電廠循環(huán)泵選型配置的經(jīng)濟(jì)性分析

董軍飛

摘要：在火力發(fā)電廠的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，循環(huán)泵的用電量占整個電廠用電量的比例很大，因此是衡量電廠經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一。文章通過剖析國內(nèi)某發(fā)電廠循環(huán)泵技術(shù)改進(jìn)的全過程，探討如何根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)合理選擇循環(huán)泵。通過分析所在地區(qū)不同季節(jié)水溫變化的情況，對循環(huán)泵的工況進(jìn)行調(diào)整，選擇最有效的循環(huán)水泵配置臺數(shù)，以求獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：循環(huán)泵；選型配置；冷卻倍率；經(jīng)濟(jì)性分析

中圖分類號：TK264.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）04-0066-03

0 引言

循環(huán)泵是發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它就像人的心臟一樣不斷工作以帶動整個循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行。循環(huán)泵的主要作用是向汽輪機(jī)凝汽器提供冷卻水，同時還給各個廠用輔助設(shè)備提供軸承冷卻水或其他冷卻水。整個循環(huán)水系統(tǒng)流程如下：循環(huán)泵將溫度較高的水送至涼水塔降溫，再將這些涼水送至需要冷卻的設(shè)備，形成一個完整的水循環(huán)。國內(nèi)發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)大都采用此方式運(yùn)行，并且循環(huán)泵一般采用低揚(yáng)程泵［1］。循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析通用性較強(qiáng)，本文采用國內(nèi)某發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過介紹該發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)的改進(jìn)過程及方案選擇，對其安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析、優(yōu)化，可為類似系統(tǒng)的運(yùn)營提供一定參考。

1 設(shè)備配置概況

1.1 循環(huán)泵主要技術(shù)參數(shù)和工況介紹

國內(nèi)某發(fā)電廠共3臺汽輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為27 MW。其中，1號、2號汽輪發(fā)電機(jī)組為N12－35－1型凝汽式機(jī)組，功率為12 MW。3號機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組為羅馬尼亞AP3－1型凝汽式機(jī)組，功率為3 MW。機(jī)組冷卻方式采用一次循環(huán)供水模式，循環(huán)泵房裝有3臺長沙水泵廠生產(chǎn)的24SA-10A循環(huán)泵。該循環(huán)泵的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 循環(huán)泵配置方式分析

各個季節(jié)和不同生產(chǎn)負(fù)荷下的循環(huán)水泵配置情況見表2。

經(jīng)過多年對機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)表2所采取的循環(huán)泵數(shù)量配置存在2個問題。

（1）該發(fā)電廠坐落在國內(nèi)中部偏西南地區(qū)，該地區(qū)夏季和秋季炎熱，5～10月份的循環(huán)水溫度為17～28 ℃，當(dāng)2臺循環(huán)泵供水時，按設(shè)計流量每臺2 700 t/h計算，冷卻水量僅能滿足1號和2號機(jī)組同時正常運(yùn)行，當(dāng)并入3號機(jī)運(yùn)行后，冷卻水量明顯不足，凝結(jié)器真空處于較低狀態(tài)，汽耗隨之增大。因此，若要維持3臺機(jī)組正常運(yùn)行，需要同時投運(yùn)3臺循環(huán)泵，而這種配置方式又會使循環(huán)水總流量存在較大富裕量，導(dǎo)致發(fā)電廠用電率升高，并且因缺少備用循環(huán)泵而導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行可靠性降低。

（2）在1月、2月、3月、4月、11月、12月份，循環(huán)水溫度在15 ℃以下，這時候3臺機(jī)組配置2臺循環(huán)泵的運(yùn)行方式就可以提供所需的冷卻水用量，而當(dāng)只運(yùn)行1號和2號機(jī)組時，2臺循環(huán)水泵的配置又有較大的富裕量，若調(diào)整管道節(jié)流調(diào)節(jié)閥來改變循環(huán)水泵流量，又會造成因節(jié)流而損耗功率。針對以上情況，該發(fā)電廠做了一項(xiàng)負(fù)荷試驗(yàn)，在試驗(yàn)中只啟用1臺循環(huán)泵和2臺12 MW的機(jī)組，在確保相同氣候條件和維持凝結(jié)器真空不變的前提下，保證單臺循環(huán)泵處于額定負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，可滿足2臺12 MW機(jī)組的帶負(fù)荷達(dá)到10 MW左右，這項(xiàng)試驗(yàn)為之后增設(shè)的小功率循環(huán)泵的選型提供了參考依據(jù)。

由此可見，該發(fā)電廠配置3臺循環(huán)泵的運(yùn)行模式不能滿足實(shí)際需求，且存在較大安全隱患。對此，該發(fā)電廠經(jīng)過多次論證后，提出進(jìn)行技術(shù)改造，增加1臺循環(huán)泵即4號循環(huán)泵。

2 循環(huán)泵改造方案及選型配置

發(fā)電廠為了彌補(bǔ)不同季節(jié)、不同負(fù)荷條件下機(jī)組現(xiàn)行循環(huán)泵配置方式的不足，通過場地勘測、投資估算等方面的論證，最終決定采用增設(shè)小功率循環(huán)泵的辦法，在保證機(jī)組運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，通過對循環(huán)水泵啟動數(shù)量進(jìn)行實(shí)時搭配控制達(dá)到冷卻水量滿足機(jī)組負(fù)荷的要求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.1 凝結(jié)器冷卻倍率的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)厮谋O(jiān)測站提供的歷年各月份平均水溫（見表3）統(tǒng)計可知：每年1月、2月、3月、4月、11月、12月份的最高水溫在15℃以下，而5—10月份水溫在17～28 ℃之間，結(jié)合該發(fā)電廠冷凝器冷卻倍率歷年經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和機(jī)組歷年運(yùn)行情況，該發(fā)電廠機(jī)組冷卻倍率的選擇如下：夏季和秋季的冷卻倍率取值為56，春季和冬季的冷卻倍率取值為43。

2.2 電廠四季用水情況調(diào)查

由于近年來該廠對化學(xué)水處理用水、鍋爐沖灰水及部分輔機(jī)冷卻用水等系統(tǒng)進(jìn)行了改造，取水點(diǎn)由原來從凝結(jié)器進(jìn)水母管上抽取改為由凝結(jié)器出口供給，從而減少了部分用水量。春季和冬季循環(huán)水溫度較低，各個用水的輔機(jī)冷卻水量可適當(dāng)減少，春季和冬季的機(jī)組用水量見表4。夏季和秋季循環(huán)水溫度較高，造成各個輔機(jī)冷卻水用水量增大，夏季和秋季的機(jī)組用水量見表5。

2.3 不同運(yùn)行方式下機(jī)組的用水量

由表4和表5可以確定該發(fā)電廠3臺機(jī)組在各種運(yùn)行方式下的總循環(huán)水用水量如下。

（1）3臺機(jī)組同時運(yùn)行：春冬季用水量約為4 782 t/h；夏秋季用水量約為6 266 t/h。

（2）2臺（12 MW）機(jī)組運(yùn)行：春冬季用水量約為4 036 t/h；夏秋季用水量約為5 288 t/h。

（3）單臺（12 MV）機(jī)組運(yùn)行：春冬季用水量約為2 018 t/h；夏秋季用水量約為2 644 t/h。

2.4 新增循環(huán)泵的流量確定

機(jī)組在不同運(yùn)行方式下的用水量表明：現(xiàn)行的循環(huán)水泵配置方式（見表2）中的6種運(yùn)行方式只有2種無法達(dá)到機(jī)組運(yùn)行需求，即春季和冬季的2機(jī)運(yùn)行、夏季和秋季的3機(jī)運(yùn)行，這兩種方式的配置極不合理。

（1）春季和冬季的2泵3機(jī)配置中，2機(jī)運(yùn)行所需水量為4 036 t/h，而2臺循環(huán)泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，富裕水量＝2×2 700-4 064=1 364 t/h，若只運(yùn)行1臺循環(huán)水泵，又會造成冷卻水量不夠，缺水量＝4 036-2 700＝1 336 t/h。

（2）夏季和秋季的2泵3機(jī)配置中，3機(jī)所需水量為6 266 t/h，而2臺循環(huán)泵（24SA－10A型）所提供的流量為2×2 700 t/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所需的冷卻水量6 266 t/h，缺水量＝6 266-2×2 700＝866 t/h；若采用3機(jī)3泵配置，雖可滿足用水量的需要，但又存在耗電率偏高（占發(fā)電量的4%左右）和機(jī)組運(yùn)行安全性降低（缺少備用泵）的問題。

綜上分析，新增的4號循環(huán)水泵流量選取應(yīng)保證能結(jié)合不同的外部條件，靈活有效地對循環(huán)水量進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)各種運(yùn)行方式下用水量的需求。因此，水泵的流量取春季和冬季1泵2機(jī)運(yùn)行時的缺水量1 336 t/h作為選泵依據(jù)。

2.5 新增循環(huán)泵的選型

新增循環(huán)泵的選型，必須考慮該發(fā)電廠現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)際情況。該發(fā)電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)和1號排粉機(jī)無備用電動機(jī)，為了能在緊急情況下實(shí)現(xiàn)電動機(jī)相互備用及相互調(diào)換，提高運(yùn)行安全性，取引風(fēng)機(jī)和1號排粉機(jī)的匹配功率220 kW作為新設(shè)循環(huán)水泵的電機(jī)功率。

為了能同時滿足原系統(tǒng)并聯(lián)水泵揚(yáng)程相同特性和缺水量的要求，新增循環(huán)泵的楊程H=39 m左右；對應(yīng)的新循環(huán)泵流量Q＝1.07×Qmax＝1.07×1 336 t/h≈1 429 t/h（其中，為考慮管道特性的流量的損失，取損失系數(shù)為1.07［2］）。

根據(jù)現(xiàn)有循環(huán)泵的現(xiàn)場實(shí)測，僅在1號和2號循環(huán)泵之間有3.0 m×2.4 m的安裝場地，因此新的循環(huán)泵外形尺寸必須符合此場地條件。

綜上，新增設(shè)的4號循環(huán)泵最后確定型號為長沙水泵廠生產(chǎn)的350S44型水平中開式清水泵，其額定流量為1 260 m3/h，揚(yáng)程為44 m，軸功率為177.6 kW，滿足使用需求。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

該發(fā)電廠實(shí)施4號循環(huán)泵技改項(xiàng)目后，一共有4臺循環(huán)泵，1號、2號、3號循環(huán)泵的流量為2 700 m3/h（以下簡稱大循環(huán)泵），4號循環(huán)泵的流量為1 260 m3/h，需要重新改進(jìn)機(jī)組在各運(yùn)行方式下循環(huán)泵的配置方式（見表6）。

以上6種運(yùn)行方式中只有春季和冬季的2機(jī)運(yùn)行、夏季和秋季的3機(jī)運(yùn)行這2種方式的配置在技改前后變化較大。由于3號機(jī)組全年的利用時間較短，因此對夏季和秋季的3機(jī)運(yùn)行方式不做經(jīng)濟(jì)性分析［3］，只對春季和冬季2機(jī)運(yùn)行（2×12 MW）時采用的不同循環(huán)泵配置方式進(jìn)行技改前后的經(jīng)濟(jì)性比較，對比情況見表7。

根據(jù)表7數(shù)據(jù)可知，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷及其他運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，2臺大循環(huán)泵供水配置方式的功耗為638 kW，1臺大循環(huán)泵和4號循環(huán)泵供水配置方式的功耗為497 kW。由此可知：每小時節(jié)省的電量＝638-497＝141 kW·h。若按燃煤發(fā)電機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價0.351 5元/kW·h的電價進(jìn)行計算，每年可獲得經(jīng)濟(jì)收益＝每月節(jié)約電量×年運(yùn)行月數(shù)×電價＝141 kW·h×24 h×30 d×6月×0.351 5元/kW·h≈21.41萬元。

排除凝結(jié)器處于極限真空的特殊運(yùn)行狀態(tài)，保守估計每年節(jié)能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)收益在20萬元左右。

4 結(jié)論

循環(huán)泵技改之后的試運(yùn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，發(fā)電廠用電率下降了0.6%，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。此結(jié)果為本研究的經(jīng)濟(jì)性比較提供了事實(shí)支撐，因此可以得出如下結(jié)論：在不同季節(jié)不同運(yùn)行方式下進(jìn)行循環(huán)泵配置的選擇時，必須遵循機(jī)組運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性原則；在同一時期同一運(yùn)行方式下，當(dāng)循環(huán)泵配置不變時，應(yīng)針對負(fù)荷、冷卻水溫、河床水位等多變因素及時調(diào)整冷卻水量，以確保經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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