不同容量循环水泵配置的节能研究

第33卷第4期发电技术L电力建设2012年4月不同农量循环水泵配置的节能研究张震伟,谢尉扬,王舰(浙江浙能能源技术有限公司,杭州市,310052)摘要:循环水泵是火力发电厂的主要耗能设备,冷端优化是发电企业节能工作的一项重要内容。在循环水系统设计和循环水泵选型阶段,采用不同容量循环水泵进行优化配置,可以获得更加灵活的循环水流量组合以适应机组需要的冷却水量。通过不同容量循环水泵配置方案和目前循环水泵主要节能方法之间的比较,说明所选方案能够实现循环水泵的节能调节。若在2×100MW机组中应用该配置方案,节能效果尤为显著。关键词:循环水泵;容量配置;节能;选型设计Research on Energy-saving Selection for Circulating Water Pump withUnequal CapacitiesZHANG Zhenwei, XIE Weiyang, WANG JianZhejiang Energy Technology Co, Ltd., Hangzhou 310052, China)ABSTRACT: Circulating water pump( CWP) is the main power consumption equipment and the cold end optimization isone of the important energy-saving items in fossil fuel power plants. The optimized allocation of CwP with unequal capacityin design stage can obtain a more flexible flow combination in order to meet the required cooling water of unit. Bycomparing the present energy-saving methods of CwP with the selection of CwP with unequal capacity, the schemepresented in this paper can achieve the energy-saving regulation of CWP, which will bring about a striking energy-savingeffect by applying to 2 x1 000 Mw unitsKEYWORDS: circulating water pump( CWP); capacity allocation; energy-saving; selection design中图分类号:TM621.7文献标志码:A文章编号:1000-7229(2012)04-0076-04doi:10.3969/jiss.1000-7229.2012.04.020多台循环水泵扩大成母管制供水,可根据季节变化实0引言现灵活的循环水泵组合运行方式,但循环水管路布置火力发电厂循环冷却水量取决于机组负荷冷却较为复杂,单机循环水系统的故障可能会扩大到同母水进水温度和温升,在一定水温条件下,根据低压缸管的机组上,安全风险增大;同时,由于管路布置不对排汽负荷变化及时提供合适的循环冷却水量,保证合称,会造成运行时机组间流量分配不均衡。由于扩大适的凝汽器真空,是火力发电厂循环水运行优化的一单元制方式节能效果明显,目前国内大多数机组的循项重要内容。通过选择不同容量的循环水泵,进行合环水系统设计采用扩大单元制布置方式,如浙能绍兴理配置,可以获得比较灵活的运行方式,满足不同季滨海热电厂(2×300MW),单机配置2×50%等容量节机组变工况运行的需要,取得更好的节能效果循环水泵,其运行参数如表1所示3。1循环水系统传统节能调节方法表1滨海热电厂循环水泵运行参数Tab 1 Operation parameters of CWP for火力发电厂传统的循环水系统节能调节方法主Binhai cogeneration plant单泵流量/要有:管路节流调节、循环水泵动叶调节、单机增减循季节(m3,)扬程/m效率/%运行单机流量/环水泵台数和扩大单元制方式下增减循环水泵数量调节2。目前使用最多的是扩大单元制方式下增减夏季5.5523.25881机2泵39%6春秋季6.3310882机3泵循环水泵数量调节和循环水泵动叶调节扩大单元制运行方式就是利用2台机组配置的冬季821机1泵2502076 Electric Power Construction VoL 33, Na 4, Apr,2012第33卷第4期张震伟,等:不同容量循环水泵配置的节能研究墩电术循环水泵动叶调节采用特殊的调节机构,在一定范围内调整叶片角度,达到调整循环水泵出力的目2×50%并联75%的。虽然有许多机组采用动叶调节方式,如浙能嘉兴发电厂一期(2×300MW)和二期(4×600MW),但由于叶片调节装置结构复杂,故障率高,实际运行中50%单运行基本上也是按季节进行调节,无法达到完全按冷却水温度进行调节的目的,同时其初投资也较大,这种调节方式在已投产机组中并不占主流。5060708090100110120系统流量%2交流电机变速调节方法图1不同容量循环水泵运行特性曲线Fig 1 characteristic curves of CwP with unequal由于火力发电厂循环水系统普遍按等容量循环capacity in parallel operation水泵配置方案进行设计,限制了循环水泵组合的灵活性。所以目前开展的循环水泵节能改造,通常是在小可用点2、Q2、0、H所封闭面积来表示;而方案2则维持现有系统设计,保留现有水泵设备的基础之上,在30%+50%并联方式下运行,工作点由点1移至进行变流量技术改造。较为通行的方法是采用交流点3,轴功率大小可用点3、Q3、0、B2所封闭面积来表电机调速技术,主要有双速电机调节和高压变频调节。图1阴影部分面积△P就是方案2较方案1获2种方法4。得的节能效果。双速电机调速技术是通过改变定子绕组的极对以滨海热电厂为例,假设按上述2个方案配置数改变旋转磁场同步转速来进行调速6。改造时可当系统需水量为75%额定流量时分析不同容量循以不更换原有的电机费用低、设备简单可靠性高,适环水泵配置方式可获得的节能效果如图2所示。合冬季和春秋季调节,切换操作简便。缺点是有级调图2中,2×50%配置方式下,2台泵并联经管路速级差较大,低速时循环水泵效率有所降低41。节流后,水泵扬程为242m,总功率为额定负荷功率高压变频技术在理论上可以获得高效率、大范围的91%;50%+30%配置方式下,2台泵并联经节流的无级调速但要达到完全的无级调速仍需克服许后,水泵扬程为20m,水泵总功率为额定负荷功率的多困难。首先是转速太低会对推力瓦润滑造成危害,73%,节能显著。所以,不同容量循环水泵配置方案,就是在有限迟缓,其无级变速功能很难获得令人满意的效果。如的循环水泵台数下,通过运行方式的组合,尽可能满何根据不同水温、不同汽轮机负荷,自动调节循环水足机组水量需求,从而减少由管路系统调整引起的压泵频率实现循环水系统的智能运行调度,还有待于头裕量损失保证水泵在最佳效率区运行,获得较好进一步探索。目前,只有少数电厂在技改时采用高压的节能效果。如果在设计阶段实施还可以避免节能变频技术,如大唐七台河电厂(2×350MW)在2006改造所增加的额外费用。年进行了循环水泵电机高压变频改造。目前,国内300、600MW机组大多采用2×50%容量循环水泵母管制设计方案,仅能提供50%、3不同容量循环水泵配置75%、100%共3种有效供水模式。如果同样考虑每台机组配2台循环水泵,在采用40%+60%不同容水泵轴功率正比于水泵的扬程流量,而反比于量循环水泵配置时,可以获得40%、50%、60%、效率。为说明问题,循环水泵以单元制的2×50%70%80%、100%共6种有效循环水量组合,节能效(方案1)和20%+30%+50%(方案2)配置为例,对不同容量循环水泵配置的节能机理进行分析。图1果也将显著提高。为不同容量循环水泵运行特性曲线曲线A为水泵4不同容量循环水泵配置在1000MW特性曲线,曲线B为系统阻力特性曲线。机组上的应用如图1所示,设计工况下,额定流量时循环水泵工作点位置为点1,循泵扬程流量分别为H1、Q1,轴41工程应用功率大小可用点1、Q10、H1所封闭面积来表示。对于1000MW超超临界燃煤机组,现有循环水当系统需水量降为75%额定流量时,方案1仍系统设计普遍采用2×50%或3×33%容量母管制配需2泵并联,运行工作点由点1节流至点2,轴功率大置,如果采用20%+30%+50%容量循环水泵优化配Electric Power Construction vol 33, Na 4, Apr, 201277发电技术L电力建设2012年4月两弃联运行20%+30%+50%配置方案供水量′两泵并联75%1|机组需水量3×33%配置方案供水量H=24.2m20}单泵运行两泵并联100%H=18.5m目1615.6:1823.5:2571272循环水温/℃0102030405060708090100110120系统流量%图32×1000MW机组循环水流量曲线(a)2×50%容量配置方式Fig 3 Circulating water flow curves forA1:50%+30%+20%并联运行2×1000MwurA2:50%+30%并联运行B2:509+30%并联B、C共3个区域(25.7~27.2℃,18.2~23.5℃,15.6℃以下部分)为可节能区域。3×33%方案的供3单泵运行泵并联100%水量大大超过20%+30%+50%方案的供水量,最大时可达到17000m3/h。这3个区域相对应的时间工况为部分夏季时间、大部分春秋季时间和全部冬季419时间,正是全年循环水泵节能调节运行最长的时段这对于1000MW燃煤机组来说具有更加现实的节P能意义。4.2节能效益分析0102030405060708090100110120系统流量%2×1000MW机组采用3×33%容量循环水泵b)50%+30%+20%容量配置方式母管制运行参数如表2所示。由于设计方案仅提供A一水泵特性曲线;B一系统阻力特性曲线了3种运行方式,其余运行方式下的参数确定由流量图2滨海热电厂循环水泵运行特性曲线内插值近似计算获得。Fig 2 Characteristic curves of CWP inparallel operation in Binhai cogeneration plant从表2可以看出,由于不同运行方式下循环水泵设计扬程差异较流量差异更大,所以合理选择循环水置,则可组合18种不同的运行方式自10%至90%泵配置方式,可以有效降低运行压头裕量,由此获得容量之间每级5%的梯度变化,基本能够满足机组在的节能效果也将相当显著。变工况运行时循环水系统全程调节的需要根据凝汽器内传热的热平衡方程可知,若机组负表22×1000MW机组3×33%容量循环水泵运行参数荷、真空维持不变,即排汽量、排汽温度恒定,当季节Tab 2 Operation parameters of 3 CWPs with33%o capacity in 2 x1 000 MW units变化导致冷却水温上升,必须使冷却水温下降才能维运行流量/扬程/轴功率持排汽温度不变,也就是要增加循环冷却水量。所方式(效率取88%)/kW以,根据机组设计背压和凝汽器运行端差,由冷却水单机1泵1.98(12.98913.001300181902)温升、流量和凝汽量之间的关系,就可以算出机组额双机3泵12.372040.48定负荷下不同循环水温对应的流量变化。单机2泵11.7616.532171.011000MW机组,每台采用3×33%容量循双机5泵11510)18.50850)2303n2(2269)环水泵和20%+30%+50%容量循环水泵配置在单机3泵10.54(1054)20.002002354.25(2349)额定负荷下循环水流量随水温变化曲线如图3:括号中为设计值所示比较显示,20%+30%+50%容量配置方案能更该泵的扬程拟合方程式为好地满足机组循环水量需求,2条曲线之间形成的A、H=47.467-23925Q-0.02025Q2(178 Electric Power Construction VoL 33, Na. 4, Apr,2012第33卷第4期张震伟等:不同容量循环水泵配置的节能研究墩电救术式中:H为扬程;Q为流量。acceptance,THA)工况,机组需水量约为设计总量假设各循环水泵性能相似,如果不考虑管路系的52%,3×33%设计方案最优供水模式为单机两统的节流影响,则不同容量配置方案的节能效果比泵66%容量,而20%+30%+50%配置方案则按较如表3所示。本计算在循环水泵运行方式的匹55%容量(双机2×30%+50%)进行配置。配上,按照供水量大于需水量选取最接近供水模20%+30%+50%配置方案各参数可由相同运行式,如夏季50%汽轮机热耗保证( turbine heat方式下的33%循泵参数确定。表32×1000MW机组不同容量循环水泵配置节能效果比较Tab 3 Comparison of Energy saving effect for CWP with unequal capacity in 2 x1 000 MW units3×33%配置方案20%+30%+50%配置方案机组需水量/需水量节能工况(m3s)百分比/%运行方式单机系功率单机泵功率kw运行方式101060100.0单机3×33%7063单机20%+30%+50%7063夏季75%THA7373.2双机5×33%5759双机20%+30%+2×50%50% THA52514520单机2×33%4342双机2x30%+50%97581.6双机5×33%双机2×20%+30%+2×50%5874-115春秋季75%THA6436863.7单机2×33%4342双机30%+2×50%50% THA45.3双机3×33%3061单机50%THA57.4单机2×33%4342双机20%+2×50%3674冬季75%THA452964.8双机3×33%3061双机2×20%+5050%THA3231.8单机33%I885双机20%+50%1979注:TRL指汽轮机额定工况( uibine rating load,TRL)。表3计算结果表明变工况运行方式下,优化配6参考文献置方案在春秋季THA、冬季50%THA运行工况下单机循泵轴功率比设计方案略有增加,其余变工况运行[]D5000发电厂设计技术规程S].北京:中国电力出都能比设计方案有更好的节能效果。版社,2001[2]DLTl1-2009火力发电厂厂用高压电动机调速节能导则5结论[S].北京:中国电力出版社,2009[3]张震伟,王舰.浙江浙能绍兴滨海热电厂闭式冷却系统循环水泵(1)不同容量循环水泵配置可通过运行方式的节能研究[R].杭州:浙能技术中心,2010组合,尽可能满足机组不同的循环水量需求,从而减[4]宫少全王继英王庆斌等.七台河电厂循环水泵变频技术改造少由管路系统调整引起的水泵压头裕量损失,保证水[冂].黑龙江电力,2008,30(1):4247泵在最佳效率区运行,减少辅机功耗。[5]陈康强循环水泵电机改造技术方案[R]湘潭:湘电集团有限公(2)20%+30%+50%容量配置方案组合基本6盛焕程,刘文循环水泵采用双速电机可行性探讨[门]江苏电机能够满足机组在变工况运行时循环水系统全程调节工程,2003,22(5):4244.的需要。7]徐海新张林,王兴平,等,600MW机组循环水和真空系统运行(3)不同容量循环水泵配置可以有多种选择方优化[J.发电设备,2009(3):191-193式,具体应用中可以根据实际情况,综合各种因素进杨少华,杨有,吉瓦级超临界压力发电机组应用变频技术的技术与经济分析[]广东电力2007,20(1):2326行合理选择,以获得最佳的节能效果。(4)不同容量循环水泵配置可以改变现有火力收稿日期:2011-09-25修回日期:2012-01-17发电厂在生产投运后开展循环水泵改造的被动局面作者简介:将循环水系统的节能措施落实在循环水系统设计和作者简介:张震伟(1968),男,工程师,从事发电企业技术服务工循环水泵选型阶段,更加符合循环水系统设计的初作,Ema:znw863@sina.com衷。但不同容量循环水泵配置同时也会给电厂的运(编辑:沈雷)行、检修和备件带来一定的不便。Electric Power Construction Vol 33. Na4,Ap,20129