S109FA机组循环水系统的节能运行分析

S109FA机组循环水系统的节能运行分析发电设备(2008No.6)S109FA机组循环水系统的节能运行分析黄剑雄,唐铭,俞立凡(杭州华电半山发电有限公司,浙江杭州310015)摘要:简要介绍了S109FA联合循环机组循环水系统,以及机组在日开夜停运行方式下的节能措施。试验验证了节能措施的合理性,并给出了具体的节能效果,指出了存在问题关键词:能源与动力工程;燃气轮机;联合循环;循环水系统;经济运行中图分类号:TM6l1.3文献标识码:A文章编号:16714086X(2008)064050904Energy Efficiency Analysis of a $109FA Unit's Circulating Water SystemHUANG Jian-xiong, TANG Min, YU Li-fanHangzhou Huadian Banshan Power Generation Co. Ltd, Hangzhou 310015, China)Abstract: The Circulating water system of a S109FA combined cycle unit is being briefly introduced, whilenergy-saving countermeasures for day-on night-off operating mode proposed. Rationality of these countermeasures hasbeen proved by experimental results, whereas problems needing to be solved are pointed out as wellrbine;combined cycle; circulating water system; economic杭州华电半山发电有限公司燃气蒸汽联合水量,这时汽轮机也获得最佳真空P=12l循环机组已经运行了2年多。由于这一机组作为因为汽轮机的真空度主要是依靠调节冷却水调峰机组,故日开夜停成为此类机组工作的特点。流量来控制的。而运行中的凝汽器压力主要取决本文对其循环水系统的运行方式进行了分析,并于蒸汽负荷冷却水入口温度和冷却水量。冷却探讨了可以采取的节能措施。水温一般取决于自然条件,在蒸汽负荷一定情况下,只有靠增加冷却水的流量来提高凝汽器的真1S10gFA机组循环水系统空度。为提高机组运行的经济性,真空度提高增s109FA联合循环机组的循环水系统见图1。加的汽轮机功率△N1应大于为增加循环水量所多消耗的功率△N2。显然,汽轮机的经济真空2循环水系统的经济运行方式P应位于净增功率△N=△N1-△N2的最大值处,s109FA机组循环水系统的一般运行方式为:这时汽轮机工作在经济运行方式(见图2中a冬季1台循环水泵运行,其它季节2台循环水泵点)。运行。低负荷时根据实际情况调整,合理地调度△N在冷却水量比较小的时候随冷却水量的循环水泵运行是取得经济真空(即最佳真空)的增大而增加,到a点达到最大。如果再进一步增有效措施之大冷却水流量,ΔN反而开始减小,直至为零。但循环水泵并不是开得越多越经济。当循环水到达c点时汽轮机的膨胀能力已达到极限,汽轮量足以带走乏汽的汽化潜热时,这便是经济循环机功率不会再增加,c点所对应的真空称为极限收稿日期:20080611作者简介:黄剑雄(1963-),男,工程师,主要从事发电机组运行管理工作发电设备(2008No.6)S109FA机组循环水系统的节能运行分析放水阀(排地沟)共4只闭式水热式水热交换器交换器动透气阀共4只出水阀A循环水进水阀④8B循环水进水阕国水总开式循环水开式循环⑧④循泵出口循泵出口冷却水液控蝶阀冷却水泵隔环水泵循环秒电机}①1A回水阀这内环国水阀M出水槽辅助循环水泵图1循环水系统简图本问题目前大多数电厂循环水系统的冷却都是采用冷却塔的闭式循环。循环水量的增加,势必造成循环水的循环倍率增加,也就是循环水损失增大因为双曲线冷却塔的循环水损失包括蒸发损失量和风吹损失量,这两个损失量约为循环水流量的当然与气候也有重要关系。所以,循冷却水量D环水的损失,一方面要求补水量增加,而补水量增图2汽轮机的最佳真空pe加会导致水资源费增加,补水的厂用电增加,补水真空。从图2中可以看出,由a点引等水量线与的化学处理成本增加等;另一方面又会造成循环凝汽器压力线相交的b点所对应的真空度p就水的浓缩倍数增加,化学污水处理费用增加,污水是最佳真空,a点所对应的冷却水量D就是最佳排污费用也要相应增加冷却水量。确定汽轮机的最佳真空,并以此为依另外冷却塔的冷却面积是不变的。由于循环据来控制冷却水流量,使汽轮机的排气压力尽量水量的增加,冷却塔内淋水密度也大大增加,使溅维持最佳真空值,以保证机组在经济运行方式下水反射线变粗,造成水与空气的热交换减弱。当工作。在高温季节,循环水温度高汽轮机真空较冷却塔水池内的水多次循环后,循环水温将比开低,会影响机组正常出力。为提高真空,常增开11台循环水泵运行时要高,降低了冷却塔的冷却台循环水泵来增加循环水量,以提高凝汽器真空。效率。所以,在调度循环水泵时要进行综合分析另外,降低循环水温度也可以有效地提高真空。有时并不一定多开1台循环水泵,经济性就会好。根据运行及试验得知,循环水温度每降低1℃,真实际运行中有以下几种组合方式可供选择空约提高0.3%,可以节约燃料0.3%~0.5%(1)夏天高温季节,在满负荷且凝汽器较脏,但以上的“最佳真空”没有考虑环保的成本。随润滑油温度偏高(超过45℃)的情况下采用循环着可持续发展的要求,环保的成本必将引入到水泵双泵加辅助循环水泵运行。最佳真空”的确定中,必须增加考虑循环水的成(2)正常夏季满负荷时采用循环水泵双泵加510S10FA机组循环水系统的节能运行分析发电设备(2008No.6)开式循环冷却水泵运行。水泵、开式循环水泵必须投运。但可采用如下节(3)介于图2b、c工况下,或低负荷运行时能措施采用循环水泵单泵加辅助循环水泵运行。(1)在停机解列1h后,轴封、真空不撤,可(4)正常冬季满负荷时采用循环水泵单泵加改启动辅助循环水泵,停循环水泵和开式循环水开式循环冷却泵运行。泵,手动开启开式循环水电动总阀和循环水旁路(5)冬天寒冷季节,在满负荷且热交换器较阀。机组启动前恢复原运行方式。好,润滑油温度不超温情况下采用循环水泵单泵(2)在冷态、热态开机的准备阶段(即启动运行,开式循环冷却泵停用。前投轴封的阶段),投轴封时不开循环水泵,仅开辅助循环水泵运行时,均为单独的开式系统,辅助循环水泵。开机前恢复正常运行方式。不与循环水系统连通。因为连通后会造成开式水(3)冬季采用此节能方法,更利于低压缸的系统冷却水流量不确定,特别在图2c方式下单缸胀。因为在投轴封建真空后,由于冬季水温循环水泵出口压力与辅助循环水泵出口压力差较低,真空极高,一般可达99kPa,反而使得低压缸大膨胀不开。所以在冬季启动前投轴封的阶段另外由于循环水泵通常不选用调速,故循环方面采用此节能措施;另一方面还需根据机组情水量只能阶梯地变化。有条件的电厂,可将循环况,合理控制真空值,确保机组缸体膨胀正常。水泵改造成调速水泵(变频调速或液力偶合器调停机后还有汽轮机的缸体残温热量、轴封蒸速),则运行调整将更加灵活,但改造成本较高。汽的热量和汽轮机部分管道疏水的热量需要带也可简单地对循环水泵电机进行双速变极改造,走,所以只要循环水不中断,缸温就没有问题。在即高速运行满足电机原设计参数,低速运行能降开式循泵冷却水泵运行时也可利用开式循环水分低循环水泵流量及电能消耗。流一部分给凝汽器降温。也可考虑将循环水泵增加一个小叶轮,夏天用原装的大叶轮其它季节换用小叶轮,这样循环4节能措施的收效水量的组合方式将更多,阶梯变化量也将更小,更(1)停机时间短(4h内),一般不停铀封,则有利于运行的经济性。根据原杭州艮山门发电厂单台机组每天就有3h的节能时间。的经验,小叶轮的水量在原额定流量的70%左①理论上按额定值计算可节电右,厂用电量在原耗电量的80%左右,节能效果(1120kW+132kW-185kW)×3h明显,但增加了换叶轮的工作量=3201kW·h在凝汽器运行中要根据端差情况,及时清理实际上各泵的功耗为:循环水泵1080kW,开污垢,以提高机组运行的经济性式循环冷却水泵115kW,辅助循环水泵175kW,所以实际可节约厂用电为:3循环水系统备用期间的节能措施(1080kW+115kW-175kW)x3h=3060kW·h目前,S109FA联合循环机组是单轴机组。②可节约循环水补水量为(循环水的蒸发损GE公司对单轴机组的轴封供汽压力和温度都有失量和风吹损失量约为冷却塔总流量的1%~严格的要求,以保证汽轮机缸体不产生过大的热3%,假设取它的最小值):应力,因此冷态启动时,轴封应该提前4h投入;(14400m3/h-1249m3/h)x3hx1%xlU/m2在备用期间(日开夜停)必须确保轴封在机组启394.53t动前1~2h正常运行。假设按每天运行20h,全年可运行175天计如停机时间较短时可考虑轴封不撤。因为频算,则节约厂用电繁地投撤轴封极易造成润滑油系统带水,影响机175×3060=535500kW·h组启动节约用水:在轴封运行的情况下,S109FA机组规定循环175×394.53=69042.75t511发电设备(2008No.6)S09FA机组循环水系统的节能运行分析(2)停机时间长(4h)以上,一般选停轴封,采用这些节能措施后,在节能运行的时间内并在机组启动前2h投轴封,即有2h的节能时因为辅助循环水泵没有备泵,运行人员必须加强间,也就为不撤轴封时节能收效的2/3左右。监视。一旦辅助循环水泵跳闸,要尽快恢复循环假设单台机组全年可运行在200天以上,采水泵、开式循环水泵的运行。用此方法运行后,全年可节约厂用电:也可以在DCS中做一个节能运行方式的连200×3060×2/3=408000kW·h锁。当辅助循环水泵跳闸后,循环水泵、开式循环节约用水水泵自动启动,并自动关闭开式循环水旁路阀。200×394.53×2/3=526041还必须注意闭式水系统和润滑油系统的温5结语度,并做出相应措施。参考文献循环水系统是S109FA联合循环电厂的重要辅助系统之一,是热力循环中的重要一环,对整个1]杨善让汽轮机凝汽设备及运行管理[M],北京:水利电力电厂的安全、经济运行都有着决定性的影响。出版社,1993(上接第484页)果系统运行环境恶劣不仅会造成卡件的损坏,严即使不能保持在制造厂要求的9%湿度无冷凝重的还可能影响卡件功能,从而影响机组的启动。的要求,也必须保证小室环境温度不出现剧烈变由于LS2100采用的是大功率可控硅,在运化公司要求的室内环境温度为40°C以下。S2100行状况下控制小室内部的温度上升很快。而GE结语的一些辅助模块均为电子设备,温度急剧上升可静态变频器作为燃气轮机的启动器有许多优能会导致测量数据不正确,芯片工作状态不稳定,势,但目前采用的LS2100静态变频器输出的电电子元器件老化加速等等一系列的问题,而当问压波形为矩形波,存在大量谐波,静态启动时将引题集中时就可能引发机组启动失败。起发电机附加发热和转矩脉动2,特别是在启动LS2100系统设在一个密闭的小室内依靠和低转速时可能对发电机有一定的损伤。因此建空调设备来调节温度。正常运行时湿度保持在一议开发电压型SFC(单元串联多电平电压型变频个适当的范围。短时间重复启动时,特别是雨季器)来替换LCI静态变频器。和冬季的大雾季节里,当LS2100停止运行后由于空调的作用小室温度下降非常快某些卡件暴参考文献:露在潮湿骤冷的环境中会产生凝露。当短时的停1杨顺虎,燃气蒸气联合循环发电设备及运行M,北京:运结束重新启动时,一些外部接点状态改变后,则中国电力出版社,2003会引起芯片损坏,密封式继电器引脚带电误动作[2]刘明行,赵玉,项立峥燃气轮机发电机组静止变频启动装置研究[J].能源研究与信息,2006,22(2):98-10电源模块凝露引发短路使得电源消失等等。因此在短暂停机时需维持EX2000密闭小室的湿度