330_MW热电厂循环水泵运行方式的经济型分析_汪勇华.pdf

2023 1期 热电厂循环水泵运行方式的经济型分析汪勇华（四方继保（武汉）软件有限公司，湖北 武汉 ）摘要：目前国内仍有大部分火电厂循环水系统的调节都是采用台数调节。当凝汽器真空变化或外界气候条件改变时，运行人员凭自己的经验来启停循环水泵。但受运行人员自身水平的限制，有时候并非处于经济区运行。为此，对吉林某电厂循环冷却水系统进行分析，通过理论计算并结合电科院提供的试验数据，给出了不同负荷、不同循环水初温下启停水泵的建议。试验结果表明，循环水泵处于经济区运行时，能达到很好的节能效果。关键词：火电厂；循环冷却水系统；经济运行；节能中图分类号：（），）：，：；收稿日期：作者简介：汪勇华（），硕士研究生，研究方向为电站 控制系统仿真分析。引言凝汽器真空主要受机组负荷、循环冷却水初温、循环冷却水流量、真空严密性、凝汽器铜管脏污等因素的影响。在机组负荷稳定、真空严密性正常的条件下，冷却水初温及凝汽器铜管脏污等因素都不能人为调节，运行人员只能通过调节循环水流量来改善真空。目前，国内火电厂的循环水泵大致有恒速泵、双速泵、动叶可调泵及变频泵，但使用得最多的还是恒速泵，其循环水量的调节方式采用台数调节，即通过开启或停止循环水泵来增加或减少循环水量，这种调节方式受人为因素的影响较大，有时机组并非处于经济运行。本文结合吉林某电厂 机组实际运行情况，通过理论计算并参考吉林电科院提供的试验数据，给出了不同循环水初温、不同负荷下的循环水泵组合方式。循环水系统优化准则及原理目前，循环水系统的优化准则大概有基于最佳真空的汽轮机净增功率最大法、考虑节水因素及冷却水价格后的最大收益法和综合成本煤耗率法。此三种方法虽然目标值不一样，但其遵循的基本原理大体一致，都是出于节约成本、提高经济效益考虑。现采用第一种方法对吉林某电厂的循环水系统进行优化，即当循环水量增加时，真空度也会相应提高，汽轮机出力增加，应使汽轮机功率增量大于循环水泵功率增量；当循环水量减少时，应使汽 轮 机 功 率 减 少 量小 于 循 环 水 泵 功 率 减 少量。循环水系统优化相关计算根据以上分析可知循环水系统的优化涉及循环水泵、凝汽器和汽轮机三个子系统，现对其特性进行如下分析。发电厂电工技术中国电工网 循环水泵特性分析与计算吉林某电厂一机配两台循环水泵，每台机组运行时必须保证至少有一台循环水泵为其供水，故循环水泵的组合方式有种：一台低速运行，一台高速运行，一高一低运行，两台高速运行。根据吉林省电力科学研究院为该电厂机组做试验时提供的数据可知：一台泵低速运行时（循环水泵低速运行），循环水泵电机电流为 ，循环水流量为 ；一台泵高速运行，循环水泵高速运行时，循环水泵电机电流为 ，循环水流量为 ，循环水泵高速运行时，循环水泵电机电流为 ，循环水流量为 ；一高一低两台泵运行（高速运行，低速运行）时，高速泵电机电流为 ，低速泵电机电流为 ，循 环 水 量 为 ；两台泵高速运行时（、循环水泵都高速运行），循环水泵高速电流为 ，循环水泵高速电流为 ，循环水流量为 。循环水泵实际运行中，考虑到启停损失，一般选择把循环水泵直接从低速运行切换为高速运行状态，故本文中循环水优化时不考虑循环水泵高速单独运行时的情况。循环水泵电机额定电压为 ，正常工作时保持不变，由此可计算出循环水泵不同组合方式间切换时循环水泵功率增量：由一台低速泵切换为一台高速泵运行时，循环水泵功率增量为 ；由一台高速泵切换成一高一低两台循环水泵运行时的循泵功率增量为 ；由一高一低切换成两台泵都高速运行时的循泵功率增量为 。凝汽器特性分析与计算一般汽轮机厂家都会给电厂提供凝汽器特性线（如图所示），参照此曲线，运行人员可以查得当前功率下的机组背压。但提供的凝汽器的特性曲线只考虑了机组在设计工况运行时的情况，对于非设计工况，还需通过计算来得到凝汽器内的实际压力。图 1 330 MW 汽轮机凝汽器特性曲线背压/MPa(a)凝汽器背压的计算公式为：.（）.（）.（）（）式中，为循环水初温，；，为凝结 蒸汽所放出的热量，；为凝结 蒸汽所消耗的冷却水量，称之为冷却倍率；为循环冷却水流量，；为进入凝汽器的排汽量，；为与凝汽器工作状况相关的系数，一般取；为凝汽器冷却面积，；为汽轮机低压缸排汽温度，。结合 机组凝汽器的技术特性，根据式（）、式（）可计算出不同循环水泵组合方式下，机组分别在 、典 型 工 况 下 运行，循环冷却水初温分别为、时的背压。汽轮机特性分析与计算汽轮机出力主要受主蒸汽温度、主蒸汽压力、主蒸汽流量及机组背压的影响，故汽轮机的特性可以表示为：（，）（）式中，为主蒸汽温度，；为主蒸汽压力，；为主蒸汽流量，；为汽轮机排汽背压，。由式（）可知在某一稳定负荷下，汽轮机出力仅受汽轮机背压影响。吉林某电厂是 年底投入运行的机组，其汽轮机组型式为单轴、双缸、双排汽、抽凝式机组，机组运行至今通流部分未经过改造。汽轮机制造厂家提供的机组背压对功率的修正曲线是根据末级变工况逐级计算并拟合出来的，理论上具有较高的精度，因此本文根据该厂提供的机组背压对功率的修正曲线来确定汽轮机的功率。不同环境温度、不同工况下，当从一台低速泵切换为一台高速泵运行（即循环水量由 增至 ）、一台高速泵切换为一低一高两台泵运行（即循环水量由 增至 ）、一低一高两台泵切换成两台高速泵运行（即循环水量由 增至 ）时，汽轮机功率增量计算结果分别见表。表 循环水量由 增至 时汽轮机功率增量循环水初温功率增量 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 电工技术发电厂2023 1期表循环水量由 增至 时汽轮机功率增量循环水初温功率增量 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 表循环水量由 增至 时汽轮机功率增量循环水初温功率增量 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 额定工况 根据表绘制汽轮机功率增量及相应的循环水泵功率增量，如图所示。图 2 循环水量由 14000 t/h 增至 19000 t/h 时各功率的增量汽机功率增量、循泵耗功增量/kW2.521.510.50104机组负荷/MW50100150200250300350由图可看出，当循环水泵运行方式从一台低速泵切换成一台高速泵运行时，循环水泵功耗增量为 ，该水平线只与 ，时的曲线有交点，此交点值代表汽轮机功率的增量与循环水泵功耗增量相等。根据拟合出的曲线和循泵功率增量的数值，即可解出交点的坐标，交点的计算结果见表。表交点的计算结果环境温度 机组负荷 同理可解出从一台高速泵切换为一低一高两台泵运行和从一低一高两台泵切换为两台高速泵运行时的交点坐标，分别见表、表。表交点的计算结果环境温度 机组负荷 表交点的计算结果环境温度 机组负荷 已知不同循环水泵运行方式下，汽轮机功率增量与循环水泵功耗增量的交点后，把所得的交点用 进行二次拟合如图所示。图 3 不同循环水泵组合方式的经济区域机组负荷/MW350300250200150100环境温度/1012141618202224262830从图中可看出，三条曲线把图分成了四个区域，分别代表不同循环水泵组合方式下的经济运行区，如区域是开一台低速泵的经济运行区，其意义为在某一负荷、某一环境温度下，循环水泵运行方式从一台低速泵切换为一台高速泵运行时，循泵的功耗增量将大于汽轮机增加的出力，故在该工况和环境下，保持一台低速泵运行是合理经济的，其他情况以此类推。结语本文虽然是针对吉林某个电厂做了相应分析得出的循环水泵经济运行区，但方法具有通用性，只要电厂循环水供水采用一机配两泵且两泵带高低速运行的方式，都可用此方法计算出其组合方式的经济运行区。如果将此方法嵌入 自身的逻辑组态里，就只需要从 系统中采集相关的数据，根据环境温度、机组负荷等参数的变化，实时计算循环水泵经济运行区，并以此为依据给循环水泵发送启停指令或高低速切换指令，这必将更好地提高电厂的自动化程度。此外，本文的循环水系统运行方式的优化中只涉及了机组正常运行工况下循环水流量、循环水初温和机组负荷改变时的情况，而未考虑凝汽器自身缺陷导致的凝汽器低真空运行状态。参考文献 凝汽器与真空系统运行维护导则 胡洪华，黄廷辉，艾卫国，等 大型火电机组运行优化目标值（下转第 页）发电厂电工技术中国电工网（）核实控制站 卡件输出状态，要符合现场设备的逻辑关系，检查是否和下装前一致，有变化的做好记录，并联系运行人员操作相关设备，把输出状态调整到和下装前一致。（）恢复控制站 卡件预置电缆。（）将该控制站设备切至“远方”控制，并操作相关设备正常运行。升级过程中存在的问题及改进措施 参数回读失败试验阶段，进行汽轮机喷油试验时打开隔离电磁阀指令发出后，机构未动作到隔离位。检查发现喷油试验顺控逻辑中，隔离电磁阀动作指令的脉冲控制器“参数回读”选项未勾选，因此不能读取升级前的在线参数，导致时间初始值为，脉冲控制器无效，隔离电磁阀不动作，试验失败。出现这种情况首先是电厂热控人员在逻辑组态时不严谨，未按照规范要求，对脉冲控制器勾选“参数回读”选项，因此建议电厂方加强管理，严格控制系统逻辑组态修改后的验收工作。其次 厂 商 对 用 户 设 置 该 选 项 权限，不仅对检修维护帮助不大，而且容易因用户操作失误而增加风险，存在一定的安全隐患，因此建议 厂商在今后软件中默认参数对齐，不再由用户进行选择。网络级联方式不合理进行冗余配置的交换机的通信网络测试，依次切断冗余配置网络交换机中的一台电源。在断开 交换机电源时，发现 控制站、操作员站 网处于离线状态。检查发现 网台交换机 、通过线性级联方式连接，离线的设备连接在 、交换机上，在 交换机断电后就会影响 交换机的数据通信，在 交换机恢复供电后，网数据传输正常。后将连接方式改为可双向传输的环状级联，即使环中的某条链路断开，数据也可通过反向传输路径进行传输，提高了信号传输的可靠性。结语本次 软件升级改造解决了升级后的遗留问题，升级后运行稳定，达到了预期效果。由于在改造中有设备运行，因此更需强化过程管理，在升级前充分做好风险评估和危险点预控措施，在升级中严格按照措施、方案步骤进行作业，升级后按照标准进行试验，做到尽早发现故障并及时处理。参考文献 陈胜利，刘冰，张兴，等分散控制系统改造现状及展望自动化仪表，（）：牛海明，张洪敏国产分散控制系统的可靠性实现技术中国电力，（）：火力发电厂热工控制系统设计技术规定 汪志华，王智，赵瑞娥关于火电厂 控制系统升级的探讨能源与节能，（）：火力发电厂分散控制系统验收导则（上接第 页）的研究和确定中国电力，（）：李勇，董玉亮，曹祖庆考虑节水因素的凝汽器最佳真空的确定方法 动力工程，（）：陈国年发电厂冷端系统最优运行方式的研究汽轮机技术，（）：董丽娟，张润盘，张春发循环水泵的优化调度电力科学与工程，（）：电工技术发电厂