間冷機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

間冷機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行【摘要】輪臺(tái)電廠2×350MW燃煤1號(hào)、2號(hào)機(jī)組，2臺(tái)機(jī)組配置1座間冷塔，散熱器采用立式布置，小機(jī)排汽進(jìn)入主機(jī)間冷系統(tǒng)冷卻，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)6個(gè)扇區(qū)，每臺(tái)機(jī)組三臺(tái)循環(huán)泵。本文論述了單機(jī)運(yùn)行期間全塔12個(gè)扇區(qū)配水，降低循環(huán)水溫度，提高機(jī)組真空。機(jī)組三臺(tái)循環(huán)泵高低速優(yōu)化運(yùn)行，降低機(jī)組煤耗。關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠

間冷機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)全塔配水循環(huán)泵高低速1．概述輪臺(tái)電廠2×350MW燃煤機(jī)組配置1座間冷塔，散熱器采用立式布置，小機(jī)排汽進(jìn)入主機(jī)間冷系統(tǒng)冷卻，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)16個(gè)冷卻三角，每臺(tái)機(jī)組散熱面積為893443m2，間冷塔換熱總面積為1786886m2。每臺(tái)機(jī)組三臺(tái)閉式增壓循環(huán)水泵，將凝汽器冷卻排汽的主機(jī)循環(huán)水經(jīng)過(guò)增壓后送入間冷塔各扇區(qū)進(jìn)行冷卻，冷卻后的主機(jī)循環(huán)水通過(guò)間冷塔各自回水管回至1、2號(hào)機(jī)凝汽器繼續(xù)冷卻機(jī)組排汽，從而形成一閉式循環(huán)。在火力發(fā)電廠中，冷卻塔及循環(huán)水系統(tǒng)作為一個(gè)冷端重要的設(shè)備，其冷卻效果和安全可靠性直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，因此，冷卻塔及循環(huán)水系統(tǒng)是火電廠發(fā)電機(jī)組關(guān)系到機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要系統(tǒng)。2．現(xiàn)狀間冷塔主機(jī)循環(huán)水管道初始設(shè)計(jì)無(wú)法滿(mǎn)足單機(jī)運(yùn)行全塔12扇區(qū)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)機(jī)組這兩年運(yùn)行狀態(tài)，夏季工況單機(jī)運(yùn)行時(shí)間逐年增加。按照初始設(shè)計(jì)，單機(jī)運(yùn)行只能投入本機(jī)的6個(gè)扇區(qū)，造成了停運(yùn)機(jī)組6個(gè)扇區(qū)的冷卻面積浪費(fèi)，并且停運(yùn)機(jī)組在扇區(qū)百葉窗全關(guān)的情況下，也不可避免的形成漏風(fēng)，減少投運(yùn)扇區(qū)的抽吸力，造成投運(yùn)扇區(qū)通風(fēng)量減小，進(jìn)一步降低換熱效果，使主機(jī)循環(huán)水溫降減小，機(jī)組真空下降，降低機(jī)組效率。主機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)有供回水聯(lián)絡(luò)門(mén)，分別設(shè)置于循環(huán)泵入口聯(lián)絡(luò)管及出口聯(lián)絡(luò)管，聯(lián)絡(luò)電動(dòng)閥各串聯(lián)設(shè)計(jì)兩個(gè)聯(lián)絡(luò)門(mén)確保嚴(yán)密，閥門(mén)內(nèi)徑為DN1800，該聯(lián)絡(luò)門(mén)設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，能起到的兩機(jī)循環(huán)水并聯(lián)的作用。兩機(jī)扇區(qū)回水（出水）母管需新增裝兩串聯(lián)電動(dòng)聯(lián)絡(luò)閥，用于全塔配水，閥門(mén)改造完成后2021年4月完成電動(dòng)閥調(diào)試工作。單臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)有三臺(tái)循環(huán)泵可高、低速切換運(yùn)行，高速485rpm，每小時(shí)耗電量530kw.h；低速425rpm每小時(shí)耗電量370kw.h，集控運(yùn)行人員根據(jù)不同季節(jié)及機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行兩臺(tái)或三循環(huán)泵，無(wú)明確的能耗對(duì)比試驗(yàn)，只是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。3．循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行預(yù)期效果3.1單機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)間冷塔全塔配水提高機(jī)組凝結(jié)器真空。在夏季一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行、一臺(tái)機(jī)組備用時(shí)，通過(guò)新增設(shè)聯(lián)絡(luò)管與聯(lián)絡(luò)門(mén)，達(dá)到單機(jī)運(yùn)行時(shí)也可投入最多12個(gè)扇區(qū)同時(shí)運(yùn)行，相當(dāng)于增加一倍的換熱面積；從而達(dá)到降低進(jìn)入凝結(jié)器的循環(huán)水溫度，提升機(jī)組真空降煤耗的效果。單機(jī)12扇區(qū)全部投入與6扇區(qū)投入時(shí)相比，循環(huán)水溫升吸熱量均可被扇區(qū)冷卻下來(lái)，至少可以平均降低4℃，主機(jī)循環(huán)水溫度降低4℃相對(duì)于汽輪機(jī)排汽溫度也會(huì)下降4℃，按照排汽溫度下降4℃計(jì)算，夏季工況真空至少平均增加2kPa。按照超臨界機(jī)組1kPa真空對(duì)應(yīng)1.2g煤耗計(jì)算，2×1.2=2.4，每1kw.h可節(jié)省2.4g煤耗，這僅是按照最低限度計(jì)算值，若試驗(yàn)后提高的真空值高于2kPa則產(chǎn)生的節(jié)能效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該值。3.2優(yōu)化機(jī)組循環(huán)泵運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)最佳能效。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，間冷塔扇區(qū)換熱效果不變的情況下，對(duì)于影響凝結(jié)器真空（排汽壓力）的主要因素是循環(huán)水量。在此情況下，增加循環(huán)水流量可以提高凝汽器真空，但是循環(huán)水泵流量增加會(huì)引起循環(huán)水泵功率也增加，只有當(dāng)循環(huán)水流量的增加使汽輪機(jī)的增發(fā)功率大于循環(huán)水泵增加的電功率時(shí)，增加循環(huán)水泵的流量對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性才是有利的。通過(guò)每臺(tái)機(jī)組三臺(tái)循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷的不同，合理利用高、低速泵運(yùn)行，試驗(yàn)出最佳運(yùn)行方式，也就是最佳效率，從而降低煤耗或減少循環(huán)泵耗電率。4．間冷塔扇區(qū)回水聯(lián)絡(luò)閥設(shè)備改造及費(fèi)用在1、2號(hào)機(jī)間冷塔扇區(qū)冷水回水管路加裝一路聯(lián)絡(luò)管，加裝串聯(lián)兩個(gè)蝶閥，串聯(lián)加裝兩個(gè)蝶閥是防止蝶閥不嚴(yán)密造成冬季串水，閥門(mén)位置見(jiàn)下圖，閥門(mén)尺寸DN1800，管路尺寸與閥門(mén)尺寸相符，相應(yīng)增加兩個(gè)蝶閥控制機(jī)構(gòu)（液壓或電動(dòng)），配套電源與DCS傳輸點(diǎn)。

單機(jī)停運(yùn)期間，在位于間冷塔西部塔外地面以下兩管道間地面開(kāi)挖，結(jié)合停運(yùn)一臺(tái)機(jī)組時(shí)加裝該機(jī)組側(cè)相應(yīng)循環(huán)水管路與閥門(mén)，當(dāng)停運(yùn)另一臺(tái)機(jī)組時(shí)加裝另一側(cè)循環(huán)水管路與閥門(mén)，熱工將閥門(mén)控制接入DCS系統(tǒng)，2021年4月閥門(mén)調(diào)試完成，全部改造完成共投入成本46萬(wàn)元。全塔配水示意圖（以2號(hào)機(jī)運(yùn)行，1號(hào)機(jī)停機(jī)為例）5．循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)5.1單機(jī)運(yùn)行全塔配水試驗(yàn)全塔配水試驗(yàn)從2021年5月21日至27日，2號(hào)機(jī)組運(yùn)行自帶本機(jī)6個(gè)扇區(qū)后，帶停運(yùn)的1號(hào)機(jī)不同數(shù)量扇區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)對(duì)各負(fù)荷段進(jìn)行試驗(yàn)，全塔配水操作運(yùn)行正常，試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期效果，循環(huán)水溫度降低4--6度左右，真空提高2--5.5kPa，見(jiàn)表1；從表2曲線圖可看出全塔配水后機(jī)組真空提高效果明顯。由于全天氣溫是不斷變化的，試驗(yàn)值與實(shí)際值略有偏差，但試驗(yàn)時(shí)基本控制在一個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行全塔配水前后真空值對(duì)比，偏差不會(huì)太大。總體來(lái)看，機(jī)組負(fù)荷越高真空提高值越大，全塔配水效果越好，低負(fù)荷提高2.5kPa左右，高負(fù)荷5kPa左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。表1：全塔配水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)負(fù)荷MW2號(hào)機(jī)真空kPa2號(hào)機(jī)運(yùn)行循泵1號(hào)機(jī)投入扇區(qū)數(shù)2號(hào)機(jī)凝結(jié)器水側(cè)進(jìn)水溫度℃出水溫度℃115781.28A、C036.844.2215783.4A、C430.237321083.98B、C628.537.5421081.54B、C033.642.6530378.34A、B、C638.749.2630273.66A、B、C045.255.6734777.49A、B、C640.951.8832572.0A、B、C046.857.7表2：全塔配水運(yùn)行機(jī)組在不同負(fù)荷段與未全塔配水時(shí)同負(fù)荷下真空提高曲線圖5.2循環(huán)泵優(yōu)化試驗(yàn)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷情況對(duì)156MW、175MW、250MW、280MW、310MW、350MW幾個(gè)工況下，分別啟動(dòng)一高一低速泵、兩高速泵、兩高一低三臺(tái)泵進(jìn)行的2號(hào)機(jī)組真空變化記錄。機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定30分鐘情況下，分別啟動(dòng)一高一低速泵、兩高速泵、兩高一低三臺(tái)泵記錄運(yùn)行循泵臺(tái)數(shù)變化后機(jī)組真空變化，至少在循泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)變化20分鐘以上真空穩(wěn)定后再記錄。依據(jù)輪臺(tái)電廠空冷機(jī)組耗差分析表：廠用電率1%影響煤耗3.3g/kw.h，真空1kpa影響煤耗1.2g/kw.h，各負(fù)荷段試驗(yàn)值見(jiàn)表3可知：5.2.1.滿(mǎn)負(fù)荷兩高一低真空提高降低的供電煤耗大于循泵升高的耗電率影響的供電煤耗，約降低煤耗約0.42g/kw.h；5.2.2.310MW兩高一低比兩高速泵運(yùn)行降低煤耗約0.26g/kw.h；5.2.3.280MW負(fù)荷下兩高比一高一低速泵運(yùn)行降低煤耗約0.14g/kw.h；三臺(tái)泵比兩高速泵運(yùn)行反而增加煤耗約0.17g/kw.h；5.2.4.250MW負(fù)荷下兩高一低比兩高速泵運(yùn)行增加煤耗約0.37g/kw.h；兩高速比一高一低速泵增加0.02g/kw.h；5.2.5.175MW負(fù)荷以下循泵運(yùn)行一高一低比較經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行兩高速泵耗電率升高較多，煤耗約上升0.11g/kw.h；5.2.6.156MW低負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)低速泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行兩高速泵耗電率升高較多，煤耗約上升0.09g/kw.h；表3：156MW至350MW負(fù)荷下循環(huán)泵運(yùn)行方式影響煤耗表序號(hào)負(fù)荷MW循泵運(yùn)行情況真空提高值kPa真空影響煤耗g/kw.h耗電率變化%耗電率影響煤耗g/kw.h總體影響煤耗g/kw.h13502高1低3臺(tái)泵對(duì)比2臺(tái)高速泵0.650.780.110.36-0.4223102高1低3臺(tái)泵對(duì)比2臺(tái)高速泵0.60.720.120.4-0.3232802高1低3臺(tái)泵對(duì)比2臺(tái)高速泵0.220.260.130.430.1742802臺(tái)高速泵對(duì)比1高1低速泵0.280.340.060.2-0.1452502高1低3臺(tái)泵對(duì)比2臺(tái)高速泵0.250.30.150.50.262502臺(tái)高速泵對(duì)比1高1低速泵0.180.220.060.2-0.0271752臺(tái)高速泵對(duì)比1高1低速泵0.180.220.10.330.1181561高1低速泵對(duì)比2低速泵0.20.240.10.330.096、循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行成果6.1單機(jī)全塔配水成果根據(jù)各負(fù)荷段記錄的循泵不同臺(tái)數(shù)運(yùn)行情況時(shí)的真空變化值，依據(jù)西安熱工院性能試驗(yàn)后提供的輪臺(tái)電廠空冷機(jī)組耗差分析表（廠用電率1%影響煤耗3.3g/kw.h，真空1kpa影響煤耗1.2g/kw.h），通過(guò)同負(fù)荷下增加運(yùn)行泵臺(tái)數(shù)升高的耗電率而增加的供電煤耗和提高真空降低的供電煤耗進(jìn)行分析。350MW超臨界機(jī)組真空每提高1kPa降低煤耗1.2g/kw.h,平均提高真空按3kPa計(jì)算降低煤耗3.6g/kw.h。根據(jù)上年度單機(jī)運(yùn)行平均61%負(fù)荷率每月電量為1.36億kWh，每月可節(jié)省燃煤1.36×108×3.6g=4.896×108g=489.6t燃煤，平均每天16.32噸煤。上年度5、6、7、8、9、10六個(gè)月份中單機(jī)運(yùn)行78天，計(jì)算得出2021年度節(jié)省燃煤16.32×78=1276.96t標(biāo)煤，按照標(biāo)煤價(jià)每噸410元計(jì)算，全年單機(jī)運(yùn)行期間至少節(jié)省52.35萬(wàn)元，一年收回設(shè)備改造投資。全塔配水在設(shè)備小改造的情況下順利實(shí)現(xiàn)了單機(jī)運(yùn)行機(jī)組節(jié)能降耗的目地，實(shí)現(xiàn)設(shè)備改造投資一年成本回收，今后每年節(jié)約燃煤費(fèi)用50萬(wàn)元以上。6.2機(jī)組循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行成果根據(jù)試驗(yàn)制定了循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行原則：300MW負(fù)荷以上循環(huán)泵三臺(tái)泵運(yùn)行；250MW負(fù)荷以上負(fù)荷，兩臺(tái)高速泵運(yùn)行；175MW至250MW負(fù)荷一高一低兩臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行；156MW負(fù)荷時(shí)兩低速泵運(yùn)行。2021年全年負(fù)荷率在61%，共發(fā)電29.93億千瓦時(shí)，循環(huán)泵優(yōu)化運(yùn)行后，平均降低廠用電率約0.1%，折合降低煤耗0.33g/kw.h，全年節(jié)省燃煤約1100噸，按照標(biāo)煤價(jià)每噸410元計(jì)算，循環(huán)泵全年優(yōu)化運(yùn)行至少節(jié)省45萬(wàn)元燃煤費(fèi)用。循