330 MW 機組循環水聯絡改造及經濟性分析

張憲東，張菂兒，劉建航

（1.國家能源菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274000；2.東北電力大學，吉林 吉林 132000）

0 引言

火力發電廠用電量約占機組發電量的4%～6%，如循環水泵、真空泵、凝結水泵等重要輔機是廠用電的消耗大戶，特別是循環水泵［1］。通常情況下，循環水泵為高壓電機，單機容量大、運行時間長、耗電量多，其耗電量高達廠用電量的10%，所以其運行效率的高低、狀態的好壞直接影響到全廠的經濟性和安全性。針對某發電廠2 臺330 MW 機組存在循環水泵耗電量高的情況進行分析。正常情況下，循環水泵必須夏季4 臺運行、冬季2 臺運行，無法根據循環水需求量經濟合理進行調節，造成在滿足凝汽器冷卻需求的基礎上，循環水存在浪費的現象。對循環水泵系統運行的經濟性研究，對于節約廠用電、提高熱電廠運行經濟性具有重要的意義。

1 基本概況

兩臺330 MW 汽輪機組分別于2006 年5 月、9月投產運行，為凝汽抽汽式供熱機組，2 臺機組配置4 臺循環水泵。循環水系統設計為單元制運行，即每臺汽輪發電機組配1 座雙曲線自然通風冷卻塔，1 臺機組配2 臺高、低速變極調節循環水泵，1 條DN2420 壓力供水管和1 條DN2420 壓力回水管，三期5 號、6 號機組循環水泵房合并布置，循環水泵房與冷卻塔以流道連接，如圖1 所示。

由于5 號、6 號機組5A、5B 和6A、6B 各自為單元制循環水系統，在循環水運行經濟性上存在缺陷：

1）在夏季環境溫度較高的情況下，單元制循環水系統，2 臺機組必須全開4 臺循環水泵，供水存在浪費，同時在滿足機組經濟真空情況下，耗電量過大，廠用電率高。

2）在冬季環境溫度較低的情況下，機組真空度維持在較高水平，單元制循環水系統的運行模式下，必須每臺運行機組各開1 臺循環水泵，同樣存在供水和能耗浪費。

3）在冬季環境溫度特別低的情況下，單元制循環水系統運行設計的循環水富余量過大，機組運行時，凝結水過冷度過大，造成整個熱力系統熱效率降 低［2］。

圖1 5 號、6 號機組循環水系統

2 改造方案

為在環境溫度低、真空度滿足經濟運行條件時，實現1 臺循環水泵向2 臺機組供水。在環境溫度較高、4 臺循環水泵供水存在浪費時，采用3 臺循環水泵供2 臺機組［3］。在1 臺機組運行1 臺機組備用時，循環水通過聯絡輸送2 臺冷水塔進行冷卻，提高冷卻效果、降低循環水溫從而達到節能降耗的目的。

故對三期5 號、6 號機循環水管道進行聯絡改造，即在三期循環水泵房西側，2 臺機組循環水泵出口母管DN2420×12 上部分別開孔，分別由兩道DN1800 電動蝶閥相連，管道上安裝2 只DN1800電動蝶閥，如圖2 所示。同時，將2 臺機循環水泵泵前池隔離墻打通1 個水泥溝，溝寬深為3 000 mm×2 000 mm，安裝啟閉機。

3 結果分析

3.1 機組聯絡后運行方式

采用循環水聯絡后運行方式，可實現2 臺機組循泵的靈活搭配：1 臺循環水泵向2 臺機組供水，如圖3 所示；3 臺循環水泵供2 臺機組，如圖4 所示，利用聯絡打到2 臺冷水塔進行冷卻。另外，搭配循環水泵高速、低速的合理安排，可以很大程度上實現機組的節能降耗和穩定運行［4］。

圖2 5 號、6 號機組循環水聯絡

圖3 1 臺循泵為2 臺機組供水

圖4 3 臺循泵為2 臺機組供水

3.2 經濟性分析

3.2.1 真空對煤耗的影響試驗

為提高機組經濟效益，針對真空對煤耗的影響進行了300 MW 負荷情況下的試驗，試驗結果如表1所示，真空對發電煤耗影響變化見圖5。

表1 真空變化對煤耗影響試驗數據

圖5 真空對發電煤耗影響變化

從圖5 可知，300 MW 工況時，當大氣壓力為102 kPa、真空在97 kPa 以下時，真空每變化1 kPa，影響發電煤耗約2.6g／kWh，當真空大于97.5 kPa后，再提高機組真空對發電煤耗幾乎沒有影響。

3.2.2 循環水聯絡后不同工況下真空變化試驗

為了得出在循環水聯絡后，不同工況對真空的影響，在300 MW 負荷下，對3 臺循環水泵與4 臺循環水泵不同工況進行了試驗，結果如表2 所示。

表2 不同工況對真空的影響

由此可見，5 號、6 號機組負荷在300 MW 4 臺循環水泵比3 臺循環水泵真空提高了1.1 kPa。

根據以上兩個試驗得出：真空壓力每上升1 kPa，廠供電標煤耗下降2.6 g／kWh；在300 MW 負荷時，4 臺循環水泵比3 臺循環水泵真空提高1.1 kPa。

根據運行數據，循環水泵運行時廠用電率9.7%，上網電價為0.421 9 元／kWh，煤價約為620 元／t（以標準煤計），計算如下（機組汽溫、汽壓、負荷不變）：

300 MW 運行時（廠用電率9.7%），機組因增啟一臺循環水泵真空提高1.1 kPa，而每小時節約的標準煤耗為300 000×（1－9.7%）×2.6÷1 000 000×1.1＝0.774 774（t），則每小時節約的成本為620×0.774 774＝480.4（元）。

增啟1 臺循環水泵運行，每小時耗電成本為1.732×6×230×0.70×0.421 9＝705.8（元）。

機組進行了改造后，在能滿足機組的經濟運行的同時，按2 臺機組每年約有4 個月的時間減少1臺循環水泵的運行，則年節約資金：（705.8-480.4）×4×30×24＝649 152（元）

綜上所述，機組負荷300 MW 時，3 臺循環水泵運行，每小時1 臺循環水泵停運節電成本705.8 元，比因4 臺循環水泵運行而真空提高，影響煤耗下降節約的成本480.4 元，要多225.4 元。

因此，在不影響機組安全穩定運行的情況下，4臺循環水泵運行不如3 臺循環水泵循環水聯絡運行經濟性好。

3.3 機組聯絡后安全性分析

循環水系統是火電廠重要的輔助系統，一旦發生循環水中斷事故，主機會因真空過低易發生跳閘事故，如果不能及時恢復，主機油系統會因失去冷卻水加大汽輪機惰走的風險，凝汽器還可能由于溫度過高發生設備損壞。

2009 年11 月，某電廠通過2 臺機組循環水聯絡，避免了一次循環水中斷造成停機的事故［5］。事故前2 臺機組分別帶150 MW 基本負荷，3 號機1 臺低速循泵、4 號機組2 臺低速循泵運行。3 號機組循泵電氣故障跳閘，備用泵未聯啟，強制啟動備用泵不成功。運行人員迅速手動開大循環水供水聯絡門，使4號機組循環水通過聯絡門為3 號機組提供循環冷卻水，5 min 后備用泵成功啟動，循環水恢復正常運行，從而為3 號機組備用循環水泵的開啟爭取了時間，避免了一次非計劃停機事故，使得2 臺機組負荷沒有受到影響。

聯絡運行有效減小了循環水中斷所帶來的不利影響。當1 臺機組的2 臺循泵發生全停事故，可以由另1 臺機組的2 臺循泵維持2 臺機組的基本負荷［6］。而當其中1 臺機組發生循環水大量泄漏時，也可以關閉供水母管聯絡門，防止事故擴大，或微開聯絡門，保證事故機組的安全停運和維護。

4 結語

通過機組循環水系統改造，達到了節能降耗的目的，并在一定程度上增強了機組的安全性能。采用2 臺機組3 臺循環水泵運行方式，減少了各臺循環水泵25%的運行時間，有利于檢修維護，延長了循泵的使用壽命，降低了維護費用。因此，循環水聯絡運行對機組安全穩定運行具有一定的優越性，對同類火力發電機組的優化運行具有一定的借鑒意義。