循环水泵前池液位下降对机组经济性的影响

陈开峰

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司，安徽 合肥 230031)

循环水泵前池液位下降对机组经济性的影响

陈开峰

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司，安徽 合肥 230031)

循环水泵前池液位的变化，对机组冷端参数和经济性有显著影响。通过对汽轮机冷端系统特性的分析，建立了考虑前池液位变化的机组特性参数计算模型。该模型可以较为准确地计算出前池液位下降造成的经济损失。并以某电厂为例，定量地计算了前池液位降低对机组经济性产生的影响。所创建的计算分析方法，在同类型机组故障分析和循环水系统设计选型方面，具有一定的参考价值。

循环水泵；前池液位；计算模型；经济性

0 引言

对于采用直流式循环水系统的发电厂，一般取水水源地距离循环水泵泵站较远，取水系统管道也较长。在长时间运行中，取水管道很容易受水中泥沙、杂物、微生物、海藻等影响而产生堵塞。尤其是采用暗渠取水的系统，不但易堵塞且清理难度也特别大。管路堵塞，取水阻力增大，导致循环水泵吸水前池液位下降，不但会减小泵的汽蚀余量影响设备安全，同时也会增加泵耗功，减小泵流量[1]，而影响机组冷端参数和机组出力。取水系统堵塞、阻力增大是采用直流式循环水系统的电厂最常见的故障之一，分析其对机组安全和经济性的影响，具有非常重要的现实意义。文献[2-4]研究了潮汐对循环水系统特性和凝汽器特性的影响。文献[5]分析了循环水泵前池水位降低对汽轮机冷端系统运行性能的影响。以上研究成果充分证明了前池液位的变化对机组冷端系统运行产生了重要影响。文献[6-13]介绍了循环水系统优化原理和凝汽器变工况特性的计算方法。文献[14-16]分析了背压对机组微增功率的影响及计算方式。本文以某电厂出现的取水系统堵塞导致前池液位降低这一实际问题为导向，在前人研究的基础上，综合循环水系统特性、凝汽器运行特性、汽轮机背压—微增功率特性的研究成果，建立起前池液位变化下，机组经济性参数的计算模型，以此为基础详细分析前池液位的下降对机组经济性产生的影响。

1 机组运行概况

1.1 循环水系统概况

某电厂每台机组设置2台循环水泵，每2台机组的4台循环水泵设置1个泵站，共用1个前池，见图1。该电厂共4台660 MW机组，循环水系统采用扩大单元制，8台循泵出口母管互相设置联络门。

图1 循环水取水系统图

每个取水前池供4台循环水泵取水，从过去一年的运行数据中可查取由1台循泵运行增开至2台循泵运行时液位变化，见图2。2台循泵增开至3台循环水泵运行时的液位变化，见图3。

从图2和图3中可以看出，每增启1台循环水泵，液位都会瞬间下降。根据近一年内的运行数据统计，得到表1的数据。

循环水泵必须汽蚀余量为8.71 m，3台泵运行时最低的液位勉强可以满足要求，只有0.61 m裕度。如果开启第4台泵，可以预见，前池液位会比3泵运行时更低，此时将无法满足循泵必须汽蚀余量的要求。因此在机组运行时，每个泵站最多允许同时开启3台泵。

图2 循泵由1泵开至2泵时前池液位变化

图3 循泵由2泵开至3泵时前池液位变化

循泵运行台数增启循泵后前池液位降幅/m低潮位最低前池液位/m泵吸入口最低液位深/m104.6113.3121.882.4711.1732.510.629.32

1.2 循环水泵组合运行情况

循环水泵调度优化[11]5即是根据不同季节的循环水温度，选择不同的循环水泵组合运行方式，以实现机组出力增加值和循环水泵功耗增加值之间差值的最大化，此时的凝汽器真空为最佳真空。根据该厂循环水泵优化调度曲线，在夏季高温时，循环水泵最优运行应为四机七泵和四机八泵的方式，但是由于液位的下降，导致每个泵站至多开启3台泵，实际运行中夏季采用的是四机六泵运行。

循环水泵优化调度曲线见图4。

图4 循环水泵运行方式优化调度图

2 前池液位下降引起的经济性损失

前池液位下降引起的机组经济性损失分成2个方面进行计算：一是由于液位的降低，导致泵扬程增加、流量减少、泵耗功增加，进而产生的经济性损失；二是由于液位的降低，导致夏季时循环水泵无法在最优组合方式下运行，进而产生的经济性损失。

2.1 考虑前池液位变化时机组特性参数的计算模型

2.1.1 潮位与循环水泵性能参数之间的函数关系式

该电厂处于黄海海域，前池液位受潮汐影响呈现周期波动，潮位差大约5 m。通过试验采集电厂循环水系统运行数据，可将循环水系统流量—潮位，功率—潮位的数据分别绘制成曲线，如图5、图6为该电厂四机四泵运行方式下的系统特性和潮位的关系曲线(潮位所取数据即为前池液位数据)。通过潮汐运动的特性，建立起前池液位与循环水系统参数的关系式。

图5 单机流量—潮位曲线

图6 单台泵功率—潮位曲线

通过曲线可以拟合四机四泵运行时泵特性参数和潮位关系式：

流量：q=-0.006 7x3+ 0.084x2- 0.236 9x+14.248

功率：p=2.035 6x3- 25.774x2+ 75.125x+2 027.9

根据机组在四机五泵、四机六泵等不同运行方式下的潮位、循环水流量、循环水泵耗功数据，通过数据拟合的方式可分别获得不同循环水泵运行方式下潮位—循环水流量和潮位—循环水泵耗功的关系式，本文不再赘述。

2.1.2 凝汽器变工况和机组微增功率的计算

凝汽器压力通过凝汽器变工况模型进行计算，即在特定的机组负荷、循环水流量、循环水温度，采用HEI标准计算凝汽器的换热系数，确定凝汽器的真空值，这些工作可以通过计算机程序进行。

机组背压—微增功率特性是根据机组背压对出力的修正曲线来确定，见图7背压对机组出力的修正曲线。

图7 排汽压力对机组出力修正曲线

通过修正曲线可以拟合出背压对出力修正率的函数关系式：

0.336pc2+1.134 8pc-0.015 4

式中：ΔNt为机组背压pc相对于额定背压4.9kPa时，机组出力增量，MW。

2.2 液位降低对机组背压和净出力的影响

根据建立的计算模型，分别计算出前池水位下降前后，循环水流量、循环水泵耗功、机组背压、机组微增功率的数值，进而得到其变化值。文中以1泵运行液位为基准，计算2泵和3泵运行时前池平均液位下降1.88 m和4.39 m时的经济性指标变化。 表2所示为四机四泵运行时，2个泵站的前池液位均下降1.88 m时，机组出力变化；表3所示为四机五泵运行时，2泵同时运行的前池液位下降1.88 m，3泵同时运行的前池液位下降4.39 m时，机组出力变化；表4所示为四机六泵运行时，2个泵站前池液位均下降4.39 m时，机组出力变化。

表2 四机四泵运行时前池液位下降对机组出力影响

表3 四机五泵运行时前池液位下降对机组出力影响

2.3 循环水泵偏离最优运行方式对机组背压和净出力的影响

循环水系统冷端优化调度曲线如图4。实际运行中，四机七泵区域和四机八泵区域全部采用四机六泵运行。在一定的机组负荷和循环水温度时，分别计算四机六泵、四机七泵、四机八泵运行方式下，循环水系统流量、循环水泵耗功、机组背压、机组微增功率等参数，通过对比可得到四机六泵运行替代四机七泵和四机八泵运行方式时，机组的出力损失。计算结果见表5。

表4 四机六泵运行时前池液位下降对机组出力影响

可见，夏季减少泵的运行数量，对经济性的影响极大。如30 ℃，660 MW负荷时，因循环水泵偏离最优运行方式导致机组功率净减少4.07 MW。

表5 循泵运行方式改变对机组出力的影响

3 因前池液位降低产生的经济损失核算

按照机组平均负荷为600 MW，年运行小时数为4 500 h进行年发电量损失核算，循环水泵各运行方式的运行时间估算及功率损失见表6。

因液位下降引起的年发电量损失为：

643×(0.13+0.59+0.66)+1 286×(0.27+0.45)=1 813.26MW·h

表6 各运行方式运行时间分配

因循环水泵偏离最优运行方式引起的年发电量损失为：

643×(2+2.9)=3 150.7MW·h

年总损失发电量为4 963.96 MW·h，按2015年燃煤机组平均上网电价0.384元/kW·h计算，年损失达190.62万元。

4 结论

(1)循环水泵前池液位对循环水流量、循环水泵耗功、凝汽器真空和机组微增出力均产生显著的影响。

(2)前池液位的下降减少了机组净出力，同时，液位降幅过大也会降低泵运行的安全性。若夏季，因此无法增加循环水泵运行台数，则循环水泵无法在最优组合方式下运行，如此，将会产生更大的经济损失。

(3)前池液位的下降影响该电厂每台机组年经济损失达190万元，4台机组年经济损失则高达760万元。电厂必须对该类故障足够重视。

(4)同类型故障的机组，可参照本文的案例分析，进行损失核算，并据此判断故障的严重性。

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The Influence of Water Level Drop of Circulating Water Pump Forebay on Unit Economy

CHEN Kaifeng

(China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co. Ltd., East China Branch, Hefei 230031, China)

The change of the water level of the circulating pump forebay has a significant effect on the cold end parameters, and it also has great impact on the economy of unit. By analysing the characteristics of the unit cold end system, the calculation model for characteristic parameters of the unit considering the forebay water level influence is established. Hence the economic loss caused by the drop of the water level can be accurately calculated. Taking a power plant as an example, the influence of the forebay water level drop on the unit economy is calculated quantitatively. The calculation and analysis method has a certain reference value for the fault analysis of the same type unit and the design and selection of circulating water system as well.

circulation pump; the water level of the absorbing well; computational model; unit economy

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2017.04.014

2017-01-06。

TK121

A

1672-0792(2017)04-0074-05

陈开峰(1986-)，男，工程师，研究方向为火电机组故障诊断、节能技术、性能监测与试验。