300 MW机组循环水泵双速节能的技术改造

马岩昕

(黑龙江华电齐齐哈尔热电有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

0 引言

在火力发电厂中，循环水泵是耗电量较大的辅助设备之一。由于某电厂处于北方地区，季节温度变化较大，循环水泵必须非常灵活，且要适应机组在不同季节的要求，所以研究循环水泵调节方式以满足主机需要和电厂节能是非常必要的。

该电厂2台300 MW机组，安装4台循环水泵，2台机组循环水母管采用联络方式运行。循环水泵为长沙水泵厂有限公司生产的双吸单级中开式离心清水泵，电机为卧式单速电机。冬季时，由于循环水入口水温较低，凝汽器所需水量较少，若用可变速的循环水泵电动机来驱动循环水泵，采取低速小功率电动机运行，就可节约大量的厂用电。

1 循环水系统的组成

该电厂的循环水系统由冷却水塔、循环水泵、清污机、胶球冲洗装置和凝汽器及有关设备组成。冷却水塔为4 000 m2双曲线冷却水塔，塔高105 m，水塔底部半径为38 m。

每台机组配2台循环水泵，循环水泵容量为2×60 %，循环水泵在设计条件下连续运行。在额定工况(THA)下，夏季冷却倍率为60倍，春秋季为51倍，冬季为36倍。夏冬季分别按1机2泵、1机1泵运行，春秋季按2机3泵运行。循环水系统流程为：嫩江水—江岸泵—反应沉淀池—冷却水塔—拦污栅及清污机—循环水泵—液控出口蝶阀—凝汽器及辅机(板式换热器及水环式真空泵等)—循环水压力回水管—冷却水塔(蒸发—部分)。

2 循环水系统的作用

循环水泵的主要作用是将冷却水从冷却塔送入凝汽器内，冷却水吸收在汽轮机内做完功的蒸汽的汽化潜热，使蒸汽凝结成水后，再返回到冷却水塔进行往返循环使用。循环水泵是保证凝汽式汽轮机安全、经济运行的重要部件，其运行工况的优劣直接影响发电厂的安全发电和经济效益。因此，保持循环水泵在最佳工况下运行，是降低综合厂用电率的最有效办法。

3 循环水系统的工作原理

300 MW机组的凝汽器设计一般都是在给定的蒸汽负荷、冷却水量和冷却水进口温度下进行的，在凝汽器运行过程中，这些参数都会发生变动。例如：蒸汽负荷随汽轮机负荷而变化；冷却水量随循环水泵的运行台数而变化；冷却水进口温度随气候季节的不同而变化。在一定的冷却水量和冷却水进口温度下，凝汽器中的压力随汽轮机排汽量的减少而降低，即凝汽器的真空随汽轮机排汽量的减少而升高；当汽轮机的排汽量和冷却水量不变时，凝汽器的真空值随冷却水进口温度的降低而升高。因此，冬季凝汽器的真空较夏季高。

4 循环水泵高低速改造原因及节能原理

该电厂的机组是供热机组。该地区每年10月15日至次年4月15日为采暖期，采暖时间长达6个月且温度较低。

在冬季供暖期，当LV阀关至50 %时，进入凝汽器的蒸汽量将大量减少，真空约上升2 kPa(真空最低时是95 kPa)，真空最高时是98 kPa，造成冷却水塔入口循环水温度偏低，水塔结冰严重(在冬季冷却水塔挡风板全挂上)，机组循环水量偏大，循环水泵电耗增加。2台机组2台高速循环水泵电耗达到厂用电的0.4 %。如果采用双速电动机的循环水泵，不但提高了循环水泵效率，增加循环水系统运行灵活性，而且满足冬季机组循环水的供水需要，减少水塔结冰，节约厂用电。

根据离心泵相似定律，在一定范围内改变泵的转速，泵的效率近似不变。当频率固定时，改变异步电动机定子绕组旋转磁场的极对数，可改变转速(变极调速)，特别适合仅需在季节性水温变化时节省能源而变速运行的水泵。

若将循环水泵电动机改为双速电动机，低速运行时相当于降低水泵流量和电动机输入功率。因此，采用转速差不大的双速电动机驱动水泵，根据各季节水温的变化选择驱动转速，调节供水量，能有效节约电能。

5 循环水泵双速改造方案

结合循环水系统运行的特点及安全性、经济性，将循环水系统进行改造。因2台机4台循环水泵中的1，4号循环水泵分别与1，2号冷却水塔内接出的入口管相连；2，3号循环水泵与2台冷却水塔联络管上接出的入口水管相连(便于平衡2台冷却水塔的水位)，所以将2，3号循环水泵改为双速循环水泵。

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改造前后的循环水泵参数如表1所示。

表1 改造前后的循环水泵参数

6 循环水系统的运行分析

当循环水入口水温低于15 ℃时，凝汽器的背压较低，随着循环水入口温度的增加，凝汽器背压缓慢上升；当循环水入口温度高于25 ℃时，随着循环水入口温度的增加，凝汽器的背压迅速上升。

随着热负荷的增加，凝汽器背压的变化速率越来越快，且有1个明显的拐点。当循环水入口温度低于15 ℃时，拐点对应的负荷在80 %以上；循环水入口温度高于25 ℃时，拐点对应的负荷约为60 %。随着循环水温下降，凝汽器背压随着循环水量上升而下降的速率逐渐减小;当循环水温低于10℃时，随着循环水量增加，凝汽器背压变化很小。

在“1机1泵”的运行方式下，对应的循环水量为75%凝汽器的额定循环水量；在“2机3泵”的运行方式下，对应的循环水量是100 %凝汽器的额定循环水量；在“1机2泵”的运行方式下，对应的循环水量是120 %凝汽器的额定循环水量。

从凝汽器循环水量-背压特性曲线可以看出，凝汽器循环水量从100 %升至120 %时，对应的背压变化不大。

凝汽器特性曲线如图1所示。

图1 凝汽器特性曲线

7 采取的措施及循环水系统的优化运行方法

对2，3号循环水泵电动机进行了高、低速改造并实施投运。在原来2机2高速循环水泵的基础上，成功实现了2机2低速循环水泵的运行方式，取得了良好的经济效益。

依据冬季机组负荷偏低的特点，对循环水系统运行方式进行了如下优化。

(1) 春秋季2台机组启动2台低速循环水泵、1台高速循环水泵运行，循环水回水上双塔运行。

(2) 供热开始后，2台机组启动2台低速循环水泵、循环水回水上双塔运行，用冷却水塔挡风板控制凝汽器入口温度在10—15 ℃。

8 节能改造效益分析

高/低速循环水泵的功率分别为1 600/1 000 kW，2台低速泵运行可节省功率1 200 kW。

(1) 以冬季双机2台低速泵运行方式为例，全年运行180天，每天以24 h计算，高速循环水泵切换为低速循环水泵运行，可节电：180×24×1 200=5.184×106kWh。

(2) 以春秋季3泵(2低1高)为例，全年运行100天，每天24 h，可节电：100×24×1 200=2.880×106kWh。

采取上述措施及循环水系统优化运行后，全年比优化前节约8.064×106kWh。按0.3元/kWh计算，可节约242万元。

9 结论

经过上述分析可知，该电厂对循环水泵电机进行高、低速改造及冬季采用2台低速循环水泵运行，春秋采用1台高速、2台低速循环水泵的优化运行方式是成功的、可行的，节省了大量的厂用电，取得了很好的经济效益。

参考文献：

1 智建平，闾亚美.630 MW超临界机组循环泵双速节能改造[J].华电技术，2010，32(5)：34-37.