火电厂循环水系统优化运行研究

马永刚

(辽宁东方发电有限公司，辽宁 抚顺 113007)

火电厂循环水系统优化运行研究

马永刚

(辽宁东方发电有限公司，辽宁 抚顺 113007)

从优化循环水系统运行方式的实际需求出发，提出了循环水系统布置方式及运行方式的优化方案。根据目前电力市场的实际情况，提出凝汽器最佳真空及最佳循环水量的确定方法，研究切合实际的循环水泵优化调度方案。以东方电厂国产引进型350 MW凝汽式汽轮机组为例，研究循环水系统优化布置及运行方式，制定并实施了循环水泵优化调度方案，保证了任何工况下汽轮机组的凝汽器真空值及循环水量都接近最佳值。

汽轮机组;循环水系统;优化运行;循环水泵优化调度

火力发电厂汽轮机组循环水系统的耗电量约占电厂总发电量的1.5%左右［1］，厂用电率的高低与循环水系统的运行方式关系密切。因此，研究循环水系统的优化运行方式，对于节省厂用电量，提高电厂的经济效益具有重要意义［2］。

1 循环水系统布置方式的优化

目前，单元制机组循环水系统布置方式主要有单元机组自循环供水系统和单元机组间联络管循环供回水系统2种。对于循环水泵而言，出力有高低速电机、叶片角度可调整及变频等几种调节方式［3］。单元机组间联络管循环供回水系统配合循环水泵的出力调节有利于循环水系统运行方式的优化，具有优势。图1为辽宁东方电厂单元机组间联络管循环供回水系统。每台机组循泵出口设置供水联络门，循环水回水母管设置回水联络门。循环水回水分2路，一路正常上塔淋水，一路冬季下塔直接进入塔盆水池防冻。2台水塔水池之间设置连通沟，采用闸板隔离，正常时保持连通，可使两塔水位基本持平。

图1 辽宁东方电厂单元机组间联络管循环供回水系统

2 循环水系统运行方式的优化

2.1 机组运行中运行方式的优化

单元制2台机组循环水供回水系统通过供回水联络管连接，机组运行中，可根据循环水温度、机组负荷率及真空度情况决定实施哪种循环水泵并列运行方式 单机单循环水泵方式 两机三循环水泵方式及两机四循环水泵方式)。对循环水量进行优化调节，既可提高2台机组循环水系统运行的稳定性和安全性，还可提高循环水系统运行的经济性［4］。夏季循环水温度较高，汽轮机真空相对较低，影响到机组的正常出力，为提高真空值，启动1台循环水泵来增加循环水量，合理调度循环水泵是取得经济真空的有效措施。因循环水系统采用闭式循环，冷却面积不变，循环水量增加时，流速增大，换热量增加，从而提高凝汽器真空，增加带负荷能力，提高机组效率［5］。

2.2 启、停机过程中运行方式的优化

机组启、停机过程中，由于要维持部分辅助设备的正常运行，循环水泵需长时间陪伴运行，而此时段的循环水量远远大于运行需要，造成了不必要的浪费。由于运行机组实际负荷率普遍较低，循环水量往往过剩，因此可通过循环水联络管由运行机组的循环水带机组启、停机过程中的负荷。机组启动过程中，锅炉上水至汽轮机冲动期间，由邻机循环水通过供水联络母管为本机提供冷却水，适当开启循环水供水联络门，调整、限制循环水至凝汽器供回水门的开度，保持开式水泵入口压力在规范要求压力以上，启动开式水泵运行。待机组冲动后，汽轮机低压缸进入蒸汽后，启动本机单台循环水泵运行，可使循环水泵少运行15 h左右。按1台循环水泵每小时耗电1 915 kW、上网电价0.353元/kWh计算，可节约10 140元。机组停运后，要保持盘车连续运行，来缓慢降低缸体温度，此时需要润滑油系统运行，为保证润滑油及轴承温度，需要循环冷却水。机组停运后的缸体温度通常在350℃以上，按规程规定排汽温度低于50℃方可停止循泵运行，一般在停机后第2天即可达到此温度。但机组缸体温度降到可停止盘车、停止润滑油系统一般至少需要7天。润滑油运行期间，需保证有冷却水运行，如按正常的系统运行方式，至少需要运行1台循环水泵，增加了厂用电量的消耗。利用邻机循环水通过循环水供水联络母管为本机提供冷却水源、开启循环水供水联络门及开式水泵出入口，为凝汽器及开式水用户提供水源，本机的循环水泵及开式水泵可提前停止运行7天左右。可节约113 567元，大大节省了机组启、停机过程中的厂用电耗量，提高了机组运行的经济性。

2.3 停机后运行方式的优化

目前，电力市场发电能力明显过剩，尤其是东北电网 常常出现 容量机组停备情况 此工况下可实施循环水一机两塔运行方式，即运行机组的凝汽器部分循环水回水，通过循环水回水联络管进入停运机组的冷却水塔进行冷却，冷却后的低温循环水通过2台机组循环水连通进入运行机组的循环水塔盆内。由于循环水塔冷却面积增加1倍，降低了循环水温度，提高了运行机组真空度，从而提高了机组运行的经济性。东方电厂在夏季实施循环水一机两塔运行方式时，循环水实施一机两塔运行方式可使循环水温度平均降低3.5～4℃，机组真空度提高1.2～1.5个百分点。

3 循环水泵优化调度

3.1 循环水泵优化调度的意义

进入21世纪，电力市场实施“厂网分家”改革后，各大发电集团的发电能力提高很快，致使电力市场的供求关系发生实质性变化，由供不应求向供大于求转变。火电机组的负荷率基本维持在60%左右，甚至出现50%容量的停机备用，发电负荷率被严格控制，发电能力被大幅限制。如何争取最大限度的上网供电量，使火电企业经济效益达到最大化，已成为各火力发电企业的工作之重。循环水泵是火电厂耗电量较大的重要辅机之一，实施循环水泵优化调度，最大限度节省厂用电量，对于提高火电厂的经济效益具有重要意义。

3.2 循环水泵优化调度的指导思路

循环水泵优化调度的实质就是确定最佳循环水流量及最佳真空值［6］。循环水量优化运行基本因素的关系:凝汽器循环水量减少→循环水泵用水电量减少→厂用电率降低→机组发电量不变的基础上上网供电量增加→零成本上网电量价值;凝汽器循环水量减少→凝汽器真空度降低→汽轮机热耗率升高→汽轮机效率降低→机组发电量不变的基础上需多耗燃煤量→多耗燃煤量价值。可见，零成本上网电量价值与多耗燃煤量价值的差值 (净增益值)，即是循环水泵的最佳运行方式。

3.3 循环水泵优化运行的计算

根据循环水泵优化调度的指导思路，通过一系列的理论计算及结合实际运行数据，分析指导循环水泵的优化调度［7］。单元机组间联络管循环供回水系统可以实施单机单循环水泵方式、两机三循环水泵方式和单机两循环水泵 (两机四循环水泵)3种组合方式。

表1为排汽压力变化1 kPa及厂用电率变化1%对煤耗值的影响。循环水泵优化运行计算过程如下(假定2台机负荷450 MW，真空93.1 kPa，启动1台循泵后真空变化值0.6 kPa，循泵电流195 A，标煤单价650元，上网税后电价0.353元):

表1 排汽压力变化1 kPa及厂用电率变化1%对煤耗值的影响

循泵厂用电量 =UIcosθ=6.3 ×195 ×1.732 ×0.9/1 000=1.915 W

循泵电量折合上网电价 Q1=1.915×0.353×1 000=676元

真空变化值影响煤耗 =0.6 ×3.885 63=2.33 g

真空变化值影响标煤量=2.33×450/1 000=1.049 t

真空变化影响标煤价值 Q2=1.049×650=681元

净收益Q=Q2-Q1

通过以上测算可得出启、停1台循泵后整机的净收益量。机组负荷为启、停循泵时两机合计负荷值;机组真空为当时两机平均真空值;影响真空值为启、停循泵后真空值稳定时两机真空变化值的平均数值;影响煤耗值可通过机组真空 (排汽压力)查询表1对应数值。循泵启、停后，通过计算即可求出启、停循泵的净收益，数值为正值，说明经济，否则不经济。根据计算可知，2台机负荷450 MW、真空93.1 kPa，启动1台循泵，两机真空值平均升高0.6 kPa以上是经济的。通过计算，可求得不同负荷率及真空下启、停1台循泵后的净收益值。

运行中根据循环水泵优化运行计算，结合环境温度变化趋势及机组负荷率的预期变化，进行循环水泵的优化调度，并根据机组实际运行工况的变化，利用循环水泵优化调度实时收益测算，可从根本上克服循环水泵启、停的随意性及盲目性，保证任何工况下汽轮机组的循环水量及真空值接近最佳值，从而大幅提高汽轮发电机组运行的经济性［8］。

4 结束语

根据目前火电厂汽轮机组循环水系统布置方式的特点，从优化循环水系统运行方式的实际出发，提出循环水系统布置方式及运行方式的优化方案。根据目前电力市场的实际情况，提出提高凝汽器真空的有效方法，研究切合实际的循环水泵优化调度方案。研究过程中，以东北地区东方电厂国产引进型350 MW凝汽式汽轮机组为例，研究确定循环水系统优化布置及运行方式，同时制定并实施循环水泵优化调度方案，保证任何工况下汽轮机组的凝汽器真空值及循环水量接近最佳值，收到了满意的效果。

［1］ 蒋明昌.火电厂能耗指标分析手册［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［2］ 肖增弘，张瑞青，李 勇，等.凝汽器循环水系统优化运行方案的研究 ［J］.沈阳工程学院学报 (自然科学版)，2011，7(4):305-307.

［3］ 李 敬，魏运刚.循环水泵的节能改造理论与应用 ［J］.东北电力技术，2005，26(7):11-13.

［4］ 乐 俊，菅从光，张 辉.火电厂循环水系统优化运行研究 ［J］.热力发电，2008，37(6):9-12.

［5］ 马立恒，王运民.火电厂凝汽式汽轮机冷端运行优化研究［J］.汽轮机技术，2010，52(4):137-140.

［6］ 冀玉春.循环水泵运行方式优化方法试验分析［J］.东北电力技术，2002，23(2):18-20.

［7］ 王爱军，李艳华.循环水泵优化运行方式的在线分析与研究 ［J］.汽轮机技术，2005，47(2):130-131.

［8］ 潘继真，魏海涛，肖国振.某沿海电厂600 MW机组循环水系统运行方式优化试验研究 ［J］.东北电力技术，2012，33(5):28-31.

Research on Circulating Water System Optimized Operation for Coal-fired Power Plant

MA Yong-gang
(East Power Generation Co.，Ltd.，Fushun，Liaoning 113007，China)

Viewing real demand of circulating water system operation mode，it proposes layout and optimization of operation mode.According to the actual situation of power market at present，it proposes a method for determining the optimum vacuum of condenser and circulating water，circulating water pump optimal scheduling scheme of practical.In the process of research，taking East Power Plant imported type 350 MW steam turbine unit as an example，it studies on the optimization of layout and operation mode of circulating water system，on the formulation and implementation of the circulating water pump optimal scheduling，and ensures the best value of the vacuum of condenser of steam turbine unit under any conditions.

Steam turbine;Circulating water system;Optimal operation;Circulating water pump optimal scheduling

TM621.7

A

1004-7913(2014)01-0053-03

马永刚 (1982—)，男，学士，工程师，从事汽轮机运行工作。

2013-09-12)