循环水系统节能优化运行
【摘要】本文从理论和实验的角度分析了实施双速改造后的循环水泵在对不同进水温度、不同负荷、不同循泵组合方式下进行了热力计算以及经济性的对比对，提出了提高循环泵运行效率的措施，为科学合理指导循环水泵节能运行提供了依据，以供电厂运行、检修及相关管理人员参考。
【关键词】循环水泵；优化运行；高低速
0 引言
随着我国经济的快速发展，经济增长与资源消耗、环境污染的矛盾日趋尖锐。
节能减排是当前摆在我们面前的重要任务和历史使命。
火力发电厂是一次性能源消耗的大户，也是污染物排放主要来源之一，深挖发电厂的节能潜力，具有巨大的经济效益和深刻社会意义。
循环泵电耗较大，一般占发电厂厂用电的10%左右。
在不同季节、不同负荷等条件下对循环水泵运行如何合理配置，对汽轮机真空和厂用电率等经济指标影响较大，因此研究和改善循环泵的运行方式，对于节约厂用电、提高电厂经济性具有重要意义。
1 循环水系统概述
大唐乌沙山发电有限责任公司拥有四台600MW超临界燃煤发电机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、高中压合缸、凝气式汽轮机，型号为CLN600-24.2/566/566。
每台机配备两台循环水泵，为长沙水泵厂生产的立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵，单转速运行，型号88LKXB-19。
每个单元间循环水供水母管之间有联络阀连接。
为响应国家节能减排政策，四台机组利用检修机会先后对每台机的A循环水泵电机进行了双速改造，利用电机本身条件，通过改变电机内部绕组接线方式，进行了变极改造，16极改为16/18极，转速也相应的由370r/min改为370/330r/min，目前每台机配置一台高速循环泵泵（370r/min）和一台高、低速可切换循环泵（370/330r/min）。
2 循环泵双速改造的意义
一般情况下，较大流量对凝汽器等设备的冷却效果是有利的，但冬季海水温度较低，循环水量太大，易造成汽轮机组凝结水过冷度偏大及凝结水溶氧偏高、运行经济性较差等一系列问题。
对循环泵电机进行双速改造具有改造工期短、投资小、收益快、安全性高等优点。
根据离心泵相似定律，在一定范围内改变泵的转速，泵的效率近似不变，其
性能近似关系式为：
Q1/Q2=n1/n2 ，H1/H2=（n1/n2）2，P1/P2=（n1/n2）3
其中Q1、H1、P1，Q2、H2、P2分别表示在转速n1和n2情况下水泵的流量、扬程和所需的轴功率。
根据上述关系式，若将2500kW 16P循泵电动机改为16/18P双速电动机，则电机在18极运行时，水泵流量为16极运行时的0.89倍，扬程为16极运行时的0.79倍，轴功率为16极运行时的0.7倍，相当于水泵流量减少11%时，电机输出功率可减少30%。
因此，采用转速差不大的相邻极数的双速电动机驱动水泵，根据各季节水温的变化选择驱动转速，调节供水量，不仅能有效的节约电能，而且增加了循环水量调节的灵活性，以满足不同负荷、不同季节的供水需要。
3 循环泵优化运行方案
3.1 试验数据
为了探寻循环泵的最佳运行组合方式，在不同工况、不同循环泵组合方式下进行了试验，试验数据如表1
从表1中的试验数据来看，循泵高低速改造后不同的循泵组合有着不同的循环水流量（指的是分摊到一台机组的循环水流量），流量大小按照以下组合工况依次降低：一机两泵两高、一机两泵一高一低、两机三泵三高、两机三泵两高一低、两机三泵一高两低、一机一泵一高、一机一泵一低。
表1 试验工况计算结果表
对表1中数据进行进一步分析，将12个试验工况分成三个负荷段：50%负荷段、75%负荷段、100%负荷段，每个负荷段以“一机一泵一高”的循泵组合工况为基准，与其他循泵组合工况进行经济性的比较，结果如表2所示。
从表2中可以发现，在循环水进水温度17℃时，50%负荷工况下，“一机一泵一高”经济性最好，75%负荷工况下，“一机二泵一高一低”经济性最好，100%负荷工况下，“二机三泵三高”经济性最好，“一机一泵一高”最差。
3.2 凝气器变工况计算结果及分析
表2 试验工况经济性比较结果表
试验期间循环水进水温度在17℃左右，为进一步拓展参考范围，对#4机组的凝汽器进行了变工况热力计算，对不同循环水进水温度下的运行工况进行了理论计算，以便在不同进水温度、不同机组负荷下提供经济的循泵运行组合参考。
表3 循泵组合工况汇总
针对不同循泵组合的凝汽器变工况进行热力计算，制图显示循泵组合下的凝汽器背压与机组负荷率、循环水进水温度之间的关系曲线，负荷率从50%变化至100%，循环水进水温度从5℃变化至33℃。
3.3 最优循泵组合
根据凝汽器变工况热力计算结果，对不同循泵组合产生的循泵功耗差异、不同凝汽器背压产生的发电机功率差异进行叠加，从而对比出不同循环水进水温度下、不同负荷下所对应的经济性最优循泵组合，具体见表4所示，表4中各个循泵组合的定义及参数详见表3。
表4 推荐的循泵组合模式
4 结论
表4所推荐的是最优的循泵组合工况，由于机组调峰状况偏多，实际运行过程中不可能如表中所列的在不同负荷段不停的切换循泵组合，实际操作过程中应根据当前一段时间的气温、综合负荷率进行最优循泵组合的选择。
表4所推荐的不同循环水进水温度、不同负荷下的最优循泵组合工况是在纯经济性比较的基础上计算得出的，而在实际运行过程中，机组出力不是受省调通中心远方指令闭环控制就是受DCS协调控制系统的闭环指令控制，不同循泵组合工况产生的凝汽器背压变化反应出的不是机组出力的变化，而是运行负荷下的煤耗量变化。
直观的说，当循泵组合变化后将引起两种变化：对应负荷下煤耗量变化产生的费用变化、循泵耗功变化后产生的费用变化，结合入厂煤价、上网电价，两个费用叠加后形成一个综合的费用变化，以这个综合费用进行不同循泵组合工况之间的经济对比，对比结果与表4所推荐的最优循泵组合基本一致，只是当入厂煤价、上网电价发生变化时，最优循泵组合的工况点会发生整体偏移而已，所以当入厂煤价明显偏高的时候，结合表4，在选择最优的循泵组合时应略偏向于考虑循泵运行台数较多或循环水运行流量较大的组合工况，而当上网电价比较可观时，选择最优的循泵组合时应适当考虑循泵运行台数较少或循环水运行流量较小的组合工况。
【参考文献】
[1]朱玉娜，王培红，等.凝汽器变工况核算及其传热系数的确定方法[J].电站系统工程，1998，14（6）：9-11，32.。