300MW机组循环水泵节能优化运行

李建韦+李平

摘 要：在我国，火力发电在能源结构中占据主导地位，传统的火电机组在节能方面潜力十分巨大，因此提高火电机组运行的经济性是实现我国节能减排目标的重要手段。本文以某厂300MW亚临界机组为研究对象，阐述了循环水系统管路特性及循环水泵特性、单背压凝汽器特性等通用的基础理论，并通过程序计算得出了不同环境下的循环水泵最优运行方式，实现了机组的经济性目标。

关键词：火电机组；循环水泵；节能；优化

在电厂中，循环水泵是重要的辅机之一，也是耗电量较大的辅机之一，它消耗的电能约占厂总发电量的1%-1.5%。同时循环水泵的运行方式对凝汽器真空和汽轮机出力也有很大的影响。所以，在一定条件下合理确定循环水泵的运行台数即实现循环水泵的最优运行，是提高电厂运行经济性的重要措施，对电厂节能具有现实意义。目前国内电厂多是采用定速或双速循环水泵，通过改变循坏水泵的组合方式来调节循环水流量。循环水泵投入台数增多，循环水流量就会增大，凝汽器压力就会降低，从而增加汽轮机功率，但同时会引起循环水泵耗功率增大，增加厂用电率。根据热经济性最佳的原则，当汽轮机增加的功率与循环水泵消耗的功率两者之间差值最大时，对应的循环水泵运行方式最优。在满足机组正常运行的前提下，根据外界环境变化调配循环水泵运行台数，从而调节循环水流量，使机组运行的经济性最优，这就是本文拟研究的主要内容。

一、循环水泵运行特性

（一）循环水泵

循环水泵向凝汽器提供冷却水，用以凝结汽轮机排汽，保持凝汽器真空。如果失去循环水，凝汽器将失去冷源，机组将不能运行，所以，循环水泵可以说是汽轮发电机组最重要的辅机之一。循环水泵的工作特点是流量大、扬程低，这是因为每凝结1kg排汽约需冷却水50-80kg[1]、循环水泵所提供的能量，主要用克服冷却水在系统内流动时的阻力以及由于水源与热井水面高度不同所引起的势能。循环水泵通常存在着并联运行的工况，因为当机组运行状况发生变化（如负荷、水温变化）时，循环水泵的输出流量也会有很大变化。考虑到泵的扬程可能受到冷却水管堵塞等原因的影响，要求循环水泵的扬程-流量曲线为陆降型。发电厂的大型循环水泵一般都采用轴流泵的形式。

（二）循环水泵的基本性能參数

循环水泵的基本性能参数主要包括：流量Q、扬程H、效率n、功率N、转速n、汽蚀余量NPSH等。

水泵的流量又称为输水量，是指单位时间内流经管道的有效截面的流体量，也称瞬时流量。以体积表示时称为体积流量QV（m3/s），以质量表示时称为质量流量Qm（kg3/s），两者有如下关系

Qm= pgQv

其中，P为流体密度，g为重力加速度。

扬程为单位重量液体流经粟后获得的有效能量，是菜的重要参数之一又称压头。扬程可表示为流体的压力能头、动能头和位能头的增加，即

上式中H为扬程（m），P1、P2分别为泵进口、出口处的压强（Pa），V1、V2分别为流体在泵进出口处的流速（m/s），Z1、Z2为进出口高度（m），为液体密度（kg/m3）， g为重力加速度（m/s2）。

水泵的功率分为轴功率N和有效功率Ne。轴功率是水泵轴从动力机处获得的总能量增量，通俗地讲，就是电机输给水泵的功率。有效功率指流体流经机器后每单位时间获得的能量

Ne= pgQvH

有效功率Ne与轴功率N之比就是栗的效率n。

转速是指水泵轴或叶轮每分钟旋转的次数。转速与其他性能参数有着密切的关系，一定的转速，对应一定的流量、扬程和轴功率。转速改变，将引起其他参数发生相应变化。与水泵配套的动力机械，不仅在功率上要满足水泵运行的工况要求，在转速上也要与水泵的转速相一致。汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。吸程为必需汽蚀余量，即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度。泵的性能曲线是在一定转速下水泵的扬程、轴功率、效率与流量之间的关系曲线。通常研究的是H-Q、N-Q和η-Q关系曲线，横坐标为Q，其他参数为纵坐标。般都是通过试验的方法来确定泵的性能曲线。

（三）循环水入口温度tw1

循环水入口温度与环境温度和循环水系统的供水方式有关。若循环水系统为开式水系统，其供水来自天然水源，则循环水入口温度等于外界环境温度中的循环水的温度。若循环水系统为闭式水系统，其供水来自于冷却塔，则循环水入口温度不仅与外界环境有关，还与冷却塔的冷却效果有关。

（四）循环水温升?t

循环水温升就是循环水出口温度tw2与循环水入口温度tw1之差。在凝汽器中，蒸汽的放热量可表示为：

Q1=DC（hc-hc） （2-4）

式中， DC为汽轮机低压缸排汽量；hc为低压紅排汽焓， hc为凝结水焓。循环水的吸热量为：

Q2=DW（hw2-hw1）=DwCp（tw2-tw1） （2-5）

式中， DW为循环水流量， hw2为循环水出口水焓， hw1为循环水入口水焓， Cp为水的定压比热容，一般取为4.187kJ/（kg. ℃）。

蒸汽与循环水之间的换热遵循能量守恒定律，根据能量守恒，有Q1 = Q2，即：

根据式（2-6）可以得出循环水温升的计算公式：

对于凝汽式汽轮机，墙差在数值上变化不大，大约是2180kJ/kg，可直接用于式（2-7）的计算。由（2-7）可以看出，循环水温升主要与循环水流量和低压紅排气量有关。

二、结论

随着全社会节能环保意识的不断提高，电力行业所面临的节能减排任务越来越严峻，作为在电力行业中占据主要地位的火电行业，其节能减排任务更是突出。另一方面，传统的火电机组节能减排潜力巨大，这就为对火电厂的节能减排研究提供了非常大的可能性及研究空间。循环水泵是火电机组的重要辅助设备，同时也是火电厂耗电最多的设备之一，因此研究循环水泵的优化运行，电厂节能优化任务的一项重要工作，具有现实意义。本文立足于对循环水泵的优化运行方案进行设计探讨。循环水泵的优化运行方案提出后，解决了原来循环水泵运行方式无精确理论依据的情况，可以实现循环水泵运行的精细化管理。由此可以看出，本文的研究内容具有重要的实用价值。本文通过对循环水泵及循环水泵运行特性、凝汽器特性、进行分析，得出了循环水泵耗功与汽轮机功率增量之间的平衡关系的计算方法，获得了不同环境下最佳的循环水泵运行方式组合，给运行人员的运行操作提供了可靠准确的指导。

参考文献：

[1]邢希东.大型定速循环水泵在湿冷火电机组上的节能优化.水泵技术，2011（4）：45-48.

[2]刘吉臻，王玮，曾德良，等.火电机组定速循环水泵的全工况运行优化.动力工程学报，2011，31（9）：682-688.

[3]杨勤，董建强，周雪元.3种确定循环水泵最佳组合方式的方法.热力发电，2007（6）：87-88.

[4]李敬，魏运刚.循环水泵的节能改造理论与应用.东北电力技术，2005（7）：47-49.