单机运行循泵节能优化运行策略探讨

顾 怡 陈秋林

外高桥电厂

1 引言

1.1 背景

近年来外高桥电厂的发电机组利用小时数呈逐年下降趋势。2017年机组单机运行覆盖时间约34%,且未来单机运行时间趋势可能越来越长。如何确保单机运行状态下机组的安全、经济和环保是近年来节能降耗和精益化管理提升的大课题。外高桥电厂发电部经过对2017年的循泵数据报表进行分析，发现全年循泵对标运行情况不佳，存在循泵厂用电率偏高的现象。本文旨在研究单机运行时的循泵运行优化策略。

表1-1 循泵性能参数

1.2 循环水系统、设备及运行方式简介

外高桥电厂四台320MW湿冷纯凝机组循环水系统配备八台轴流式循泵，并配有液压控制动叶角度调节机构。#1和#2号机组为一号单元，#3和#4号机组为二号单元。每台机组配有两台循泵，循泵出口通过母管联络门（机1-4循母联1、2，机1-2循母联1、2，机3-4循母联1、2共六个电动阀），进行互为备用。正常运行情况下，两个单元循环水分列运行，即机1-4循母联关闭;机1-2循母联开足并列运行；机3-4循母联开足并列运行。夏季（江水温度高于19℃）“二机三泵”运行，冬季（江水温度低于19℃）“二机二泵”运行，运行机组凝汽器循出门关至50%，备用循泵自动投入。

2 现状调查和原因分析

2.1 数据分析

单机运行对比双机运行、多机运行，厂用电率更高（见表2-1）

表2-1

降低单机运行的厂用电率，对降低全年厂用电率的目标有很大的帮助。

调查单机循泵用电率较高的点与较低的点，并选取相关有可比性的数据点（表2-2）,可以发现叶角的角度与循泵能耗的关系，见表2-1。

外高桥电厂循环水运行方式为开式循环，从长江取水，排回长江，不同于闭式循环。取水口水位相对恒定，取水口位于长兴，长江入海口，受潮汐影响较大，循环水压力波动较大。取水口位于长江入海口，受海平面影响较大，一天的最大波动在4米左右，导致循环水压力波动非常巨大。

基于循泵叶角可调以及循环水取水情况，调查了现有的成熟的循泵节能改造方案，并不适合，故本文暂不讨论其他技改方案。

2.2 原因分析

经过数据分析，检修时检查停役的循泵设备情况，排除问题，确认单机运行工况的循泵运行情况不经济，主要原因为叶角调节不及时、单机两泵运行不经济。因此，存在循泵再优化的空间。

3 主要措施

3.1 叶角精细化调节方案

经查阅上海长兴潮汐表，了解取水江海潮汐变化规律：两个高峰潮位，两个低谷潮位，受季节影响最低潮位与最高潮位变化较大，最高最低潮位差2至4米，见图3-1。

表2-2

图3-1

制定指令措施，目的是加强运行人员当班期间对潮位的重视，查阅潮汐表，了解潮汐是否有过高、过低的工况会发生。遇到下列四种情况，运行人员必须及时调节运行机组循泵的叶角。

(1)低潮位(波谷时间短)，调节叶角短时加大循泵出力，提高循环水压力，避开备用循泵自启动值，缓解机组背压恶劣情况。

(2)极低潮位（波谷较深），提前启动备用循泵，调节运行循泵叶角，平衡出力，提高母管压力，维持机组背压。

(3)高潮位，合理调节，背压变化不明显的情况下，调小叶角，减小循泵能耗。

(4)极高潮位,循环水压力过高，工质浪费，调节叶角，减小循泵能耗（背压不明显影响），夏季防台防汛期间，停运机组单元前池水位高，提前开启备用循泵，避免取水池前池水位高溢流至循泵房，影响机组安全运行。

注：调节叶角或者启动备用循泵，须根据实际情况提前30分钟至1小时操作。

3.2 单机运行时的单循泵运行可行性试验

单机运行工况下，二运一备用是常规运行方式，冬季工况下，二泵运行，能耗明显过高。

单机运行单泵运行难点：

（1）单泵出力是否能满足潮位波动

（2）单泵出力是否能满足单机全负荷

（3）安全性问题，单泵跳闸，事故是否可控；如何降低单机运行时跳机导致全厂停电的可能性。

3.2.1 单循泵运行跳闸试验

试验方案：单元中的某机组解列前10min～15min，或机组并网前，单泵运行，距离最远泵作备用（1A运行、2B备用）,手动停运循泵，模拟实际循泵跳闸，收集相关数据（背压变化情况，循环水压力下降至恢复的时间，备用泵启动情况等重要数据）。

试验一：2月9日，#1机组解列前运行工况：循泵1A运行，叶角+6度，电流145A。循泵2B设为备用状态。手动停用循泵1A，等待循环水母管压力低于30Kpa时，循泵2B自启动，调整叶角至+6度，电流144A。

#1机凝汽器循环水进口压力从54Kpa降低至备用泵自启动后恢复至45Kpa，期间凝汽器循环水进口压力低于0kPa的时间为：23:51:33～23:52:25，总计58秒。

机组负荷52MW降至51MW,背压3.2Kpa升至3.4Kpa。试验数据见表3-1。

试验二：2月20日，#1机组启动前试验工况：循泵1A运行，叶角+6度，电流143A。循泵2A作为备用。模拟循泵1A跳闸（6KV开关室手动停用），循泵2A自启动，调整叶角至+6度，电流145A。

#1机凝汽器循环水进口压力从68Kpa降低，备用泵自启动后恢复至56Kpa，期间凝汽器循环水进口压力低于0Kpa的时间为1:09:08-1:09:31，总计23秒。

试验数据与第一次试验情况类似，不作列举。

试验总结：2月9日的试验是手动停用循泵1A，循泵1A出口蝶阀关至15°连锁停用循泵1A电动机。循泵2B等循环水母管压力低于30Kpa自启动。整个过程循环水压力低于0Kpa时间相对较长。

2月20日试验，模拟循泵1A跳闸（6KV开关室停），循泵2A立即联动，整个过程循环水压力低于0Kpa时间相对短一点。在此试验中，循泵1A跳闸后（循泵1A状态显示为黄色故障），出口蝶阀未连锁关闭，值班员发现后立即手动关闭出口蝶阀，因此循环水压力维持在10Kpa～20Kpa，相对时间较长。

表3-1

两次试验均证明了单机运行单循泵如果故障跳闸，备用循泵能连锁启动的前提下，循环水压力能快速恢复，不影响机组安全运行。即使在第二次试验中，循泵在联启过程中发生了阀门故障（出水门拒动，循环水泄压快），值班员也能及时手动干预，迅速恢复循环水压力。这两次试验数据给发电部提供了单机运行单循泵方式下的循泵事故预想的数据支持。

3.2.2 单机单循泵运行试验

试验一：4月3日，#3机组单机运行，机组负荷200MW，AGC退出，机组协调退出，循泵3B、4B运行。启动单机单循泵试验，停用循泵4B作备用，江水温度18℃，循出开度50%。停泵前后稳定状态数据对比见表3-3。

停泵后，待机组参数稳定后，调节运行循泵叶角，提高其出力。停泵前后，背压略上升，循环水温升略增加，循环水进水温度因试验开始为午后，温度正常升高。

试验数据计算：单泵节约电量，和真空改变引起机组功率减少量对比。从表3-3中可见，折算日能耗参数，在机组日均负荷200MW左右的单泵运行天数统计参数，其他参数不明显变化的前提下，背压上升0.3Kpa，影响煤耗0.71g/kWh（上汽亚临界300MW机组，1Kpa影响煤耗2.375g/kWh），日发电量减少1.05万kWh。循泵单泵运行日厂用电率减少0.4%（双泵1.05%，单泵0.65%），日节约厂用电量约1.9万kWh。节约电量大于日减少发电量。

试验结论：在该工况下，单机单泵运行方式是经济可行的。

对比双泵运行和单泵运行在高负荷区间参数见表3-4

表3-3

表3-4

结论：经过计算，200MW负荷以上，循泵日节约厂用电量变化不大，约2万kWh～2.5万kWh，230MW工况下，单循泵影响机组凝汽器冷端性能减少发电量月2.2万kWh～2.8万kWh，250MW工况下，单循泵影响机组凝汽器冷端性能减少发电量月3.0万kWh以上。所以单机250MW以上，单循泵运行方式不经济。

3.2.3 制定循泵单机单泵措施

循泵进入单机单泵运行方式注意事项：

（1）运行机组凝汽器循环水出水阀50%，进口阀全开。

（2）原则上本机组循泵一运一备，当本机组无备用循泵时，备用泵放同一单元循泵。

（3）正常情况下，备用循泵“备用投用”禁止出系。

（4）冬季（江水温度小于19℃）单机运行机组负荷小于250MW，单泵运行，机组负荷大于250MW，启动第二台循泵，置单机二泵方式。

（5）当由于潮位低，可提前启动第二台循泵，如使循环水母管压力下降至备用泵自启动时，待母管压力恢复至具备停备用泵时及时停用泵。

（6）做好单机单泵运行循泵跳闸事故预想，参照试验数据。

（7）做好备用循泵例行试验，确保循泵备用良好。

（8）江水温度大于19℃，置单机二泵方式。

4 结论与展望

单机运行，循环水系统按原方式进行运行调节是不经济的。制定了循泵叶角精细化调节措施后，降低了因潮位波动影响循环水母管压力对机组经济性的影响。

冬季工况，江水温度小于19℃，单机运行单循泵较为经济。江水温度越低，单机单泵覆盖负荷范围越大。在单机单泵运行情况下，单泵节约电量与真空改变引起机组功率减少量比较，如果背压上升较多，导致机组煤耗增加出力减少，造成“节电不节能”现象，能量的浪费大于停用循泵带来的能耗，此类工况单机单泵运行方式是不经济的，还需更多单机单泵试验提供更精准的数据。

单机运行单循泵具有一定风险性，如单机运行单循泵跳闸，而备用循泵存在故障未能自启动，最后导致机组跳闸，后果将很严重。本文讨论的重点是对单机运行单循泵跳闸试验的相关分析，收集了循环水中断时间，联启情况，对主机真空影响等重要数据，支持单机单循泵运行方式的安全性，并给单机单循泵事故处理提供依据。

发电机组循环水及冷端技术，可以使循环水提压优化，循泵叶角调节系统有优化改造的空间，是继续改进优化的方向，有待进一步研究探讨。