王 林

（國家能源集團 安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 安慶 246000）

0 引言

國家能源集團某電廠#3、#4 機組為容量為2×1000MW燃煤機組，采用自然通風(fēng)高位收水冷卻塔的二次循環(huán)冷卻水系統(tǒng)[2]。循環(huán)水流量的調(diào)節(jié)主要通過整臺泵的切入，1 臺機組配置3 臺循環(huán)水泵，調(diào)節(jié)手段單一。目前循環(huán)水泵運行方式為春、秋、冬季二運一備，夏季及機組真空度較差時3 臺循泵運行，在冬季或低負荷運行工況時，冷卻塔出塔水溫和凝汽器背壓過低，廠用電耗高，經(jīng)濟性較差[3]。

為了提高電廠經(jīng)濟效益，減少廠用電耗，要求循環(huán)水系統(tǒng)根據(jù)汽輪機負荷和冷卻水溫度及時調(diào)整循環(huán)水流量，最終實現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化運行。在不同環(huán)境溫度和負荷下滿足凝汽器真空值要求，同時減少循環(huán)水系統(tǒng)廠用電負荷，提高電廠的運行經(jīng)濟性。因此，擬通過對#3、#4 機組循環(huán)水水泵電機極對數(shù)改造，增加循環(huán)水泵低速功能，實現(xiàn)根據(jù)季節(jié)、循環(huán)水進水溫度和凝汽器真空度情況調(diào)節(jié)循環(huán)水泵運行方式[4]，通過調(diào)速減少循環(huán)水泵電耗，降低廠用電負荷，提高電廠經(jīng)濟性。

表1 AFT Fathom計算結(jié)果與設(shè)計計算結(jié)果比較Table 1 Comparisons between the calculated results of AFT fathom and those of design

圖1 國家能源集團某電廠#3、#4機組循環(huán)水系統(tǒng)計算模型Fig.1 Calculating model of circulating water system of #3 and #4 units in Anqing Power Plant

1 AFT建模計算分析

為提高計算精度，減少人工工作量，本工程循環(huán)水系統(tǒng)水力計算采用AFT 軟件Fathom 模塊建模計算[5]。管道水力計算采用達西-維斯巴赫公式[6]，水力摩阻系數(shù)按照柯列布魯克-懷特公式進行計算。參考清洗后腐蝕不嚴重的舊鋼管，當量粗糙度取0.15mm。循環(huán)水系統(tǒng)出口定為液位邊界條件，輸入中央豎井液位值，循環(huán)水系統(tǒng)入口定為液位邊界條件，輸入回水槽水位值。計算采用基于AFT 水力模型的穩(wěn)態(tài)分析。

本文計算模型如圖1 所示，AFT Fathom 軟件計算結(jié)果與設(shè)計計算結(jié)果見表1。

模型計算結(jié)果與設(shè)計工況符合度較高，計算是可靠的[7]。

AFT Fathom 模型計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)比較見表2。

通過對比分析發(fā)現(xiàn)基于Fathom 的計算水泵總揚程與供水高度呈線性關(guān)系，與理論分析一致，存在監(jiān)測誤差。誤差的主要來源有3 點：①儀表精度的問題；②由于泵本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的波動誤差；③現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集時存在一定的誤差[8]。

通過AFT Fathom 軟件建模進行水力計算，輸入設(shè)計工況邊界條件，計算結(jié)果與設(shè)計工況保持較高一致性。因此，認為本工程模型和邊界條件設(shè)置是可靠的?？紤]到現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)精度低，且無流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準確性和規(guī)律性較差，無法根據(jù)已收集數(shù)據(jù)確定現(xiàn)場循環(huán)水系統(tǒng)實際工況點。因此，無法對比理論計算值和實際情況的偏差[9]。為避免人為調(diào)整系統(tǒng)阻力曲線帶來更大的計算偏差，本文根據(jù)設(shè)計值，按理論計算進行循環(huán)水系統(tǒng)高低速分析。

表2 #3機組AFT Fathom計算結(jié)果與現(xiàn)場儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)比較Table 2 #3 Unit AFT Fathom comparisons with field instrument monitoring data

表3 #4機組AFT Fathom計算結(jié)果與現(xiàn)場儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)比較Table 3 #4 Comparisons of AFT Fathom calculations and field instrument monitoring data for units

2 循環(huán)水泵增加低速功能改造可行性分析

2.1 循環(huán)水泵高低速并聯(lián)運行基本要求

每臺機組2 臺循環(huán)水泵增加低速功能，改造后循環(huán)水系統(tǒng)各種運行方式應(yīng)滿足3 個基本要求：①不同環(huán)境溫度及機組負荷條件下，滿足凝汽器真空值要求；②循環(huán)水泵在水泵廠家推薦的高效區(qū)運行，避免循環(huán)水泵運行出現(xiàn)異常振動、噪音等現(xiàn)象；③滿足凝汽器最小流速要求，避免凝汽器冷凝管流量分配不均勻性[10]。

循環(huán)水泵增加低速功能改造后，高速轉(zhuǎn)速為370RPM，低速轉(zhuǎn)速為330RPM，改造后循環(huán)水泵高低速特性曲線如圖2 所示。

2.2 三泵并聯(lián)運行工況計算

三泵并聯(lián)運行工況有3 種：3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速。三泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計算模型如圖3 所示。

圖2 改造后循環(huán)水泵高低速特性曲線Fig.2 High and low speed characteristic curve of circulatingwater pump after transformation

三泵并聯(lián)運行工況下，冷卻塔全塔配水運行，參考設(shè)計工況[11]，冷卻塔供水高度取值7.4m。輸入循環(huán)水泵特性曲線，計算循環(huán)水系統(tǒng)三泵工況（3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速）復(fù)合泵特性曲線及系統(tǒng)阻力曲線如圖4 所示（以#3 機組3 泵高速工況為例），3 泵并聯(lián)工況（3 高速、2 高速1 低速和1 高速2 低速）循環(huán)水系統(tǒng)工作點見表4。

圖3 三泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計算模型Fig.3 Calculation model of three-pump parallel working condition circulating water system

表4 #3機組循環(huán)水系統(tǒng)3泵并聯(lián)工況各運行方式工況點Table 4 #3 Unit circulating water system 3 pumps parallel operating mode operating points

由表4 中可以看出2 泵高速1 泵低速和1 泵高速2 泵低速并聯(lián)運行工況，低速循環(huán)水泵運行效率點較低[12]。低速泵偏離廠家推薦工作點較小，根據(jù)廠家的確認，認為在可接受范圍內(nèi)。

2.3 兩泵并聯(lián)運行工況分析

兩泵并聯(lián)運行工況有3 種：2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速，兩泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計算模型如圖5所示。

兩泵并聯(lián)運行工況，參考設(shè)計工況，冷卻塔供水高度取值8.1m[13]。輸入循環(huán)水泵特性曲線，計算循環(huán)水系統(tǒng)兩泵工況（2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速）復(fù)合的泵特性曲線及系統(tǒng)阻力曲線如圖6 所示（以#3 機組2 泵高速工況為例）。

兩泵并聯(lián)工況（2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速）循環(huán)水系統(tǒng)工況點見表5。

從表5 中可以看出，2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2泵低速并聯(lián)運行工況，循環(huán)水泵均在較高效率區(qū)運行，在可接受范圍內(nèi)。

2.4 不同運行工況比較及運行方案優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)總流量和輔機流量，計算得到凝汽器冷卻水管流速。3 泵并聯(lián)工況和2 泵并聯(lián)工況，凝汽器冷卻水管冷卻水最小流速為1.4m/s ＞0.9m/s,最大流速為2.18m/s＜2.5m/s，滿足相關(guān)規(guī)范要求[14]。

3 泵并聯(lián)工況包括：3 泵高速、2 泵高速1 泵低速和1泵高速2 泵低速并聯(lián)運行工況。以#3 機組為例，2 泵高速1 泵低速循環(huán)水泵運行效率點84.58%，偏離廠家推薦工況點較多，不建議該工況運行；1 泵高速2 泵低速并聯(lián)運行低速泵效率在86.27%，在可接受范圍內(nèi)。2 泵并聯(lián)工況：2 泵高速、1 泵高速1 泵低速和2 泵低速并聯(lián)運行工況，循環(huán)水泵均在較高效率區(qū)運行，單泵效率均在88%以上。

單泵運行工況，循環(huán)水泵工作點效率在84%/86%（高速/低速），單泵高速工況點已處在廠家提供特性曲線之外，單泵低速運行循環(huán)水流量較小，凝汽器流速過小。因此，不推薦采用單泵運行工況。

圖5 兩泵并聯(lián)工況循環(huán)水系統(tǒng)計算模型Fig.5 Calculation model of circulating water system for two pumps in parallel operation

圖4 #3機組3泵高速工況復(fù)合的泵特性曲線和系統(tǒng)阻力曲線Fig.4 Compound pump characteristic curve and system resistance curve of #3 unit under high speed condition

根據(jù)以上分析，優(yōu)化運行方案如下：5 ～10 月多年月平均氣象條件下，環(huán)境溫度較高，3 臺循環(huán)水泵全部高速運行，11 月份2 臺循環(huán)水泵高速運行。即循環(huán)水泵增加低速功能改造后，5 ～11 月份循環(huán)水泵運行方式與原設(shè)計工況相同。12 月～3 月采用2 泵低速運行替代原設(shè)計兩泵高速運行工況，4 月份采用1 泵高速2 泵低速運行替換原設(shè)計3 泵高速運行工況，以減少廠用電耗[15]。

圖6 #3機組2泵高速工況復(fù)合的泵特性曲線和系統(tǒng)阻力曲線Fig.6 Pump characteristic curve and system resistance curve of #3 unit two-pump high-speed working condition

3 循環(huán)水泵增加低速功能改造經(jīng)濟性分析

3.1 改造后廠用電節(jié)省量分析

12 月～3 月冬季原先需要2 臺高速泵運行滿足凝汽器真空度要求，改造后2 泵低速運行即可滿足運行要求；4 月份原系統(tǒng)需要3 泵高速并聯(lián)運行，改造后1 泵高速2 泵低速運行即可；其他月份省電空間較小，不考慮。以#3 機組為例，單臺機組高低速改造后12 ～3 月和4 月節(jié)省電量見表6 和表7。

表5 #3機組循環(huán)水系統(tǒng)兩泵并聯(lián)工況各運行方式工況點Table 5 #3 unit circulating water system two pump parallel working conditions operating mode point

表7 循環(huán)水泵增加低速功能改造后單臺機組4月份節(jié)省電量Table 7 Electricity savings of single unit in April after low speed functional improvement of circulating pump

表6 高低速改造后單臺機組12月～3月份節(jié)省電量Table 6 Power savings of single unit in 12-march after high and low speed revamping

表9 改造后12月～4月份增加煤耗量Table 9 Increasing coal consumption in december-April after reformation

表8 不同背壓機組熱耗變化Table 8 Changes in heat consumption of different back pressure units

3.2 改造后增加煤耗量分析

循環(huán)水泵增加低速功能改造后，12 月～3 月采用2 泵低速運行替代原設(shè)計2 泵高速運行，4 月份采用1 泵高速2泵低速替代原設(shè)計3 泵高速運行工況。由于循環(huán)水流量減少，凝汽器背壓相應(yīng)升高，電廠的煤耗會相應(yīng)增加。

根據(jù)安慶電廠熱機工藝設(shè)計資料，設(shè)計煤種單臺鍋爐小時燃煤量為373.76t/h（BMCR），改造后12 月～4 月份增加煤耗量估算見表9。

3.3 改造后綜合經(jīng)濟性分析

電價取0.35 元/KW·h，標準煤價取750 元/t，計算循環(huán)水泵增加低速功能改造后，1×1000MW 機組年收益見表10。

表10 循環(huán)水泵增加低速功能改造后單臺機組年收益Table 10 Annual revenue of single unit after low speed functional improvement of circulating pump

擬對每臺機組3 臺定速循環(huán)水泵中2 臺增加低速運行功能，改造后冬季12 月～3 月份采用2 泵低速運行，4 月份1 泵高速2 泵低速運行。

通過測算可得，單臺1×1000MW 機組年節(jié)約廠用電3223.14MW·h，電價取0.35 元/KW·h，年增加煤耗986.09t，煤價取750 元/t，測算改造后電廠單臺機組年效益68.77 萬元，2 臺機組年增加效益137.54 萬元，經(jīng)濟性十分可觀。

4 結(jié)論

本文對國家能源集團某電廠每臺機組3 臺循環(huán)水泵中的2 臺循環(huán)水泵進行改造分析，通過改造電機的極對數(shù)增加低速運行功能，高速轉(zhuǎn)速為370RPM，低速轉(zhuǎn)速為330RPM。改造后循環(huán)水泵運行可根據(jù)環(huán)境溫度和機組負荷靈活調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)手段豐富，在保證機組真空值前提下，通過調(diào)速減少循環(huán)水泵電耗，降低廠用電負荷[16]，具有較大節(jié)能空間，節(jié)能效果十分明顯。