楊 樂(lè)，張延風(fēng)

(遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112003)

電廠開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)作為重要輔助系統(tǒng)，是維持電廠正常運(yùn)行不可或缺的冷卻水處理系統(tǒng)，主要為閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的設(shè)備、汽輪機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器等提供冷卻水，其耗電量占廠用電量的一部分比例。為降低開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的耗電率，提高火力發(fā)電機(jī)組的綜合效率，下面以某發(fā)電公司600 MW機(jī)組為例,介紹開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)改造，該發(fā)電公司通過(guò)優(yōu)化改造取得了良好的節(jié)電效果。

1 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該發(fā)電公司現(xiàn)有3臺(tái)燃煤火力發(fā)電機(jī)組，其中9號(hào)、1號(hào)為600 MW機(jī)組，分別于2010年3月、2011年11月投產(chǎn)發(fā)電；8號(hào)為200 MW機(jī)組，于1984年12月投產(chǎn)發(fā)電。

該發(fā)電公司的2臺(tái)600 MW機(jī)組的開(kāi)式循環(huán)冷卻水均取自凝汽器循環(huán)水入口門前管道上，溫度不高于33 ℃，經(jīng)過(guò)電動(dòng)濾水器進(jìn)入開(kāi)式循環(huán)水泵，升壓至0.75 MPa后進(jìn)入各臺(tái)冷卻設(shè)備，在冷卻設(shè)備吸熱后排至循環(huán)水回水管。為了滿足設(shè)備對(duì)冷卻水壓力的要求，該系統(tǒng)設(shè)置了2臺(tái)100%容量的開(kāi)式循環(huán)冷卻水泵，單臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速為990 r/min，必須汽蝕余量為5.5 m，額定流量為2 585 t/h，揚(yáng)程為43 m,軸功率400 kW,配套電動(dòng)機(jī)額定功率為450 kW，2臺(tái)開(kāi)式循環(huán)水泵的運(yùn)行方式為“一運(yùn)一備”[1]。

開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)向閉式循環(huán)冷卻水熱交換器、發(fā)電機(jī)氫氣冷器、汽輪機(jī)主油器、凝結(jié)水泵電機(jī)冷卻器、原真空泵冷卻器、電動(dòng)給水泵及前置泵潤(rùn)滑油冷卻器與電泵電機(jī)空氣冷卻器提供冷卻水。開(kāi)式循環(huán)水泵為單級(jí)雙吸泵，滾動(dòng)軸承，油脂潤(rùn)滑。

2 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改造方案

2.1 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

由于設(shè)計(jì)原因，2臺(tái)600 MW機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水泵容量選擇均過(guò)大，額定軸功率為400 kW，實(shí)際耗電量為380 kW·h左右，耗電率約為0.10%，電耗偏高，且開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)又不是十分合理，呈90°安裝的彎管較多，介質(zhì)的流動(dòng)阻力增大[2]。

為降低600 MW機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的耗電率，決定分別對(duì)1號(hào)、9號(hào)機(jī)組的開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

2.2 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造方案

2.2.1 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)設(shè)備改造

首先在開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)上增設(shè)1臺(tái)開(kāi)式泵旁路及其電動(dòng)閥門，然后在氫氣冷器供水管路上增設(shè)1臺(tái)升壓泵及其附件，還需增設(shè)1臺(tái)升壓泵旁路及其手動(dòng)閥門，原真空泵重新鋪設(shè)1條低壓冷卻水供水管路，開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)上原有的供回水管路及閥門保持不變，新增設(shè)的升壓泵僅對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器、新真空泵提供冷卻水，其他用戶直接利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻[3]。

關(guān)于直接利用壓力較低的循環(huán)水(0.20 MPa)對(duì)閉式循環(huán)冷卻水熱交換器、汽輪機(jī)主油器、凝結(jié)水泵電機(jī)冷卻器、原真空泵冷卻器、電動(dòng)給水泵及前置泵潤(rùn)滑油冷卻器與電泵電機(jī)空氣冷卻器進(jìn)行冷卻，能否滿足冷卻要求的問(wèn)題，已在改造前進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)與流量測(cè)試：開(kāi)式循環(huán)水與閉式循環(huán)水的供水溫度是一致的，在利用壓力較高的開(kāi)式循環(huán)水(0.65 MPa)對(duì)上述用戶進(jìn)行冷卻時(shí)，壓力高，溫控調(diào)閥開(kāi)度??；在直接利用壓力較低的循環(huán)水進(jìn)行冷卻時(shí)，壓力低，溫控調(diào)閥開(kāi)度大。試驗(yàn)證明：直接利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻，從冷卻水流量上能夠滿足各用戶的冷卻要求。根據(jù)各臺(tái)冷卻器設(shè)計(jì)冷卻水流量可知，完全可以直接利用循環(huán)水對(duì)上述用戶進(jìn)行冷卻。

本次改造的焦點(diǎn)是升壓泵技術(shù)參數(shù)的選擇，查詢發(fā)電機(jī)說(shuō)明書，每臺(tái)氫氣冷卻器的設(shè)計(jì)流量為500 t/h，4臺(tái)氫氣冷卻器總的設(shè)計(jì)流量為2 000 t/h。而氫氣冷卻器在實(shí)際運(yùn)行中總的冷卻水流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)流量，說(shuō)明氫氣冷卻器的設(shè)計(jì)流量偏大。通過(guò)查詢2017年夏季9號(hào)機(jī)組在滿負(fù)荷且冷卻水溫度最高的狀態(tài)下開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)，參數(shù)截取工況為2017年7月28日，9號(hào)機(jī)組負(fù)荷600 MW，2臺(tái)循環(huán)水泵高速并列運(yùn)行。

4臺(tái)氫氣冷卻器實(shí)際僅需要為496 t/h的冷卻水流量(當(dāng)時(shí)無(wú)新真空泵)。根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)、水泵特性曲線、氫氣冷卻器冷卻水需求流量及其他相關(guān)參數(shù)，最終確定升壓泵的技術(shù)參數(shù)如下：揚(yáng)程為20 m，汽蝕余量為5 m，轉(zhuǎn)速為1 150 r/m，流量為500 t/h(富裕度10%)，軸功率為43.6 kW，配套電動(dòng)機(jī)功率為50 kW。

2.2.2 熱控系統(tǒng)改造

在升壓泵出口母管上增設(shè)1壓力測(cè)點(diǎn)，引進(jìn)分散控制系統(tǒng)(DCS)畫面。當(dāng)升壓泵運(yùn)行中發(fā)生跳閘時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聯(lián)啟投入聯(lián)鎖的備用開(kāi)式泵，同時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉開(kāi)式泵旁路門，人為開(kāi)啟升壓泵旁路門；當(dāng)升壓泵出口母管水壓低于0.25 MPa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，聯(lián)啟投入聯(lián)鎖的備用開(kāi)式泵，同時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉開(kāi)式泵旁路門，人為開(kāi)啟升壓泵旁路門。

2.2.3 運(yùn)行方式優(yōu)化

當(dāng)循環(huán)冷卻水溫度較低時(shí)(30 ℃以下)，閉式循環(huán)水板式換熱器、主機(jī)油器、給水泵、凝結(jié)水泵等用戶通過(guò)開(kāi)啟開(kāi)式泵旁路直接利用壓力較低的循環(huán)水進(jìn)行冷卻，開(kāi)式循環(huán)水泵備用；再啟動(dòng)升壓水泵對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器供水。夏季循環(huán)冷卻水溫度升高后，部分用戶可能會(huì)發(fā)生超溫現(xiàn)象，可恢復(fù)至原運(yùn)行方式，即：投入1臺(tái)開(kāi)式循環(huán)水泵運(yùn)行，開(kāi)啟升壓泵旁路門，停止升壓泵作為備用。

3 開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造

2018年3月末，按照技術(shù)改造方案對(duì)9號(hào)機(jī)組的開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，先在開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)上增設(shè)一臺(tái)開(kāi)式泵旁路及其電動(dòng)閥門，然后在氫氣冷器供水管路上增設(shè)一臺(tái)升壓泵及其旁路手動(dòng)閥門。為了減小管道阻力，新增設(shè)的管道呈流線型布置安裝，合理布局，開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)上原有的供回水管路及閥門保持不變[4]。項(xiàng)目總體改造費(fèi)用2×105元，工期為12天。

表1 9號(hào)機(jī)開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造前運(yùn)行參數(shù)

改造項(xiàng)目于4月初結(jié)束，機(jī)組啟動(dòng)后優(yōu)化開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)運(yùn)行方式：當(dāng)循環(huán)水溫度較低時(shí)，閉式循環(huán)水板式換熱器、主機(jī)油器、給水泵、凝結(jié)水泵等用戶通過(guò)開(kāi)啟開(kāi)式泵旁路直接利用循環(huán)水供水，機(jī)組并網(wǎng)后啟動(dòng)升壓泵對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器、新真空泵提供冷卻水，將其中的一臺(tái)開(kāi)式循環(huán)水泵投入聯(lián)鎖備用，升壓水泵最大出水量可達(dá)600 t/h，耗電量?jī)H為30 kW·h/h左右。夏季循環(huán)冷卻水溫度升高后，由于主機(jī)油冷卻器冷卻板面臟污，曾發(fā)生短時(shí)間超溫現(xiàn)象，被迫將開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)恢復(fù)至開(kāi)式循環(huán)水泵的運(yùn)行方式，通過(guò)清洗主機(jī)油冷卻器板面，重新將開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)恢復(fù)至升壓泵的運(yùn)行方式，使開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間保持最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。

9號(hào)機(jī)組改造后開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)度過(guò)了一個(gè)炎熱的夏季，實(shí)踐證明優(yōu)化改造比較成功，同年的9月末，又對(duì)1號(hào)機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)進(jìn)行了同樣的技術(shù)改造與運(yùn)行優(yōu)化，取得了相同的效果。

4 改造效果

夏季，改造后的9號(hào)機(jī)組除了主機(jī)油器存在超溫現(xiàn)象，其他冷卻設(shè)備與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械均無(wú)超溫現(xiàn)象，開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2，參數(shù)截取工況為2018年7月23日，9號(hào)機(jī)組負(fù)荷600 MW，2臺(tái)循環(huán)水泵高速并列運(yùn)行。實(shí)踐證明，只要各臺(tái)換熱器內(nèi)部清潔，升壓泵可全年連續(xù)運(yùn)行，且開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

600 MW機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造技術(shù)，不但具有改造工作量小、施工工期短、系統(tǒng)布局先進(jìn)合理、新增管道呈流線型設(shè)計(jì)、運(yùn)行安全可靠、能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行、改造費(fèi)用較低、投資回收周期短等特點(diǎn)，還取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[5]。

a.廠用電降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。升壓泵與開(kāi)式循環(huán)水泵相比，每小時(shí)至少節(jié)電300 kW·h，可使開(kāi)式循環(huán)水泵耗電率降至0.07%，較改造前降低0.03%，如果升壓泵按照每年運(yùn)行6 700 h計(jì)算，開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)每年至少可節(jié)電2×106kW·h;按上網(wǎng)電價(jià)0.30元/(kW·h)計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約1.2×106元費(fèi)用。

b.良好的社會(huì)效益。每臺(tái)600 MW機(jī)組節(jié)省的廠用電量，相當(dāng)于每年為國(guó)家節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤623 t，帶來(lái)了一定的社會(huì)效益。除此之外，改造技術(shù)取得的節(jié)能減排效果，還包括重大的社會(huì)效益，“保護(hù)生態(tài)環(huán)境、建設(shè)生態(tài)文明”，這次優(yōu)化改造正是可持續(xù)發(fā)展理念在實(shí)踐中的應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

600 MW機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造，增設(shè)1臺(tái)開(kāi)式循環(huán)水泵旁路與1臺(tái)升壓泵及其旁路，其他系統(tǒng)及設(shè)備保持不變，系統(tǒng)布局先進(jìn)合理，新增設(shè)的管道呈流線型設(shè)計(jì)，管道阻力小，變更較小，工作量少，施工工期短。開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，正常情況下可全年保持小功率升壓泵運(yùn)行，同時(shí)還具有良好的靈活性，可根據(jù)不同季節(jié)以及冷卻水溫度與冷卻用戶(主機(jī)油器、閉式水板式換熱器等)需求，隨時(shí)進(jìn)行切換，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行方式，節(jié)電效果顯著。開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造費(fèi)用較低，半年內(nèi)即可收回投資成本，投資回收周期短。

此次技術(shù)改造及運(yùn)行優(yōu)化，從根本上解決了開(kāi)式泵耗電率高的問(wèn)題。如果升壓泵每年按照運(yùn)行6 700 h計(jì)算，開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)每年至少可節(jié)電2×106kW·h;按上網(wǎng)電價(jià)0.30 元/(kW·h)計(jì)算，2臺(tái)機(jī)組每年可為公司創(chuàng)收1.2×106元，每臺(tái)600 MW機(jī)組節(jié)省的廠用電量，相當(dāng)于每年為國(guó)家節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤623 t。

表2 9號(hào)機(jī)組開(kāi)式循環(huán)水處理系統(tǒng)改造后運(yùn)行參數(shù)