超超临界机组循环水泵运行优化研究

超超临界机组循环水泵运行优化研究

王湖

华电新疆五彩湾北一发电有限公司

摘要：在煤价上涨、电力需求增速放缓、新能源装机容量增加、污染物排放趋严的背景下，火电厂面临前所未有的挑战。作为火电厂的主要的辅机系统之一，循环水系统消耗的电量约占电厂总发电量的1%～1.5%，循环水系统运行优化是火电厂节能降耗的重要举措。如何保证循环水泵科学高效的运行在火电厂中显得尤为重要。目前我国大部分火发厂循环水系统的运行管理模式过于粗犷，针对循环水流量的操作仅仅只能通过运用不同的循环水泵来实现，要么使用定速泵，要么使用双速泵，无法实现循环水系统流量的线性调节。循环水系统运行管理过程中主要取决于操作人员的经验与水平，其局限性较大，相关依据并不完善，无法最大程度地发挥出循环水系统的经济性。基于此，通过对循环水系统运行优化进行研究，有利于火电厂节能降耗和提升经济效益。

关键词：超超临界机组；循环水泵；运行优化

循环水系统是火力发电厂的关键性辅助系统，为火力发电的工艺过程提供循环冷却水。循环过程中的工作效率决定着发电机组的发电效率，其中循环水泵是系统的核心。循环水泵与其他设施相互构建的整体运行设备对循环水系统是否能发挥出最优性能有着较大的关系。通过对现场调研得知，目前循环水泵在设计时的冗余量较大，导致设计量与实际工作量的偏差较大，没有充分发挥出循环水泵的工作效率。因此。通过对循环水泵与其他配套设施相互配合的优化设计问题进行研究，从而达到提升循环水控制系统优化的目的，在实际应用过程中更能确保机组运行的经济性、安全性、高效性。

1运行优化方法

汽轮机组在不同负荷、不同循环系统冷却循环水环境温度下，循环水泵的运行方式最佳，是配套机组的最佳真空泵。近年来，火电厂项目的科研机构和专业技术人员对循环水泵的运行和改进进行了更多的科学研究。

循环水泵运行优化方法分为“净出力法”和“煤化工经济发展价值法”。它集成了电网的关键生产调度方法。本文的科学研究选用“煤化工经济发展价值法”。

在循环系统冷却循环水入口环境温度和机组负荷一定的前提下，凝汽器工作压力随冷却水流量的变化而变化，并根据循环水泵的运行方式实现冷却水流量的调节。冷却水流量增加，凝汽器工作压力降低，机组热耗和煤耗降低，但循环水泵的电耗也增加。在不同的循环水泵运行方式下，降低机组煤耗所产生的社会经济效益与提高循环水泵电耗的运行成本不同。降低机组煤耗产生的经济效益与增加循环水泵电耗的运行成本之间的误差，是煤化工的经济发展价值。当煤化工经济发展价值较大时，循环水泵相应的运行方式是最佳的运行方式。此时，匹配的背压式汽轮发电机是最佳背压式（真空泵）。

2超超临界机组循环水泵运行优化策略

2.1优化原理

在火电厂机组一定负荷和外部环境约束下，改变循环水泵运行方式会改变循环冷却水流量，进而影响机组背压。增加循环水量可以降低机组背压，增加机组出力，但循环水泵的耗电量也会随之增加；减少循环水量会增加机组背压，降低循环水泵的电耗，同时也降低机组出力。循环水系统的优化运行是寻找最优的循环水泵运行方式，使整个系统处于最佳运行状态，从而提高火电厂的经济效益。因此，针对循环水系统运行的优化研究，本质上是寻找机组的最佳真空。一般情况下，机组增加的输出功率与循环水泵增加的电耗之间的差值视为净增加功率。当它们之间的差异达到最大值时，便达到了最佳真空。但现阶段火电厂并未采用变频控制方式，一般情况下很难通过改变循环泵的运行条件来控制循环水流量，连续控制循环水流量达到最佳循环水流量。

2.2循环水泵变频改造

在火电工厂的三台循环水泵改造前，其运行方式为两工一备，水泵电机的运行回路相对简单，通过操作台将转变开关与直流电接通，再利用高压空气开关使其与主回路接通，从而保障循环水泵稳定运行。

结合火电厂的实际情况，对循环水泵进行变频改造，将其运行模式改为一变一共一备模式。即在原有的主回路上加装智能高压变频装置，通过刀闸K1将10kV电源调节到高压变频装置，通过刀闸K2将变频装置的输出切换到电机位置。同时，10kV电源将通过刀闸K2切换为直接起动电机，确保变频与工频可以有序切换。一旦变频调速装置发生故障，操作人员可立即将输入侧10kV开关从刀闸K1上断开，确保电机以工频供电运行方式启动电机，刀闸K1和K2能够避免误操作，同时还具备闭锁功能。

2.3循环水泵优化控制系统的方案

循环水泵优化系统需要具备自动调节流量的功能，通过本地控制和远程控制的模式实现。本地模式为利用变频面板对机组的运行进行控制，远程控制则是通过控制室实现对机组的控制，其功能全面(具备转速、状态指示、电流等),足以应对火电厂运行的要求。对于两种模式的切换可以通过变频器操作面板上的按钮(loc代表本地控制、rem代表远程控制)进行操作。远程控制的模式下分为手动和自动两种方式，当变频器运行时需要人为控制转速时，则可切换为手动模式，以保证水泵的压力合适。当切换为自动模式时，控制系统将根据设定好的指令对循环水转速进行控制，调节出口压力和流量。此外，在运行时，工作人员利用大屏幕设定启动和停止变频器的手动操作模式，在大屏幕显示变频就绪、变频运行和变频故障的状态信号。

2.4汽轮机功率增量

降低凝汽器背压，提高汽轮机效率，可以使发电机产生更多的电力，汽轮机功率的增加与凝汽器背压和额定值的变化成正比，如下式所示:

ΔNT=1.2×103ΔPKN10（1）

式中：ΔNT为凝汽器背压变化引起的功率增量，kW；ΔP为凝汽器背压变化量，MPa;N10为汽轮机额定功率，kW;K为凝汽器背压变动时汽轮机功率变化率。

2.3凝汽器背压变量

通过循环水温度T的变化趋势，在保证相同条件的情况下，针对循环水系统三种不同的运行模式的水量，求得点（T,NT）中三种循环水运行模式下凝汽器背压的变化量ΔP。如下式所示：

ΔP=P2-P1（2）

式中：P为三种循环水运行模式下凝汽器背压增量，MPa;P1循环水泵倒换前的凝汽器背压，MPa;P2为循环水泵倒换后的凝汽器背压，MPa。

3循环水泵运行优化结果分析

根据循环水泵运行的回路原理，重新安排循环水泵的年发电量和水流量之间的关系。结合火电厂发电的实际工况，根据循环水泵的工作特点，调整循环水泵的水量，使提升功能损失和提升水量的主要参数达到平衡状态，以达到最佳运行结论。根据基本理论和技术，对凝汽器最佳真空泵和循环系统水流量最佳总流量的影响曲线进行了设计方案。

当循环系统的水流量为gw0时，当n较大时，发电能力将逐月增加Δn，Δn是曲线上的最大值点和最高值点；当循环系统的水流量增加到GW1时，发电能力的月环比增长仅为零。如果循环系统的水流量增加，则发电机组的发电能力逐月增长为负值。因此，根据二者的趋势图重新设计方案后，可以更有效地发挥发电量与水流量的相关比例，发挥循环水泵自动控制系统对机组的整体经济效益。

结论

在机组正常运行情况下，打开全凝汽器出水蝶阀，以减小水循环系统的摩擦阻力，扩大循环系统的水流。当海平面下降时，为了保证循环系统八达通管的工作压力，提高冷却循环水的流速，提高制冷的实际效果，可适当降低冷凝器的出水蝶阀。根据循环水泵运行和提升的基本原理，完成了汽轮机组循环水泵的运行优化分析，确定了循环水泵在不同机组负荷和循环系统冷却循环水环境温度下的最佳运行方式。

参考文献：

[1]叶学民,聂小棋,王健行，等.某AP1000核电站循环水泵选型和配置分析[J].机电工程技术,2019,46(04):146-148.

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