湿冷机组全停后循环水泵节能优化

滕慧达 金建伟

摘要：某4×660MW超临界闭式循环湿冷机组火电厂通过对凝汽器循环水系统以及辅机开式循环冷却水系统的分析，经过论证比选利用现有设备无需改造通过辅助开式冷却水泵独立运行的方式，在保证机组停运期间各辅机冷却用水的同时提前停运循环水泵，达到以小泵换大泵的节能目的。

关键词：火电厂;循环水泵;辅机冷却水;节能优化

0引言

近年来火电厂通过扩容改造、供热改造、辅机变频改造等方面大幅降低发电供电煤耗，但随着水电、核电、新能源等国家鼓励优先发电机组装机容量不断增长，火电机组作为调峰机组利用小时数大幅下降，机组调停次数及时间大幅增加，机组启停过程中的节能优化也受到了关注。其中关于湿冷机组凝汽器循环水泵（下称循泵）在机组启停前后时的优化研究较少，主要为通过邻机联络供循环水或间歇性供水。文章通过某内陆电厂660MW超临界闭式循环湿冷机组同期机组全停后的循环水运行方式优化探索实践介绍供同类型机组参考。

1系统介绍

某内陆火力发电厂4×660MW超临界机组凝汽器采用闭式循环冷却方式，每台机组设置一座自然通风冷却水塔，循环冷却水塔池中冷却水（以下简称循环水）通过循环水泵输送入机组凝汽器与机组低压缸排汽换热返回至冷却塔冷却降温后回至冷却水塔池形成闭式循环。辅机冷却水系统根据用户水质要求分为以凝汽器循环水为冷却介质的辅机开式循环冷却水（以下简称开冷水）系统和以除盐水为冷却介质的闭式循环冷却水（以下简称闭冷水）系统。其中闭冷水通过闭冷水冷却器由开冷水冷却，开冷水由循环水供水管供水经开冷水泵升压冷却用户后回至循环水回水管经冷却塔冷却。

2存在的问题

为保证机组停运后主设备的安全停运必须保留开冷水系统的连续运行直至无开冷水用户。机组停运后开冷水系统的最后用户一般为主机冷油器以及闭冷水系统，其中主机冷油器在汽轮机打闸一周后（汽轮机缸温允许停运盘车及润滑油）可停运。根据系统设计，开冷水系统运行的条件为循环水系统运行，因此在机组停运期后为保持机组的安全停机需要维持循环水系统运行。调停或检修机组多时会出现相邻机组也停运的工况，因此仍需在同期的最后一台机组停运后保留一台循环水泵运行直至后停运机组安全停机。

该厂机组停运后开冷水用户仅需400t/h冷却水（母管压力0.2MPa.g）即可满足要求。作为火力发电厂仅次于电动给水泵的第二大电动辅机，660MW机组的循环水泵最小功率高达2800 kW，流量约40000t/h，在循环水失去凝汽器这一最大用户的情况下为维持仅有400t/h流量的开冷水系统运行而运行循环水泵是不经济的，因此有必要通过优化在同期机组全停时保证正常停机用水的情况下减少循环水泵运行时间。

3解决方案

根据保证机组停运破坏真空后辅机冷却水不中断可停运循环水泵的思路主要有以下两种不改造设备的解决方案：

3.1方案一：工业水替代循环水

该厂循环水供水管道设置有工业水注水管路，机组停运破坏真空后可停运循环水泵并关闭其出口蝶阀，通过工业水注水经过循环水供水管替代循环水向开冷水泵供水。

全厂工业水设置有5台工业水泵，2运3备，扬程64m，流量为280t/h/台，功率75Kw，工业水注水管规格为DN250mm，根据泵与管路数据额外启动两台工业水泵后，完全可满足停机时的开冷水用量。

该方案缺点在于工业水持续向循环水系统注水将导致冷却塔蒸发量极小的情况下冷却塔池水位持续升高溢流，同时工业水注水入循环水后扬程无法满足开冷水用户需求，需要维持开冷水泵运行并且额外启动2台工业水泵。

3.2方案二：开冷水泵从循环水供水管自吸水

停运循环水泵后保持循环水管道与冷却塔池相通，利用开冷水泵具有一定允许吸上高度的特点，仅靠開冷水泵从循环水供水管自吸水以实现开冷水循环。

两种开冷水泵性能参数如下表：

根据允许吸上高度公式

Hg=大气压水柱（10.3m）汽蚀余量-安全余量（0.5m） （1）

表1中数据代入式（1）可得主开冷水泵允许吸上高度为2.6m，辅助开冷水泵的允许吸上高度分别分别为5m（#1机）、4.7m （#2、#3、#4）。循环水供水管道位于地下，该管道在冷却水塔池中水的静压下在循泵停运时仍能保持循环水进水管的充满度，根据冷却水塔池水面与布置于0m的开冷水泵的高差最大值均<2m，计算结果表明开冷水泵独立运行时理论上不会发生汽蚀现象。

各型号开冷水泵的扬程均为25m，根据循环水冷却塔配水管高度为14.7m，再扣减不到2m的吸上高度以及10%的延程阻力，开冷水泵独立运行时仍有7m的扬程余量，足以将水打进回水管。

2017年9月份、2017年10月份、2018年2月份、2018年11月份四次同期机组停运后以该方案进行调整，各机组均能保持辅助开冷水泵独立稳定运行

4经济性分析

按历史数据低速循泵功率2800kW，2台机组的辅助开冷水泵功率75kW计算每小时可节约厂用电2800kWh-2×75 kWh=2650kWh，根据以往机组停运7天后停运循泵的操作方式估算采用开冷水泵独立运行的优化方式一次同期机组全停工况可节约厂用电44.52万kWh，按0.4元/千瓦时的售电价格的经济效益可产生17.808万的经济效益。据统计2017年同期机组全停工况共出现20天，若完全进行优化调整，全年可节电127.2万kWh，经济效益50.88万元。该优化办法对于新建机组长达1至2个月的调试期，效果尤其明显。

5总结和建议

在保证开冷水不中断的前提下通过运行方式的优化提前停运大功率的循环水泵可节省大量厂用电。文中方案无需改造投入，推荐存量电厂使用。由于管道设备的布置原因方案二运行方式稳定性不足，优化调整过程中需要一定的操作技巧，且容易受外界干扰而失稳，此时可结合方案一进行。建议新建电厂或冬季较冷地区的电厂在增设辅助开冷水泵时考虑下沉式布置低于循环水管以提高辅助开冷水泵运行稳定性并简化调整操作。