摘要：我国是个电能消耗大国，就目前的实际情况来看，我国的主要供电方式依旧是火力发电，但随着节能减排思想的不断深入和科学技术的不断发展，火力发电的弊端也越来越明显，人们在使用火电设备的过程中更注重对其经济性和环保性的研究，循环水泵就是其中十分重要的一项。本文以某电厂350MW 超临界机组为研究对象，通过工程计算得出了不同环境下的循环水泵优化控制方案，为实现机组的经济运行提供了重要参考。
关键词：火电机组；循环水泵；节能；优化
火力发电一直以来都是我国主要的发电方式，但是其能耗大、污染严重的缺点也一直阻碍着我国环保事业的发展。近年来，随着国家对生态文明建设的重视，节能减排成为了我国优化经济结构、推动绿色循环低碳发展的重要突破口，电力行业首当其冲，电力系统设备的节能减排改造成为了节能减排的主要对象。根据相关统计，目前我国的全国发电量已经超过了60000 亿千瓦时，其中火电发电量占比超过80%。虽然随着科学技术的不断发展，清洁能源和可再生能源发电受到了广泛关注，在总发电量中的占比也有所上升，但依旧无法匹敌火力发电，因此对火力发电设备进行改造才是实现电力行业节能减排的最佳途径。
据统计，在火力发电设备中，循环水泵的耗电量在厂总发电量中的占比超过1%，并且循环水泵的运行效率能够大幅度影响到其它相关发电设备的运行，由此可见，对循环水泵进行优化能够有效的提高发电厂的运行效率，降低发电厂的能源消耗，从而实现电力企业的节能减排。
1、循环水系统概述
循环水系统包括循环水泵、凝汽器、冷却塔等相关设备，主要功能是将冷却水送至凝气器去冷却汽轮机低压缸排汽，以维持凝气器的真空，使汽水循环得以继续。循环水泵在整个循环水系统中属于关键动力设备，有效的将原动机的机械能转换为叶轮输送流体的压能和动能，把冷却水源源不断的提供给凝汽器，维持凝汽器在真空状态，使汽轮机得以通畅地排汽。失去了循环水泵，凝汽器无法获得必要的冷却水，机组将无法维持运行。
循环水泵主要有离心泵和轴流泵两种。离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。轴流泵靠旋转叶轮的叶片对液体产生的作用力使液体沿轴线方向输送的泵，有立式、卧式、斜式及贯流式数种。目前我国火电厂主要采用的则是立式斜流泵，它主要通过离心力和升力之间的综合作用来控制水流，将离心泵和轴流泵的优点综合了起来，同时弥补了两者的不足。
循环水泵的流量很大，扬程较低，主要用来克服循环系统的压力降。但是容易受到负载、水温等外界因素的影响和干扰，输出情况十分不稳定，因此在循环水系统中主要采用并联的方式进行连接运行。一般来说发电厂使用的大型循环水泵采用的都是轴流泵的形式。整个系统中的各个设备都是相互连接、相互依赖、相互影响的，一旦任何一个设备出现异常都有可能影响到整个系统的运行效率，给系统运行带来严重的影响。
2、某电厂循环水系统现状分析
根据调查情况来看，目前该电厂的循环水泵没有相应的运行方案和要求，水泵运行方式切换随意，在运行过程中不考虑功耗，大量资源和能源在这个过程中被无形的浪费了，不具备经济性和环保性，因此必须对循环水泵进行相应的优化。采用变频控制方案是目前最先进的循环水优化方式之一，通过变频器直接对循环水泵的运行方式进行相应调整，但变频器对电网的污染较大，容易引入谐波造成电网的不稳定，同时变频器的价格相对来说比较昂贵，维修难度较大，这样的优化方式投入成本较高。
根据电厂的实际生产需求，经济情况以及周边环境来分析，应用变频控制方案的经济性不高，电厂只需改变冷却水来源，直接就地取材，使用江水作为冷却水即可，冷凝效果较好，也无需使用变频设备进行优化，根据发电设备的具体运行情况对两台循环水泵的运行方式进行调整优化即可。
3、循环水泵优化运行的计算
要想寻找该厂循环水泵的最优运行方案，需要将汽轮机和循环水泵在不同运行条件下的功率变化计算出来进行相应对比。根据现场情况显示，该电厂机组配有两台双速循环水泵，目前常用的运行方式主要有单泵低速运行、单泵高速运行、双泵低速运行、双泵高速运行和一高一低运行。在固定的运行条件下对两台循环水泵进行了相应的实验和测量，寻找其中功耗最低的运行方式，从而实现机组的经济运行。
根据实验数据和计算，厂内的两台循环水泵在各运行方式下的数据如下：
表1 循环水泵功率计算结果（单位：kW）
从表1中可以确定，在不同运行方式下，水泵的实际功率与额定功率的差距不大，由此可见水泵本身耗能正常，总功率的差异主要来自于水泵的运行速度和水泵台数。
各运行方式之间相互切换时所对应的耗功增量如表2 所示。
表2 各方式切换后的耗能变化量（单位：kW）
从表1 中可以看出，当循环水泵的运行方式进行切换时，功率是在不断增大的，从单泵低速向双泵高速的切换过程最为明显，不仅功率在逐渐增加，每次切换时的增量也在不断增加。而单泵高速、双泵低速、一高一低这几种模式之间的切换功率变化则相对要小一些，但总体依旧呈现上升趋势。这说明随意切换运行方式会大幅度增加水泵的耗能，对能源的消耗是极大的。
表3 凝汽器压力计算结果（单位：kPa）
从表3中可以看出凝汽器的压力在不同的运行方式下会随着水温的增加而不断上涨，由此可以判断出凝汽器在不同水温和运行方式下的功率情况和增量。对比表2和表3，当机组的功率增量比循环水泵耗能增量大时，表示此时的循环水泵运行方式较优，其中，两者的差值最大的一种情况，为循环水泵的最优运行方式。
4、循环水泵运行方式的合理调节
以上运行方式的计算只是从理论层面对水泵运行的最优方案进行了选择，在实际使用的过程中，还需要考虑冷却水塔防冻、季节气候等多方面的因素，因此在不同的情况下，循环水泵的运行方式是不同的。根据大量实验数据表明，当循环水进口温度保持在12摄氏度以上时对冷却塔的防冻是最合理的，因此在不同的季节需要根据环境和水温的不同对循环水泵的运行方式进行调节：春季需要将循环水泵的转速调制423r/min以上，打开挡风板，打开所有内外圈上水门，在这种情况下进口温度依旧大于25摄氏度时启动第2台水泵；夏季则需要两台循环水泵均全力运行，以维持凝汽器较高的真空状态，将能耗尽可能的降至最低；秋季则需要两台水泵同时运行，将循环泵转速降至385r/min以下，这种情况下进口温度依旧低于12摄氏度则可以停运工频循环水泵列备；冬季运行一台循环水泵，另一台备用即可，需要注意的是当一台循环水泵的转速已经降至385r/min，进口温度依旧不大于15摄氏度时，需要关闭凉水塔挡风板调整水温，使循环水温度不低于12摄氏度，凝汽器端差小于9摄氏度，最好保持在15到20摄氏度之间，端差小于7摄氏度。
结束语
随着社会对电能需求量的不断增加以及节能减排思想的不断深入，火电行业的设备优化将成为全社会关注的重点话题。作为火电机组中不可或缺的重要组成部分，循环水泵的优化情况将成为火电企业的关注焦点。根据大量计算结果和实验数据表明，合理选择循环水泵的运行方式可以有效的达到节能减排的目的，但不能只根据理论结果进行选择，还要结合实际环境、天气情况等多方面引出，选择最优运行方案。
参考文献：
[1]臧猛.350MW 机组循环水泵节能优化运行[D].华北电力大学，2014.
[2]李学忠，孙伟鹏，江永.循环水泵双速节能改造及汽轮机冷端运行优化[J].中国电力，2011，（02）：54-57.
论文作者:王振阳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：水泵论文; 方式论文; 凝汽器论文; 机组论文; 节能论文; 摄氏度论文; 功率论文; 《电力设备》2019年第16期论文;