第33卷第10期2012年10月電力建設(shè)發(fā)電技術(shù)基于逐月運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化的1000MW火電機(jī)組循環(huán)水泵配置楊志，龍國(guó)慶(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣州市510663 )摘要:合理配 置循環(huán)水泵和優(yōu)化運(yùn)行方式是電廠循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和節(jié)能降耗的重要步驟。提出在循環(huán)水泵配置選型階段就考慮循環(huán)水系統(tǒng)按廠址氣象條件、負(fù)荷變化的多工況優(yōu)化運(yùn)行,以達(dá)到初始投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的綜合最優(yōu),結(jié)合某1 000 MW火電機(jī)組工程實(shí)例，基于逐月運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化結(jié)果,對(duì)多種循環(huán)水泵配置方式進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,提出了推薦方案。關(guān)鍵詞:運(yùn)行優(yōu)化;10000 MW;火電機(jī)組;循環(huán)水泵;節(jié)能;氣象條件:Circulating Pump Configuration of 1 000 MW Thermal PowerUnit Based on Monthly Operation OptimizationYANG Zhi, LONG Guoqing(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China)ABSTRACT: The reasonable section of circulating pump configuration and the opimization of operation mode are the keytechnology of circulation water sysem in thermal power unit, and the important step of energy saving and consumptionreduction. This paper suggested that the optimal operation with multiple load cases of meteorological conditions and loadchange should be considered at the elecion stage of circulating pump configuraion, in order to achieve the comprehensiveoptimization of initial investment and operation economy. Taking a 1 000 MW thermal power unit for example, the technicaleconomy was compared between various configuration modes of circulating pumps, and proposed a recommended scheme,based on the optimization results of energy saving in monthly operation.KEYWORDS: operation optimization; 1 000 MW; thermal power unit; circulating pump; energy saving;meteorological condition中團(tuán)分類(lèi)號(hào): TM 621.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1000 -7229(2012)10-0059 -04doi: 10. 3969/j. issn. 1000 - 7229.2012. 10. 014國(guó)內(nèi)已建機(jī)組循泵配置選型通常主要針對(duì)泵及所0引言配電機(jī)設(shè)備本體,計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用時(shí)循環(huán)水量的調(diào)節(jié)往往目前我國(guó)工業(yè)企業(yè)單位GDP能耗居高不下的情根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按季節(jié)確定['21,忽略因運(yùn)行水量變化造成的況已經(jīng)引起高度重視，國(guó)家在“十二五”節(jié)能減排綜汽輪機(jī)功率變化,從而出現(xiàn)循泵本體的選型合理但系統(tǒng)合性工作方案中提出了單位生產(chǎn)總值能耗降低16%的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不是最好的情況。為實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能目標(biāo)，的目標(biāo)。我國(guó)火力發(fā)電廠能耗在- -次能源生產(chǎn)總量非常有必要在循泵選型時(shí)采用從“按經(jīng)驗(yàn)逐季調(diào)節(jié)”到中占有很大比重,冷卻水系統(tǒng)中的循環(huán)水泵(以下簡(jiǎn)“按計(jì)算逐月調(diào)節(jié)”轉(zhuǎn)化的精細(xì)化節(jié)能優(yōu)化思路。本文稱(chēng)循泵)是火電廠節(jié)能的重要對(duì)象,占汽輪發(fā)電機(jī)組將以長(zhǎng)江中游某采用二次循環(huán)的2x 1000 MW火電機(jī)額定發(fā)電量的1. 0% ~1. 5% ,其運(yùn)行特性不僅關(guān)系組為例,基于循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論,結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟮诫娔艿膿p耗,而且會(huì)直接影響凝汽器背壓,從而影條件對(duì)各種循泵配置方案進(jìn)行逐月運(yùn)行的節(jié)能優(yōu)化研響機(jī)組煤耗或發(fā)電量。特別是對(duì)于1 000 MW級(jí)火究,并在此著小進(jìn)行南暗花竹中國(guó)煤化工電機(jī)組,其冷卻水系統(tǒng)規(guī)模大、電能消耗多,合理配置11000HCNM H G.方式循泵和優(yōu)化運(yùn)行方式對(duì)電廠能否實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能降耗目標(biāo)至關(guān)重要。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及對(duì)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型機(jī)組的調(diào)研分Eletrir Poner Construction VoL 33, Na 10, Oc. , 20121 59發(fā)電技術(shù)電力建設(shè)2012年10月析[3]. ,結(jié)合廠址氣象條件特點(diǎn),本工程2x1 000 MW22 配置方案1循泵運(yùn)行工況(1 x1 000 MW機(jī)組)Tab.2 Operating conditions in No, 1 configuration機(jī)組循泵主要按一機(jī)兩泵擴(kuò) 大單元制、一-機(jī)三泵單元scheme of circulating pump (1 x1 000 MW unit)制2種配置方式進(jìn)行比選。進(jìn)口泵價(jià)格昂貴,循泵型循泵運(yùn)行方式流量百分比/%流量/(m3.s-1)式按國(guó)產(chǎn)立式斜流泵考慮。3泵1028.4由于四季氣溫變化和全年發(fā)電負(fù)荷變化，機(jī)組對(duì)2泵7S21.3循環(huán)水量的需求變化也較大。為了降低電耗,可將1泵4(11.41 000 MW機(jī)組循泵設(shè)計(jì)成流量可調(diào)的方式。改變循泵特性一般采用變頻調(diào)節(jié)、改變泵的轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)導(dǎo)葉表3配置方案2循泵運(yùn)行工況(1 x1 000 MW機(jī)組)[ab.3 Operating conditions in No.2 configuration和葉片的安裝角度3種方法。根據(jù)同類(lèi)工程計(jì)算結(jié)果[4],變頻器的投資回收流量百分比/% .流量/(m2 .g-')期取決于機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間。大型變頻器價(jià)格3高高,為減小投人的風(fēng)險(xiǎn),建議電廠在投運(yùn)幾年后再進(jìn)2高1低9行循泵變頻改造論證。2低1高25.4近年來(lái),國(guó)內(nèi)1000 MW火電機(jī)組在技術(shù)改造3低3423.8中,通常采用雙速電機(jī)的方法來(lái)對(duì)循泵進(jìn)行調(diào)2高速[4),僅改變其接線方式,不再添置任何設(shè)備,從改1高1低19.3造費(fèi)用、維護(hù)保養(yǎng)、運(yùn)行可靠角度考慮,都具有相對(duì)2低17.6的優(yōu)越性。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,雙速泵方案更適用于大單高40型循泵的流量條件。動(dòng)葉可調(diào)泵的投資增加較多單低9.5(造價(jià)增加約20%),同類(lèi)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少,在此不進(jìn)行比選。表4配置方案3循泵運(yùn)行工況Tab.4 Operating conditions in No. 3 configuration綜合上述分析,本工程2x1 000 MW機(jī)組主scheme of circulating pump要對(duì)如表1所示的3種循泵配置方案進(jìn)行深人流量/比選。機(jī)組百分比/% (m3 .s-')表12x1 000 MW機(jī)組初選循泵配置方案Tab.1 Primary configuration scheme of2低。8323.5circulating pump in 2x1 000 MW units1x1000MW5017.0循泵調(diào)速.組合循環(huán)水流量方案14.2方式可調(diào)節(jié)組數(shù)3025.5定速-機(jī)三泵單元制85雙速19.8機(jī)兩泵擴(kuò)大單元制2x1 000 MW22.67421.02不同配置方案循泵運(yùn)行工況對(duì)于表1中的3種循泵配置方案,需結(jié)合本工程3循 泵最優(yōu)運(yùn)行方式的確定循環(huán)水管路阻力特性,對(duì)各種組合工況的運(yùn)行工作點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算,也是下- -步進(jìn)行循泵逐月運(yùn)行目前,一部分電廠在確定循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)和重要步驟。根據(jù)同類(lèi)工程的改造中缺乏可操作性的理論依據(jù)'5),對(duì)循環(huán)水量的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn),循泵雙速異步電動(dòng)機(jī)極數(shù)分別按16極和18極相當(dāng)粗略,并帶有一定的隨意性,循環(huán)水系統(tǒng)遠(yuǎn)未達(dá)考慮,轉(zhuǎn)速分別為370r/min和330r/min。到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[67] ,造成了能源的極大浪費(fèi)。采用流體計(jì)算分析軟件AFT Impulse 4.0 ,進(jìn)行3在汽輪機(jī)排汽量和循環(huán)水溫一定的情況下,隨著種循泵配置方案下各運(yùn)行組合工況的循泵工作點(diǎn)參循環(huán)水量p的增加凝汽器直空升高，汽輪機(jī)輸出數(shù)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表2~4所示。功率增加，中國(guó)煤化工之增多,抵償增發(fā).在3種循泵配置方案不同運(yùn)行工況參數(shù)點(diǎn)確定功率的收益YH.CN M H GN,與循環(huán)泵耗電之后,可進(jìn)行逐月的運(yùn)行優(yōu)化。量Np之差A(yù)N達(dá)到最大時(shí)的循環(huán)水量稱(chēng)最佳循環(huán)水601 Eletric Power Comstruction VoL 33, No 10, Oc. .2012第33卷第10期楊志,等:基于逐月運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化的1 000 MW火電機(jī)組循環(huán)水泵配置發(fā)電技術(shù)I量,相應(yīng)的凝汽器真空稱(chēng)最佳真空。圖1為循環(huán)水量100r可連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行真空示意圖。9:90主80N,g 75●長(zhǎng)70-- +理論最優(yōu)運(yùn)行水量一方案1優(yōu)化運(yùn)行水 量升65士方案2優(yōu)化運(yùn)行水量6(- *方案3優(yōu)化運(yùn)行水量D/(th)51234567891012月份圖1最優(yōu)運(yùn)行真空示意Fig. 1 Optimal vacuum in operation圖2逐月最優(yōu)運(yùn)行水量和各循泵配置方案優(yōu)化運(yùn)行水量Fig.2 Optimal water in monthly operation and water in根據(jù)上述循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化的分析和相optimization configuration scheme of circulating pump應(yīng)數(shù)學(xué)模型[8] ,結(jié)合本工程廠址的氣象條件,計(jì)算得到每個(gè)月機(jī)組運(yùn)行的最優(yōu)水量,從而根據(jù)與最優(yōu)水量表63種循泵配置方案的逐月綜合節(jié)能功率值的貼近度,確定各種泵型配置下的逐月最優(yōu)運(yùn)行Tab.6 Integrated monthly energy-saving power in方式(910]。three configuration schemes of circulating pumps萬(wàn)kW .h假設(shè)機(jī)組滿(mǎn)發(fā),以循泵配置方案1為基準(zhǔn)工況,3方案1方案2種配置方案的月最優(yōu)運(yùn)行方式如表5所示,逐月最優(yōu)1 1401 120運(yùn)行水量和各循泵配置方案優(yōu)化運(yùn)行水量如圖2990所示。01 2701 210t5 3種循泵配置方案的最優(yōu)運(yùn)行方式22102 100Tab. 5 Optimal operation modes for three configuration7501 300schemes of circulating pumps方案312泵2低1高21高1低2機(jī)3低1372.1 0703泵3低2機(jī)3高(-3902高1低1 350全年合計(jì)37867注:全年合計(jì)節(jié)能功率值按年運(yùn)行5 000 h考慮;每月的節(jié)能功率值均為與方案1對(duì)比的相對(duì)值，含循泵耗功與機(jī)組微增功率差異。2低1高節(jié)能功率分別為378萬(wàn)kW .h和367萬(wàn)kW●h,按112高上網(wǎng)電價(jià)0.45元/(kW . h)計(jì)算,年節(jié)電折合費(fèi)用.12分別為170萬(wàn)元和165萬(wàn)元。注:最優(yōu)運(yùn)行水最計(jì)算時(shí)假設(shè)循泵可連續(xù)調(diào)節(jié)(變頻)。4各種循泵配置綜合比選根據(jù)運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果,對(duì)各種循泵配置方案的綜合根據(jù)設(shè)備費(fèi)用及土建費(fèi)用現(xiàn)價(jià),結(jié)合循泵逐月運(yùn)節(jié)能功率進(jìn)行對(duì)比,如表6所示。行節(jié)能方式優(yōu)化結(jié)果,按年運(yùn)行小時(shí)數(shù)5000 h、各月從各種循泵配置方案采用最佳運(yùn)行方式下的綜合運(yùn)行小時(shí)數(shù)平均分配合年進(jìn)出二況考慮,對(duì)3種循節(jié)能功率比較表可以看出,采用循泵流量可調(diào)(雙速)泵配置方中國(guó)煤化工?如表7所示。其的方案2和方案3與流量不可調(diào)的方案1(定速)相中,經(jīng)濟(jì)比HCNMH G失設(shè)備及土建初投，比,節(jié)能效果非常明顯,方案2和方案3較方案1年總資、循泵運(yùn)行費(fèi)用、微增功率產(chǎn)生的費(fèi)用等。Elric Power Constructiom Vol. 33. Na. 10. Ocr. 2012| 61]發(fā)電技術(shù)電力建設(shè)2012年10月表73種循泵配置方案的綜合經(jīng)濟(jì)比較(2x1000MW)用循泵流量可調(diào)(雙速)的方案與流量不可調(diào)的方案Tab.7 Comprehensive economic comparison between three(定速)相比,增加了水量的調(diào)節(jié)方式,節(jié)約了廠用電，configuration schemes of circulating pumps (2 x1 000MW)年節(jié)能功率可達(dá)378萬(wàn)kW . h,若機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，項(xiàng)目方案1方案2方案 3發(fā)電負(fù)荷變化較大時(shí),運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更加明顯。設(shè)備及上建費(fèi)合計(jì)/萬(wàn)元.3 2463366.3 441(3)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較顯示,本工程循泵配置采循泵造價(jià)/萬(wàn)元1 8001 9202 000用一機(jī)三泵單元制(立式雙速斜流泵)方案經(jīng)濟(jì)性最其他主要設(shè)備造價(jià)/萬(wàn)元41360優(yōu),且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、流量調(diào)節(jié)靈活方便、設(shè)備成熟可靠、泵房土建費(fèi)用/萬(wàn)元1 033同類(lèi)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。年運(yùn)行費(fèi)用差值/萬(wàn)元- 17065年總費(fèi)用/萬(wàn)元461308 .246參考文獻(xiàn)排名[1]金迪. 1 000 MW火電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)選型探討[J].華東電力,注:年總費(fèi)用按20年考慮,采用動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析的年費(fèi)用最小法2004 ,32(10) :30-32.計(jì)算。[2]李波.濱海火電廠1 000 MW機(jī)組循環(huán)水泵選型方案的探討[J].機(jī)電工程技術(shù),2007 ,36<11) :95-97.從綜合經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果可以得出:[3]王東海某核電站循環(huán)水泵的選擇及配置[J].給水排水,2006 ,32.(1)從設(shè)備費(fèi)用和土建費(fèi)用的初始投資來(lái)看，方(4):95-97.案1的初始投資較低,但總體相差不大;從年運(yùn)行費(fèi)[4]王維.三門(mén)核電廠循環(huán)水泵節(jié)能淺析[J].水泵技術(shù),2011(1):37-39.用來(lái)看,方案2和方案3基本相當(dāng),比方案1優(yōu)勢(shì)較[5]齊復(fù)東,賈樹(shù)本,馬義偉.電站凝汽設(shè)備和冷卻系統(tǒng)[ M].北京:水大,年運(yùn)行費(fèi)用省約165萬(wàn)元;綜合年費(fèi)用排名分別利電力出版社,99:100-263.為方案2、方案3、方案1,即一機(jī)三泵(單元制,雙速[6] 上愛(ài)軍,李艷華.張小桃.等.循環(huán)水泵運(yùn)行方式的在線分析與研立式斜流泵)有最優(yōu)的綜合經(jīng)濟(jì)性。究[J].汽輪機(jī)技術(shù),2005 ,47(2):130-133.(2)從運(yùn)行調(diào)節(jié)水量靈活性和節(jié)約廠用電角度[7]金晏海,闞洪.循環(huán)水泵的運(yùn)行方式及節(jié)能分析[J].華電技術(shù),來(lái)看,方案2和方案3基本相當(dāng),由于- -機(jī)兩泵方案2011 ,33(7)77-82 .增加了聯(lián)絡(luò)閥,從操作和檢修維護(hù)方面比較,比一機(jī)[8]盧懷鈿.鐘少偉.1 036 MW機(jī)組汽輪機(jī)冷端運(yùn)行優(yōu)化及循泵雙速節(jié)能改造的試驗(yàn)研究[J]電力建設(shè).2011 ,32(7) ;109-12.三泵方案略顯復(fù)雜。1 000 MW機(jī)組采用國(guó)產(chǎn)泵- -[9]黃新元,趙圖.火電廠單元制循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化模型及其應(yīng)用機(jī)三泵設(shè)備,技術(shù)更為成熟,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。[J].熱能動(dòng)力工程,2004 ,19(3) :302-305.(3)從綜合經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行穩(wěn)定性和檢修維護(hù)等方10] 繆國(guó)鈞,葛曉霞.電廠循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行[J].汽輪機(jī)技術(shù),面考慮,方案2較有優(yōu)勢(shì)。2011 ,53(3) :230-232.5結(jié)論收稿日期:2012-06- 19修回 日期:2012-07-31作者簡(jiǎn)介:(1)在循泵配置選型階段就考慮循環(huán)水系統(tǒng)多楊志(1982),男,碩士,工程師,主要從事火電廠水工工藝方面研工況優(yōu)化運(yùn)行,采用從“按經(jīng)驗(yàn)逐季調(diào)節(jié)”到“按計(jì)算究工作. E-mail:yangzhi@ gedi. com. cn;逐月調(diào)節(jié)”轉(zhuǎn)化的精細(xì)化節(jié)能優(yōu)化思路,可達(dá)到初始龍國(guó)慶(1971),男,碩士,高級(jí)工程師,主要從事火電廠水工工藝投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的綜合最優(yōu)。方面研究工作,E mailogguoqing@ gedi. com. cn。(編輯:樊愛(ài)霞)(2)基于循環(huán)水系統(tǒng)逐月運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化結(jié)果,采中國(guó)煤化工YHCNMHGElectric Power Constrcion Vol 33, Na.10, Oct. .2012