝管流量分配不均勻性[10]。

      循環(huán)水泵增加低速功能改造后,高速轉(zhuǎn)速為370RPM,低速轉(zhuǎn)速為330RPM,改造后循環(huán)水泵高低速特性曲線如圖2 所示。

      2.2 三泵并聯(lián)運(yùn)行工況計(jì)算

      三泵并聯(lián)運(yùn)行工況有3 種:3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速。三泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算模型如圖3 所示。

      圖2 改造后循環(huán)水泵高低速特性曲線Fig.2 High and low speed characteristic curve of circulatingwater pump after transformation

      三泵并聯(lián)運(yùn)行工況下,冷卻塔全塔配水運(yùn)行,參考設(shè)計(jì)工況[11],冷卻塔供水高度取值7.4m。輸入循環(huán)水泵特性曲線,計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)三泵工況(3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速)復(fù)合泵特性曲線及系統(tǒng)阻力曲線如圖4 所示(以#3 機(jī)組3 泵高速工況為例),3 泵并聯(lián)工況(3 高速、2 高速1 低速和1 高速2 低速)循環(huán)水系統(tǒng)工作點(diǎn)見表4。

      圖3 三泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算模型Fig.3 Calculation model of three-pump parallel working condition circulating water system

      表4 #3機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)3泵并聯(lián)工況各運(yùn)行方式工況點(diǎn)Table 4 #3 Unit circulating water system 3 pumps parallel operating mode operating points

      由表4 中可以看出2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速并聯(lián)運(yùn)行工況,低速循環(huán)水泵運(yùn)行效率點(diǎn)較低[12]。低速泵偏離廠家推薦工作點(diǎn)較小,根據(jù)廠家的確認(rèn),認(rèn)為在可接受范圍內(nèi)。

      2.3 兩泵并聯(lián)運(yùn)行工況分析

      兩泵并聯(lián)運(yùn)行工況有3 種:2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速,兩泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算模型如圖5所示。

      兩泵并聯(lián)運(yùn)行工況,參考設(shè)計(jì)工況,冷卻塔供水高度取值8.1m[13]。輸入循環(huán)水泵特性曲線,計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)兩泵工況(2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速)復(fù)合的泵特性曲線及系統(tǒng)阻力曲線如圖6 所示(以#3 機(jī)組2 泵高速工況為例)。

      兩泵并聯(lián)工況(2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速)循環(huán)水系統(tǒng)工況點(diǎn)見表5。

      從表5 中可以看出,2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2泵低速并聯(lián)運(yùn)行工況,循環(huán)水泵均在較高效率區(qū)運(yùn)行,在可接受范圍內(nèi)。

      2.4 不同運(yùn)行工況比較及運(yùn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

      根據(jù)系統(tǒng)總流量和輔機(jī)流量,計(jì)算得到凝汽器冷卻水管流速。3 泵并聯(lián)工況和2 泵并聯(lián)工況,凝汽器冷卻水管冷卻水最小流速為1.4m/s >0.9m/s,最大流速為2.18m/s<2.5m/s,滿足相關(guān)規(guī)范要求[14]。

      3 泵并聯(lián)工況包括:3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1泵高速2 泵低速并聯(lián)運(yùn)行工況。以#3 機(jī)組為例,2 泵高速1 泵低速循環(huán)水泵運(yùn)行效率點(diǎn)84.58%,偏離廠家推薦工況點(diǎn)較多,不建議該工況運(yùn)行;1 泵高速2 泵低速并聯(lián)運(yùn)行低速泵效率在86.27%,在可接受范圍內(nèi)。2 泵并聯(lián)工況:2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速并聯(lián)運(yùn)行工況,循環(huán)水泵均在較高效率區(qū)運(yùn)行,單泵效率均在88%以上。

      單泵運(yùn)行工況,循環(huán)水泵工作點(diǎn)效率在84%/86%(高速/低速),單泵高速工況點(diǎn)已處在廠家提供特性曲線之外,單泵低速運(yùn)行循環(huán)水流量較小,凝汽器流速過小。因此,不推薦采用單泵運(yùn)行工況。

      圖5 兩泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算模型Fig.5 Calculation model of circulating water system for two pumps in parallel operation

      圖4 #3機(jī)組3泵高速工況復(fù)合的泵特性曲線和系統(tǒng)阻力曲線Fig.4 Compound pump characteristic curve and system resistance curve of #3 unit under high speed condition

      根據(jù)以上分析,優(yōu)化運(yùn)行方案如下:5 ~10 月多年月平均氣象條件下,環(huán)境溫度較高,3 臺循環(huán)水泵全部高速運(yùn)行,11 月份2 臺循環(huán)水泵高速運(yùn)行。即循環(huán)水泵增加低速功能改造后,5 ~11 月份循環(huán)水泵運(yùn)行方式與原設(shè)計(jì)工況相同。12 月~3 月采用2 泵低速運(yùn)行替代原設(shè)計(jì)兩泵高速運(yùn)行工況,4 月份采用1 泵高速2 泵低速運(yùn)行替換原設(shè)計(jì)3 泵高速運(yùn)行工況,以減少廠用電耗[15]。

      圖6 #3機(jī)組2泵高速工況復(fù)合的泵特性曲線和系統(tǒng)阻力曲線Fig.6 Pump characteristic curve and system resistance curve of #3 unit two-pump high-speed working condition

      3 循環(huán)水泵增加低速功能改造經(jīng)濟(jì)性分析

      3.1 改造后廠用電節(jié)省量分析

      12 月~3 月冬季原先需要2 臺高速泵運(yùn)行滿足凝汽器真空度要求,改造后2 泵低速運(yùn)行即可滿足運(yùn)行要求;4 月份原系統(tǒng)需要3 泵高速并聯(lián)運(yùn)行,改造后1 泵高速2 泵低速運(yùn)行即可;其他月份省電空間較小,不考慮。以#3 機(jī)組為例,單臺機(jī)組高低速改造后12 ~3 月和4 月節(jié)省電量見表6 和表7。

      表5 #3機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)兩泵并聯(lián)工況各運(yùn)行方式工況點(diǎn)Table 5 #3 unit circulating water system two pump parallel working conditions operating mode point

      表7 循環(huán)水泵增加低速功能改造后單臺機(jī)組4月份節(jié)省電量Table 7 Electricity savings of single unit in April after low speed functional improvement of circulating pump

      表6 高低速改造后單臺機(jī)組12月~3月份節(jié)省電量Table 6 Power savings of single unit in 12-march after high and low speed revamping

      表9 改造后12月~4月份增加煤耗量Table 9 Increasing coal consumption in december-April after reformation

      表8 不同背壓機(jī)組熱耗變化Table 8 Changes in heat consumption of different back pressure units

      3.2 改造后增加煤耗量分析

      循環(huán)水泵增加低速功能改造后,12 月~3 月采用2 泵低速運(yùn)行替代原設(shè)計(jì)2 泵高速運(yùn)行,4 月份采用1 泵高速2泵低速替代原設(shè)計(jì)3 泵高速運(yùn)行工況。由于循環(huán)水流量減少,凝汽器背壓相應(yīng)升高,電廠的煤耗會(huì)相應(yīng)增加。

      根據(jù)安慶電廠熱機(jī)工藝設(shè)計(jì)資料,設(shè)計(jì)煤種單臺鍋爐小時(shí)燃煤量為373.76t/h(BMCR),改造后12 月~4 月份增加煤耗量估算見表9。

      3.3 改造后綜合經(jīng)濟(jì)性分析

      電價(jià)取0.35 元/KW·h,標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)取750 元/t,計(jì)算循環(huán)水泵增加低速功能改造后,1×1000MW 機(jī)組年收益見表10。

      表10 循環(huán)水泵增加低速功能改造后單臺機(jī)組年收益Table 10 Annual revenue of single unit after low speed functional improvement of circulating pump

      擬對每臺機(jī)組3 臺定速循環(huán)水泵中2 臺增加低速運(yùn)行功能,改造后冬季12 月~3 月份采用2 泵低速運(yùn)行,4 月份1 泵高速2 泵低速運(yùn)行。

      通過測算可得,單臺1×1000MW 機(jī)組年節(jié)約廠用電3223.14MW·h,電價(jià)取0.35 元/KW·h,年增加煤耗986.09t,煤價(jià)取750 元/t,測算改造后電廠單臺機(jī)組年效益68.77 萬元,2 臺機(jī)組年增加效益137.54 萬元,經(jīng)濟(jì)性十分可觀。

      4 結(jié)論

      本文對國家能源集團(tuán)某電廠每臺機(jī)組3 臺循環(huán)水泵中的2 臺循環(huán)水泵進(jìn)行改造分析,通過改造電機(jī)的極對數(shù)增加低速運(yùn)行功能,高速轉(zhuǎn)速為370RPM,低速轉(zhuǎn)速為330RPM。改造后循環(huán)水泵運(yùn)行可根據(jù)環(huán)境溫度和機(jī)組負(fù)荷靈活調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)手段豐富,在保證機(jī)組真空值前提下,通過調(diào)速減少循環(huán)水泵電耗,降低廠用電負(fù)荷[16],具有較大節(jié)能空間,節(jié)能效果十分明顯。

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