基于逐月运行节能优化的1000MW火电机组循环水泵配置

第33卷第10期2012年10月电力建设发电技术基于逐月运行节能优化的1000MW火电机组循环水泵配置杨志，龙国庆(广东省电力设计研究院,广州市510663 )摘要:合理配 置循环水泵和优化运行方式是电厂循环水系统设计中的关键技术和节能降耗的重要步骤。提出在循环水泵配置选型阶段就考虑循环水系统按厂址气象条件、负荷变化的多工况优化运行,以达到初始投资和运行经济性的综合最优,结合某1 000 MW火电机组工程实例，基于逐月运行节能优化结果,对多种循环水泵配置方式进行了技术经济比较,提出了推荐方案。关键词:运行优化;10000 MW;火电机组;循环水泵;节能;气象条件: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中團分类号: TM 621.7文献标志码: A文章编号: 1000 -7229(2012)10-0059 -04doi: 10. 3969/j. issn. 1000 - 7229.2012. 10. 014国内已建机组循泵配置选型通常主要针对泵及所0引言配电机设备本体,计算运行费用时循环水量的调节往往目前我国工业企业单位GDP能耗居高不下的情根据经验按季节确定['21,忽略因运行水量变化造成的况已经引起高度重视，国家在“十二五”节能减排综汽轮机功率变化,从而出现循泵本体的选型合理但系统合性工作方案中提出了单位生产总值能耗降低16%的运行经济性不是最好的情况。为实现国家节能目标，的目标。我国火力发电厂能耗在- -次能源生产总量非常有必要在循泵选型时采用从“按经验逐季调节”到中占有很大比重,冷却水系统中的循环水泵(以下简“按计算逐月调节”转化的精细化节能优化思路。本文称循泵)是火电厂节能的重要对象,占汽轮发电机组将以长江中游某采用二次循环的2x 1000 MW火电机额定发电量的1. 0% ~1. 5% ,其运行特性不仅关系组为例,基于循环水系统经济运行理论,结合当地气象到电能的损耗,而且会直接影响凝汽器背压,从而影条件对各种循泵配置方案进行逐月运行的节能优化研响机组煤耗或发电量。特别是对于1 000 MW级火究,并在此著小进行南暗花竹中国煤化工电机组,其冷却水系统规模大、电能消耗多,合理配置11000HCNM H G.方式循泵和优化运行方式对电厂能否实现安全、经济运行和节能降耗目标至关重要。根据设计经验及对国内外同类型机组的调研分Eletrir Poner Construction VoL 33, Na 10, Oc. , 20121 59发电技术电力建设2012年10月析[3]. ,结合厂址气象条件特点,本工程2x1 000 MW22 配置方案1循泵运行工况(1 x1 000 MW机组)Tab.2 Operating conditions in No, 1 configuration机组循泵主要按一机两泵扩 大单元制、一-机三泵单元scheme of circulating pump (1 x1 000 MW unit)制2种配置方式进行比选。进口泵价格昂贵,循泵型循泵运行方式流量百分比/%流量/(m3.s-1)式按国产立式斜流泵考虑。3泵1028.4由于四季气温变化和全年发电负荷变化，机组对2泵7S21.3循环水量的需求变化也较大。为了降低电耗,可将1泵4(11.41 000 MW机组循泵设计成流量可调的方式。改变循泵特性一般采用变频调节、改变泵的转速、调节导叶表3配置方案2循泵运行工况(1 x1 000 MW机组)[ab.3 Operating conditions in No.2 configuration和叶片的安装角度3种方法。根据同类工程计算结果[4],变频器的投资回收流量百分比/% .流量/(m2 .g-')期取决于机组变负荷运行的时间。大型变频器价格3高高,为减小投人的风险,建议电厂在投运几年后再进2高1低9行循泵变频改造论证。2低1高25.4近年来,国内1000 MW火电机组在技术改造3低3423.8中,通常采用双速电机的方法来对循泵进行调2高速[4),仅改变其接线方式,不再添置任何设备,从改1高1低19.3造费用、维护保养、运行可靠角度考虑,都具有相对2低17.6的优越性。运行经验表明,双速泵方案更适用于大单高40型循泵的流量条件。动叶可调泵的投资增加较多单低9.5(造价增加约20%),同类机组运行经验较少,在此不进行比选。表4配置方案3循泵运行工况Tab.4 Operating conditions in No. 3 configuration综合上述分析,本工程2x1 000 MW机组主scheme of circulating pump要对如表1所示的3种循泵配置方案进行深人流量/比选。机组百分比/% (m3 .s-')表12x1 000 MW机组初选循泵配置方案Tab.1 Primary configuration scheme of2低。8323.5circulating pump in 2x1 000 MW units1x1000MW5017.0循泵调速.组合循环水流量方案14.2方式可调节组数3025.5定速-机三泵单元制85双速19.8机两泵扩大单元制2x1 000 MW22.67421.02不同配置方案循泵运行工况对于表1中的3种循泵配置方案,需结合本工程3循 泵最优运行方式的确定循环水管路阻力特性,对各种组合工况的运行工作点参数进行精确的计算,也是下- -步进行循泵逐月运行目前,一部分电厂在确定循环水系统的运行方式优化计算的基础和重要步骤。根据同类工程的改造中缺乏可操作性的理论依据'5),对循环水量的调节经验,循泵双速异步电动机极数分别按16极和18极相当粗略,并带有一定的随意性,循环水系统远未达考虑,转速分别为370r/min和330r/min。到经济运行[67] ,造成了能源的极大浪费。采用流体计算分析软件AFT Impulse 4.0 ,进行3在汽轮机排汽量和循环水温一定的情况下,随着种循泵配置方案下各运行组合工况的循泵工作点参循环水量p的增加凝汽器直空升高，汽轮机输出数计算,计算结果如表2~4所示。功率增加，中国煤化工之增多,抵偿增发.在3种循泵配置方案不同运行工况参数点确定功率的收益YH.CN M H GN,与循环泵耗电之后,可进行逐月的运行优化。量Np之差AN达到最大时的循环水量称最佳循环水601 Eletric Power Comstruction VoL 33, No 10, Oc. .2012第33卷第10期杨志,等:基于逐月运行节能优化的1 000 MW火电机组循环水泵配置发电技术I量,相应的凝汽器真空称最佳真空。图1为循环水量100r可连续调节系统的最佳运行真空示意图。9:90主80N,g 75●长70-- +理论最优运行水量一方案1优化运行水 量升65士方案2优化运行水量6(- *方案3优化运行水量D/(th)51234567891012月份图1最优运行真空示意Fig. 1 Optimal vacuum in operation图2逐月最优运行水量和各循泵配置方案优化运行水量Fig.2 Optimal water in monthly operation and water in根据上述循环水系统运行方式优化的分析和相optimization configuration scheme of circulating pump应数学模型[8] ,结合本工程厂址的气象条件,计算得到每个月机组运行的最优水量,从而根据与最优水量表63种循泵配置方案的逐月综合节能功率值的贴近度,确定各种泵型配置下的逐月最优运行Tab.6 Integrated monthly energy-saving power in方式(910]。three configuration schemes of circulating pumps万kW .h假设机组满发,以循泵配置方案1为基准工况,3方案1方案2种配置方案的月最优运行方式如表5所示,逐月最优1 1401 120运行水量和各循泵配置方案优化运行水量如图2990所示。01 2701 210t5 3种循泵配置方案的最优运行方式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机3低1372.1 0703泵3低2机3高(-3902高1低1 350全年合计37867注:全年合计节能功率值按年运行5 000 h考虑;每月的节能功率值均为与方案1对比的相对值，含循泵耗功与机组微增功率差异。2低1高节能功率分别为378万kW .h和367万kW●h,按112高上网电价0.45元/(kW . h)计算,年节电折合费用.12分别为170万元和165万元。注:最优运行水最计算时假设循泵可连续调节(变频)。4各种循泵配置综合比选根据运行优化结果,对各种循泵配置方案的综合根据设备费用及土建费用现价,结合循泵逐月运节能功率进行对比,如表6所示。行节能方式优化结果,按年运行小时数5000 h、各月从各种循泵配置方案采用最佳运行方式下的综合运行小时数平均分配合年进出二况考虑,对3种循节能功率比较表可以看出,采用循泵流量可调(双速)泵配置方中国煤化工?如表7所示。其的方案2和方案3与流量不可调的方案1(定速)相中,经济比HCNMH G失设备及土建初投，比,节能效果非常明显,方案2和方案3较方案1年总资、循泵运行费用、微增功率产生的费用等。Elric Power Constructiom Vol. 33. Na. 10. Ocr. 2012| 61]发电技术电力建设2012年10月表73种循泵配置方案的综合经济比较(2x1000MW)用循泵流量可调(双速)的方案与流量不可调的方案Tab.7 Comprehensive economic comparison between three(定速)相比,增加了水量的调节方式,节约了厂用电，configuration schemes of circulating pumps (2 x1 000MW)年节能功率可达378万kW . h,若机组承担调峰任务，项目方案1方案2方案 3发电负荷变化较大时,运行经济性将会更加明显。设备及上建费合计/万元.3 2463366.3 441(3)综合经济技术比较显示,本工程循泵配置采循泵造价/万元1 8001 9202 000用一机三泵单元制(立式双速斜流泵)方案经济性最其他主要设备造价/万元41360优,且系统简单、流量调节灵活方便、设备成熟可靠、泵房土建费用/万元1 033同类机组运行经验丰富。年运行费用差值/万元- 17065年总费用/万元461308 .246参考文献排名[1]金迪. 1 000 MW火电机组循环水系统选型探讨[J].华东电力,注:年总费用按20年考虑,采用动态经济分析的年费用最小法2004 ,32(10) :30-32.计算。[2]李波.滨海火电厂1 000 MW机组循环水泵选型方案的探讨[J].机电工程技术,2007 ,36<11) :95-97.从综合经济比较结果可以得出:[3]王东海某核电站循环水泵的选择及配置[J].给水排水,2006 ,32.(1)从设备费用和土建费用的初始投资来看，方(4):95-97.案1的初始投资较低,但总体相差不大;从年运行费[4]王维.三门核电厂循环水泵节能浅析[J].水泵技术,2011(1):37-39.用来看,方案2和方案3基本相当,比方案1优势较[5]齐复东,贾树本,马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[ M].北京:水大,年运行费用省约165万元;综合年费用排名分别利电力出版社,99:100-263.为方案2、方案3、方案1,即一机三泵(单元制,双速[6] 上爱军,李艳华.张小桃.等.循环水泵运行方式的在线分析与研立式斜流泵)有最优的综合经济性。究[J].汽轮机技术,2005 ,47(2):130-133.(2)从运行调节水量灵活性和节约厂用电角度[7]金晏海,阚洪.循环水泵的运行方式及节能分析[J].华电技术,来看,方案2和方案3基本相当,由于- -机两泵方案2011 ,33(7)77-82 .增加了联络阀,从操作和检修维护方面比较,比一机[8]卢怀钿.钟少伟.1 036 MW机组汽轮机冷端运行优化及循泵双速节能改造的试验研究[J]电力建设.2011 ,32(7) ;109-12.三泵方案略显复杂。1 000 MW机组采用国产泵- -[9]黄新元,赵圖.火电厂单元制循环水系统离散优化模型及其应用机三泵设备,技术更为成熟,运行经验丰富。[J].热能动力工程,2004 ,19(3) :302-305.(3)从综合经济性、运行稳定性和检修维护等方10] 缪国钧,葛晓霞.电厂循环水系统的优化运行[J].汽轮机技术,面考虑,方案2较有优势。2011 ,53(3) :230-232.5结论收稿日期:2012-06- 19修回 日期:2012-07-31作者简介:(1)在循泵配置选型阶段就考虑循环水系统多杨志(1982),男,硕士,工程师,主要从事火电厂水工工艺方面研工况优化运行,采用从“按经验逐季调节”到“按计算究工作. E-mail:yangzhi@ gedi. com. cn;逐月调节”转化的精细化节能优化思路,可达到初始龙国庆(1971),男,硕士,高级工程师,主要从事火电厂水工工艺投资和运行经济性的综合最优。方面研究工作,E mailogguoqing@ gedi. com. cn。(编辑:樊爱霞)(2)基于循环水系统逐月运行节能优化结果,采中国煤化工YHCNMHGElectric Power Constrcion Vol 33, Na.10, Oct. .2012