基于双机一塔循环水系统供暖季单循环水泵应用研究

张 道,王 鹏,李长宽,宋吉庆,王朝立

(1.华能渑池热电有限责任公司,河南 三门峡 472400;2.水发规划设计有限公司,山东 济南 250100)

0 引言

目前,火电厂积极开展节能降耗工作,深挖机组节能潜力,循环水泵是火电厂中耗电量较大的辅机之一,其消耗的电能约占厂总发电量的0.5%,循环水泵的运行方式对凝汽器真空和厂用电率等指标影响较大。因此,研究在一定环境及汽轮机负荷条件下的循环水泵最优运行方式,确定循环水泵的合理运行台数,保证凝汽器在最佳真空下工作,是提高电厂运行经济性的重要措施[1-4]。

大多数学者对双机双塔型循环水系统进行了分析,文献[5-6]对冬季双机双塔型循环水系统双机一塔的运行技术及可行性研究进行了分析,但未分析双机一塔的逻辑修改措施及运行调整方案。文献[7-12]分别对冬季双机单泵运行和变频泵节能改造经济性进行了分析,但未分析循环水流量与负荷的关系。

针对双机一塔型循环水系统,研究分析尚少。因此,针对该系统,分析了冬季供热季4种工况下的循环水流量,求解得到循环水单泵运行的最低负荷点,通过一系列运行调整措施,保证了单泵运行的可操作性,为350 MW双机一塔型循环水系统采暖季单循环水泵运行提供参考。

1 机组概况

电厂1、2号汽轮机型号为CC350/291-24.2/1.3/0.4/566/566。循环水系统为扩大单元制供水系统,每台机组配备2台立式湿井式斜流循环水泵,其中1台为低速泵,流量为17 496 t/h;另1台为高速泵,流量为20 304 t/h,水泵扬程为28 m,开式循环水系统每台机配备2台开式循环水泵,每台水泵流量为2300 t/h。每台机组各配用1台冷却面积为22 000 m2的凝汽器,2台机组共用1座淋水面积为9500 m2的自然通风冷却塔,每台机配水分为4个区域,整个塔配水分为8个区域,即2个内围配水区域,6个外围配水区域,内围区面积约为全塔面积的43%,外围区面积约为全塔面积的57%,通过关闭、开启闸板,可实现每个配水区域独立运行。循环水经上塔母管进入中央竖井,通过注水槽、配水管、喷溅装置后,喷洒到淋水填料上,在淋水填料上换热后落入集水池,经回水沟后被循环水泵送回到凝汽器和辅机冷却器供冷却用水,双机一塔循环水系统示意图如图1所示。

图1 双机一塔循环水系统示意图

2 单循环水泵运行工况分析

根据东方汽轮机有限责任公司提供的数据,采暖季额定供热工况时低压缸进汽量为337.75 t/h。凝汽器排汽压力报警值为13.3 kPa,凝汽器额定排汽压力为4.9 kPa。低压缸零出力供热改造后,根据性能试验数据,采暖季低压缸最大进汽量为41.2 t/h,凝汽器排汽压力报警值为3.9 kPa。采暖季循环水供水平均温度为13.29 ℃。根据热平衡公式,按照式(1)、式(2)计算,分别分析了凝汽器压力报警工况、凝汽器额定压力工况、低压缸零出力运行1台工况、低压缸零出力运行2台工况下的循环水流量。

Qx=Qc(Ic1-Ic2)/(I2-I1)

(1)

式中:Qx为循环水流量,t/h;Qc为低压缸排汽流量,t/h;Ic1为低压缸排汽焓值,kJ/kg;Ic2为凝结水焓值,kJ/kg;I2为循环水出口焓值,kJ/kg;I1为循环水入口焓值,kJ/kg。

Q=2Qx+2Qk

(2)

式中:Q为双机循环水流量,t/h;Qk为冷却水泵流量,t/h。

2.1 凝汽器压力报警工况

凝汽器压力为13.3 kPa,循环水平均供水温度为13.29 ℃,低压缸排汽流量为337.75 t/h,低压缸的排汽焓值为2593.96 kJ/kg,凝结水的焓值为215.6 kJ/kg,循环水出口焓值为215.6 kJ/kg,循环水入口焓值为55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,总循环水量为14 653.7 t/h,总循环水流量低于循环水低速泵流量17 496 t/h,因此,循环水低速泵满足此工况使用要求。

2.2 凝汽器额定压力工况

凝汽器压力为4.9 kPa,循环水平均供水温度为13.29 ℃,低压缸排汽流量为337.75 t/h,低压缸排汽焓值为2560.12 kJ/kg,凝结水焓值为136.26 kJ/kg,循环水出口焓值为136.26 kJ/kg,循环水入口焓值为55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,总循环水量为24 949.46 t/h,总循环水流量高于循环水高速泵流量20 304 t/h,因此,可以采取启用任意2台循环泵满足此工况使用要求。

2.3 低压缸零出力运行1台工况

凝汽器压力为3.9 kPa,循环水平均供水温度为13.29 ℃,低压缸排汽流量41.4 t/h,低压缸的排汽焓值为2552.92 kJ/kg,凝结水焓的值为119.58 kJ/kg,循环水出口焓值为119.58 kJ/kg,循环水入口焓值为55.8 kJ/kg。由式(1)和式(2)可得,总循环水量为7758.99 t/h,总循环水流量低于循环水低速泵流量17 496 t/h,因此,循环水低速泵满足此工况使用要求。

2.4 低压缸零出力运行2台工况

由式(1)计算凝汽器额定压力工况、低压缸零出力运行1台工况可知,总循环水量为16 354 t/h,总循环水流量低于循环水低速泵流量17 496 t/h,因此,循环水低速泵满足此工况使用要求。

通过对4种工况循环水总流量分析,仅有当低压缸零出力未改造前凝汽器额定压力工况时,单循环水泵不满足总循环水流量要求,需启动双泵运行,其余3种工况均满足总循环水流量要求。因此,对该凝汽器额定压力工况进行迭代计算,当凝汽器压力为4.9 kPa,循环水平均供水温度为13.29 ℃,总循环水量为20 304 t/h时,计算得到此时的低压缸排汽流量为260.65 t/h,即THA工况的77.17%。当负荷<75%时,4种工况均满足单循环水泵运行要求;当负荷>75%时,需要启动双泵运行。

3 单循环水泵运行调整措施及应用

双机一塔循环水系统通过将供水管联络阀门开启来实现双机循环水互联,双机一塔单循环水泵运行是一种非常规运行方式,具有一定开创性与风险性,主要风险包括运行循环水泵跳闸导致循环水压力突降、循环水泵出口蝶阀开关不当造成循环水压力过低、单泵运行压力低造成冷却塔落水破坏等,其中最危急风险就是运行单泵出现故障将对2台机组产生影响,因此采取了一系列调整措施如下。

3.1 循环水泵联锁逻辑优化

a. 新增真空绝对值≥15 kPa时联启备用循环水泵。

b. 增加1号机组供暖模式下循环水泵投备按钮,选择A循环水泵或B循环水泵备用。该模式下自动联启控制逻辑如下:1号机组循环水泵投备用逻辑,由1台泵运行可以投备用修改为母管压力达到0.12 MPa可以投备用;1号机组循环水泵出口母管压力由0.13 MPa降至0.1 MPa。

3.2 运行措施优化

a.2A低速循环水泵运行时,2B循环水泵联锁备用投入,1号机组循环水投入冬季模式,1A循环水泵联锁备用投入,1B循环水泵手动投入备用状态,监视循环水泵启动条件满足。

b. 加强备用循环水泵巡检,确保轴承润滑油水侧压力正常、上轴承处无跑冒滴漏现象、电动机冷却器投入备用、进出风口无异物堵塞;循环水泵电动机上轴承油位高,冷却水回水流量、温度正常,若冷却水流量降低时应及时检查冷却水管是否结冰;确保电动机投入正常、绕组温度高于环境温度,发现异常应及时检修。

c. 加强循环水泵出口液动蝶阀油泵电动机及油压的监视,保证循环水泵出口液动蝶阀油泵联锁正常,当油压低于13 MPa时油泵联启、高于16 MPa时油泵联停,就地检查出口门液压油站电源、控制盘信号指示,确保油箱油位在1/2～3/4处;油管路正常无振动、渗油等情况。

d. 加强2号机组2A循环水泵电流、出口母管压力、电动机绕组温度、推力轴承温度、导向轴承温度、下轴承温度等参数的监视。

e. 1A循环水泵定期启动1次,检查出口液控蝶阀联锁开启是否正常,循环水泵运行时间为2 h,试启动试验期间投入1B循环水泵备用。

f. 1A循环水泵启动运行前将2台机组胶球系统切至收球位,全面检查1号、2号机组循环水系统运行正常后,分别开启2台机组凝汽器进行排气,空气排净后关闭放空气门。1A循环水泵运行2 h后,解除1B循环水泵备用,停运1A循环水泵,投入冬季模式备用。

g. 定期进行1A循环水泵、1B循环水泵、2B循环水泵电动机测试绝缘,并定期进行盘泵工作。

h. 定期启动备用循环水泵冷却风机运行不少于5 min,启动时间在绝缘送电后进行。

i. 当任1台机组真空达到6 kPa时启动1A循环水泵运行,此时投入冬季模式,1B循环水泵备用,当机组总负荷降至400 MW以下时,解除1B循环水泵备用,停运1A循环水泵,投入冬季模式,1A循环水泵备用。

j. 启动循环水泵时注意事项。启动前检查:①DCS启动条件满足,泵启动允许正常发出,液控蝶阀控制油压大于13 MPa;②检查塔盆水位大于1.0 m,轴承冷却水、电动机上轴封油位油质正常;③就地检查循环水泵出口液控蝶阀已送电(关阀状态指示灯亮),就地控制柜电源指示正常,控制方式在远方位,液压油泵控制方式为“自动”,控制油压与DCS显示一致。启动时检查:①循环水泵的正常启动采用程控方式;②启动前就地值班员与控制室通信正常;③启动流程为启动循环水泵,出口阀联动开启15°,电动机启动,循环水泵出口门全开;④检查冷却电动机联启正常;⑤检查启动电流及返回时间、正常运行电流、泵运行声音、轴承振动、轴承温度等参数正常;⑥泵启动正常后检查液控蝶阀油压自动升至13～16 MPa时,液压油泵自动停止。

k. 停运循环水泵时注意事项。停运前检查:①DCS泵停运允许正常发出,液控蝶阀控制油压大于13 MPa;②就地检查循环水泵出口液控蝶阀电源正常(开阀状态指示灯亮),就地控制柜电源指示正常,控制方式在远方位,液压油泵控制方式为“自动”,控制油压与DCS显示一致。停运时检查:①循环水泵正常停运采用程控方式;②停运前就地值班员与控制室通信正常;③启动流程为解除备用泵联锁,蝶阀关闭至15°,停止循环水泵,检查出口蝶阀继续关闭至零、泵不倒转;④泵停运后检查液控蝶阀油压自动升至13～16 MPa时,液压油泵自动停止;⑤检查塔盆液位正常,凉水塔淋水正常。

l. 2A循环水泵跳闸时,应检查2B循环水泵运行参数是否正常,2A循环水泵出口液控蝶阀联锁关闭,2台机组真空是否正常;若2A循环水泵液控蝶阀关闭异常,应就地关闭2A循环水泵出口门,根据机组真空快速降低机组负荷,并立即手动启动1号机组1A循环水泵,关闭循环水联络门。

3.3 单循环水泵运行应用效果

根据实际运行情况,单循环水泵运行后,汽轮机真空未升高,凝汽器端差由5 ℃降至0.5 ℃,停运功率为1400 kW的循环水泵1台,每日可节电3.3万kWh,单机厂用电率降低约1%,全厂厂用电率降低约0.5%,具有明显的经济效益。

4 结语

双机一塔循环水系统机组负荷<75%时,4种工况均满足单循环水泵运行要求。负荷>75%时,需启动双泵运行。双机一塔循环水系统供热季单循环水泵运行方式可保证机组真空水平的同时,有效降低厂用电率,达到了节能、降耗、增效目的,为存在类似问题的电厂提供参考。