300MW機組循環(huán)水泵節(jié)能優(yōu)化運行

李建韋+李平

摘 要：在我國，火力發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，傳統(tǒng)的火電機組在節(jié)能方面潛力十分巨大，因此提高火電機組運行的經(jīng)濟(jì)性是實現(xiàn)我國節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段。本文以某廠300MW亞臨界機組為研究對象，闡述了循環(huán)水系統(tǒng)管路特性及循環(huán)水泵特性、單背壓凝汽器特性等通用的基礎(chǔ)理論，并通過程序計算得出了不同環(huán)境下的循環(huán)水泵最優(yōu)運行方式，實現(xiàn)了機組的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：火電機組；循環(huán)水泵；節(jié)能；優(yōu)化

在電廠中，循環(huán)水泵是重要的輔機之一，也是耗電量較大的輔機之一，它消耗的電能約占廠總發(fā)電量的1%-1.5%。同時循環(huán)水泵的運行方式對凝汽器真空和汽輪機出力也有很大的影響。所以，在一定條件下合理確定循環(huán)水泵的運行臺數(shù)即實現(xiàn)循環(huán)水泵的最優(yōu)運行，是提高電廠運行經(jīng)濟(jì)性的重要措施，對電廠節(jié)能具有現(xiàn)實意義。目前國內(nèi)電廠多是采用定速或雙速循環(huán)水泵，通過改變循壞水泵的組合方式來調(diào)節(jié)循環(huán)水流量。循環(huán)水泵投入臺數(shù)增多，循環(huán)水流量就會增大，凝汽器壓力就會降低，從而增加汽輪機功率，但同時會引起循環(huán)水泵耗功率增大，增加廠用電率。根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)性最佳的原則，當(dāng)汽輪機增加的功率與循環(huán)水泵消耗的功率兩者之間差值最大時，對應(yīng)的循環(huán)水泵運行方式最優(yōu)。在滿足機組正常運行的前提下，根據(jù)外界環(huán)境變化調(diào)配循環(huán)水泵運行臺數(shù)，從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，使機組運行的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，這就是本文擬研究的主要內(nèi)容。

一、循環(huán)水泵運行特性

（一）循環(huán)水泵

循環(huán)水泵向凝汽器提供冷卻水，用以凝結(jié)汽輪機排汽，保持凝汽器真空。如果失去循環(huán)水，凝汽器將失去冷源，機組將不能運行，所以，循環(huán)水泵可以說是汽輪發(fā)電機組最重要的輔機之一。循環(huán)水泵的工作特點是流量大、揚程低，這是因為每凝結(jié)1kg排汽約需冷卻水50-80kg[1]、循環(huán)水泵所提供的能量，主要用克服冷卻水在系統(tǒng)內(nèi)流動時的阻力以及由于水源與熱井水面高度不同所引起的勢能。循環(huán)水泵通常存在著并聯(lián)運行的工況，因為當(dāng)機組運行狀況發(fā)生變化（如負(fù)荷、水溫變化）時，循環(huán)水泵的輸出流量也會有很大變化?？紤]到泵的揚程可能受到冷卻水管堵塞等原因的影響，要求循環(huán)水泵的揚程-流量曲線為陸降型。發(fā)電廠的大型循環(huán)水泵一般都采用軸流泵的形式。

（二）循環(huán)水泵的基本性能參數(shù)

循環(huán)水泵的基本性能參數(shù)主要包括：流量Q、揚程H、效率n、功率N、轉(zhuǎn)速n、汽蝕余量NPSH等。

水泵的流量又稱為輸水量，是指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道的有效截面的流體量，也稱瞬時流量。以體積表示時稱為體積流量QV（m3/s），以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量Qm（kg3/s），兩者有如下關(guān)系

Qm= pgQv

其中，P為流體密度，g為重力加速度。

揚程為單位重量液體流經(jīng)粟后獲得的有效能量，是菜的重要參數(shù)之一又稱壓頭。揚程可表示為流體的壓力能頭、動能頭和位能頭的增加，即

上式中H為揚程（m），P1、P2分別為泵進(jìn)口、出口處的壓強（Pa），V1、V2分別為流體在泵進(jìn)出口處的流速（m/s），Z1、Z2為進(jìn)出口高度（m），為液體密度（kg/m3）， g為重力加速度（m/s2）。

水泵的功率分為軸功率N和有效功率Ne。軸功率是水泵軸從動力機處獲得的總能量增量，通俗地講，就是電機輸給水泵的功率。有效功率指流體流經(jīng)機器后每單位時間獲得的能量

Ne= pgQvH

有效功率Ne與軸功率N之比就是栗的效率n。

轉(zhuǎn)速是指水泵軸或葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。轉(zhuǎn)速與其他性能參數(shù)有著密切的關(guān)系，一定的轉(zhuǎn)速，對應(yīng)一定的流量、揚程和軸功率。轉(zhuǎn)速改變，將引起其他參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化。與水泵配套的動力機械，不僅在功率上要滿足水泵運行的工況要求，在轉(zhuǎn)速上也要與水泵的轉(zhuǎn)速相一致。汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。吸程為必需汽蝕余量，即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度。泵的性能曲線是在一定轉(zhuǎn)速下水泵的揚程、軸功率、效率與流量之間的關(guān)系曲線。通常研究的是H-Q、N-Q和η-Q關(guān)系曲線，橫坐標(biāo)為Q，其他參數(shù)為縱坐標(biāo)。般都是通過試驗的方法來確定泵的性能曲線。

（三）循環(huán)水入口溫度tw1

循環(huán)水入口溫度與環(huán)境溫度和循環(huán)水系統(tǒng)的供水方式有關(guān)。若循環(huán)水系統(tǒng)為開式水系統(tǒng)，其供水來自天然水源，則循環(huán)水入口溫度等于外界環(huán)境溫度中的循環(huán)水的溫度。若循環(huán)水系統(tǒng)為閉式水系統(tǒng)，其供水來自于冷卻塔，則循環(huán)水入口溫度不僅與外界環(huán)境有關(guān)，還與冷卻塔的冷卻效果有關(guān)。

（四）循環(huán)水溫升?t

循環(huán)水溫升就是循環(huán)水出口溫度tw2與循環(huán)水入口溫度tw1之差。在凝汽器中，蒸汽的放熱量可表示為：

Q1=DC（hc-hc） （2-4）

式中， DC為汽輪機低壓缸排汽量；hc為低壓紅排汽焓， hc為凝結(jié)水焓。循環(huán)水的吸熱量為：

Q2=DW（hw2-hw1）=DwCp（tw2-tw1） （2-5）

式中， DW為循環(huán)水流量， hw2為循環(huán)水出口水焓， hw1為循環(huán)水入口水焓， Cp為水的定壓比熱容，一般取為4.187kJ/（kg. ℃）。

蒸汽與循環(huán)水之間的換熱遵循能量守恒定律，根據(jù)能量守恒，有Q1 = Q2，即：

根據(jù)式（2-6）可以得出循環(huán)水溫升的計算公式：

對于凝汽式汽輪機，墻差在數(shù)值上變化不大，大約是2180kJ/kg，可直接用于式（2-7）的計算。由（2-7）可以看出，循環(huán)水溫升主要與循環(huán)水流量和低壓紅排氣量有關(guān)。

二、結(jié)論

隨著全社會節(jié)能環(huán)保意識的不斷提高，電力行業(yè)所面臨的節(jié)能減排任務(wù)越來越嚴(yán)峻，作為在電力行業(yè)中占據(jù)主要地位的火電行業(yè)，其節(jié)能減排任務(wù)更是突出。另一方面，傳統(tǒng)的火電機組節(jié)能減排潛力巨大，這就為對火電廠的節(jié)能減排研究提供了非常大的可能性及研究空間。循環(huán)水泵是火電機組的重要輔助設(shè)備，同時也是火電廠耗電最多的設(shè)備之一，因此研究循環(huán)水泵的優(yōu)化運行，電廠節(jié)能優(yōu)化任務(wù)的一項重要工作，具有現(xiàn)實意義。本文立足于對循環(huán)水泵的優(yōu)化運行方案進(jìn)行設(shè)計探討。循環(huán)水泵的優(yōu)化運行方案提出后，解決了原來循環(huán)水泵運行方式無精確理論依據(jù)的情況，可以實現(xiàn)循環(huán)水泵運行的精細(xì)化管理。由此可以看出，本文的研究內(nèi)容具有重要的實用價值。本文通過對循環(huán)水泵及循環(huán)水泵運行特性、凝汽器特性、進(jìn)行分析，得出了循環(huán)水泵耗功與汽輪機功率增量之間的平衡關(guān)系的計算方法，獲得了不同環(huán)境下最佳的循環(huán)水泵運行方式組合，給運行人員的運行操作提供了可靠準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢希東.大型定速循環(huán)水泵在濕冷火電機組上的節(jié)能優(yōu)化.水泵技術(shù)，2011（4）：45-48.

[2]劉吉臻，王瑋，曾德良，等.火電機組定速循環(huán)水泵的全工況運行優(yōu)化.動力工程學(xué)報，2011，31（9）：682-688.

[3]楊勤，董建強，周雪元.3種確定循環(huán)水泵最佳組合方式的方法.熱力發(fā)電，2007（6）：87-88.

[4]李敬，魏運剛.循環(huán)水泵的節(jié)能改造理論與應(yīng)用.東北電力技術(shù)，2005（7）：47-49.