300 MW机组循环水泵扩容改造及其经济性分析

吴稼祥，唐之浪

(1.大唐石门发电有限责任公司，湖南石门415300;2.常德财经学校，湖南常德415101)

大唐石门发电有限责任公司2台300 MW机组，分别于1995年12月及1996年9月投产。该机组配套哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的N-17000-1型、单背压、单壳体、双流程、表面式凝汽器。凝汽器冷却水采用直流供水方式，冷却水源为河水，设计冷却水流量35 307 m3/h(水温20℃时)。每台机组配套2台长沙水泵厂生产的64LKXA-31型循环水泵，额定流量20 016 m3/h;额定扬程30.5 m;额定效率85.5%。循环水泵配套电机额定功率2 200 kW。#1，#2循环水泵共用1根循环水母管，#3，#4循环水泵共用另1根循环水母管，中间设计联络门。循环水系统设计运行方式是:夏季一机两泵或两机三泵运行、联络门开启;冬季一机一泵或两机两泵运行、联络门开启。由于该机4台循环水泵在最初设计的时候水力模型没有达到最优状态，加之流道加工比较粗糙，投入生产后，循泵流量、效率偏低，设备的整体经济性较差。因此，2009年、2010年该公司分别对#2，#3循环水泵进行扩容改造。

1 改造前存在的问题

1.1 循泵运行流量、效率偏低。改造前额定扬程下，循泵流量18 500 m3/h，效率仅有72% ～73%。流量较额定流量偏低1 500 m3/h，效率较额定值偏低12%～13%。导致循环水泵流量与效率偏低的主要原因是64LKXA-31型循环水泵自身水力模型不够先进、制造工艺质量较差、运行后叶轮间隙增大等。

1.2 循环水泵设计流量偏小导致运行方式不合理，全年厂用电率较同类型机组偏高，机组在夏季运行时真空偏低，给机组运行安全性及经济性均带来不利影响。因循泵流量偏低，加之凝汽器经过长周期的运行后，铜管结垢，传热效率降低，部分铜管因为泄漏封堵，使得凝汽器传热面积减少等多方面的原因，导致循环水温一旦达到25℃左右，在循环水泵的优化调度上就陷入了两难境地:1台机组较高负荷运行时，如果2台循泵运行，凝汽器冷却水量偏多，凝汽器过冷;如果1台循泵运行，凝汽器冷却水量又不足，凝汽器真空偏低。尤其是夏季极端状态 (冷却水温32℃)，即使维持两机四泵运行，循环水流量仍然不能满足需要，凝汽器排汽背压可以达到16 kPa以上，如同时凝汽器清洁系数较低，则必须限负荷运行。

2 改造范围

扩容改造主要范围是:保持基础不动，电机不做变动。更换了长沙水泵厂按最新水力模型设计的吸入喇叭口、外接管 (下)、叶轮室、叶轮、导叶体各1件。利用循泵大修时间完成改造工作，施工工期20 d。

3 改造前后循环水泵运行参数对比

本次改造前后，由大唐石门发电有限责任公司、西安热工研究院、湖南省电力科学研究院分别对#2，#3循环水泵改造效果进行了测量评估。测评结果见表1。

表1 单机运行循环水泵改造前后流量对比

由表1知，通过改造后的试验可以得出如下结论:

1)循环水泵流量增加、效率提高。单台循泵运行工况，改造后的#2，#3循环水泵较改造前流量分别增加了3 194 m3/h，4 026 m3/h。在接近设计扬程条件下，两泵并联，单台循环水泵流量平均达到了23 360 m3/h，比改造前相同运行工况流量最大增加了9 660 m3/h。#2，#3循环水泵效率分别达到了82%，84%，均较改造前提高了11%。而且在单泵运行工况 (此时扬程最小，流量最大)和双泵运行工况下 (此时扬程最大，流量最小)，效率偏差仅分别为2.75%，2.73%，可以保证循环水泵长期在较高效率下运行。

2)循环水泵改造后，由于流量增加，便于运行人员进行循环水泵的优化调度，大幅降低厂用电率。在水温适中、机组负荷较高时，1台机运行时用改造的1台大泵带负荷即可;2台机运行时，可以用未改造的1台小泵 (1 878 kW)与1台扩容改造的大泵并联运行 (约2 000 kW)。相对改造前需要2台或3台循泵的运行方式，可以大幅度降低厂用电率。

3)流量调节范围明显扩大，循泵运行方式可以更加灵活。因改造后可以1台小泵、1台大泵、2台小泵、一大一小2台循泵或者2台大泵运行，较改造前增加了3种运行方式。而且2台循环水泵并联运行条件下的凝汽器冷却水流量远远大于设计流量 (35 307 t/h)，2台循环水泵能满足机组在极端情况 (进水温度高、机组负荷高)下对冷却水流量的需求。

4 循环水泵改造经济效益分析

双机运行工况，不同循泵运行方式下经济指标对比如表2。

表2 双机运行不同循泵运行方式下经济指标

4.1 降低煤耗

由表2指标值对比可见，在循环水温、机组负荷、循环水出口压力基本保持一致的情况下，#3循泵 (改造后)代替#4循泵 (未改造)运行后，#1，#2机组真空平均提高0.17 kPa，折合供电煤耗下降0.612 g/kWh;机组端差增加0.02℃，折合供电煤耗增加0.039 g/kWh;机组过冷度下降0.1℃，折合供电煤耗下降0.007 g/kWh;厂用电率增加0.039%，折合增加供电煤耗0.147 g/kWh。综合评估#3循泵代替#4循泵运行使供电煤耗下降约0.433 g/kWh〔4〕。按年利用 5 000 h，发电 15 亿kWh，标煤单价850元/t计算，1年可以节约约55万元。

4.2 节约厂用电

因循泵扩容，循泵运行方式可以得到优化。在水温适中、机组负荷较高时，1台机运行可以用改造的1台泵带负荷即可，相对2台不改造的泵同时运行，功率至少可以降低1 800 kW以上。按全年机组运行5 000 h，此段时间运行500 h计算，1台机可以节约厂用电90万kWh，按0.37元/kWh的上网电价，折合人民币33.3万元。2台机运行时，在水温较高、机组负荷较高时，可以用未改造的1台泵 (1 878 kW)与1台扩容改造的泵并联运行(约2 000 kW)。相对用3台未改造的泵运行，减少功率1 700 kW，按全年机组运行5 000 h，此段时间运行500 h计算，1台机可以降低厂用电85万kWh，按0.37元/kWh的上网电价，折合人民币31.45 万元。

综上所述，改造后因循泵扩容，可以通过优化循泵运行方式，1年2台300 MW机组可以节约资金120万元，1台循泵进行扩容改造需要资金54万元，1年左右即可收回投资。

5 结束语

对于年循环水温以及负荷变化较大的电厂，可根据实际情况，进行循泵扩容改造。循泵扩容改造后可以优化循泵调度，减小厂用电率，降低发电煤耗，提高设备的整体经济性。

〔1〕长沙水泵厂有限公司.大唐石门发电有限责任公司循环水泵技术改造分析论证报告〔R〕.2008.

〔2〕湖南省电力公司科学研究院.大唐石门发电有限责任公司循环水泵改造性能试验报告〔R〕.2010.

〔3〕西安热工研究院有限公司.大唐石门发电有限责任公司#1机组凝汽器性能试验报告〔R〕.2010.

〔4〕西安热工研究院有限公司.大唐石门发电有限责任公司#1汽轮机道流部分改造后性能试验报告〔R〕.2007.