间接空冷系统运行优化

张斌

摘要：汽轮机排汽压力(背压)是汽轮机正常运行的关键技术参数，是影响汽轮机煤耗的主要原因，而间接空冷机组背压主要由主机循环水调节。为了适应冬季的防冻条件，主机循环水泵必须高频工作。夏季温度升高时，为了降低机组背压，主机循环水泵必须全频工作，从而大大增加了电力成本率，这直接影响了电力成本率。因此，在保证间接冷循环水系统和发电机组正常运行和安全的前提下，改进主机循环水泵的工作方式，适当调整主机循环水泵的工作频率，降低主机循环水泵的电力成本率。

关键词：运行方式 耗电率 频率 降低

以某电厂为例，2台350MW超临界机组，2013年11月及2014年12月分别投入运行，截止2021年11月，#2机组的平均负荷185MW，主机循环水泵耗电率高达0.42%[1]。导致主机循环水泵耗电率高的原因在于，冬季无法满足防冻要求，且单主机循环水泵的运行频率为42Hz，循环水热水0.40MPa、冷水母管差压0.10MPa[2]。在夏季温度升高时，为将机组背压降低，一般要求主机循环水泵保持满频运行，其耗电率远远高于设定的0.34%，与经济性要求背道而驰。

2台350MW超临界机组，2013年11月及2014年12月分别投入运行，汽轮机制造厂家是哈尔滨汽轮机厂，型号：CJK350-24.2/0.64/566/566型式：超临界压力、一次中间再热、单抽（采暖抽气）、表凝式间接空冷、凝汽式汽轮机。

1公司简介

某电厂设计为2×350MW超临界机组，间接空冷设备采用哈尔滨汽轮机厂CJK350-24.2/0.64/566/566超临界压力、一次中间再热、单抽（采暖抽气）、表凝式间接空冷、凝汽式汽轮机。两套机组均采用表面式凝汽器间接空冷系统冷凝汽轮机及小汽机排汽，2台机组共设1座自然通风间空塔和1座机械通风间冷塔，

间接空冷循环供水系统采用扩大单元制，每台机组配2台双速循环水泵，两台机组共配置1座自然通风双曲线型冷却塔和1座机械通风间冷塔，2套循环水管网。非采暖期每台机组两台泵高速运行，混合通风间接空冷系统的配置原则上按照自然通风间冷塔和机械通风间冷塔各承担50%排汽流量的冷却任务，也就是承担50%热负荷；当冬季采暖期额定抽汽供热工况时，一台泵低速运行，机械通风间冷塔运行，根据机组冬季供热负荷的变化情况，通过调节机械通风间冷塔运行风机或换热单元数满足系统安全运行的要求。

2主机循环水泵单/双泵运行对比

就使用过程中的主机循环水泵耗电率高问题，在实施《间冷循环水系统节能调整措施》的基础上，在机组负荷175MW基础上，制定了单泵运行、双泵运行的对比试验，获得以下数据：

图1：175MW单台主机循环水泵运行参数曲线

图2：175MW两台主机循环水泵运行参数曲线

表1：175MW单台主机循环水泵运行数据

负荷（MW）	#1主机循环水泵电流（A）	#2主机循环水泵电流（A）	#1主机循环水泵频率（Hz）	#2主机循环水泵频率（Hz）	背压（kPa）	低压缸排汽温度（℃）	环境温度（℃）
177	55	0	38	0	9.5	44.9	-0.59
177	51	0	35	0	9.1	43.98	9.8
177	55	0	38	0	9.68	45.19	21.16

表2：175MW两台主机循环水泵运行数据

负荷（MW）	#1主机循环水泵电流（A）	#2主机循环水泵电流（A）	#1主机循环水泵频率（Hz）	#2主机循环水泵频率（Hz）	背压（kPa）	低压缸排汽温度（℃）	环境温度（℃）
177	23	23	27	27	8.34	42.3	-0.16
177	21.7	21.7	26	26	8.37	42.39	9.87
177	23.8	23.8	27	27	9.2	44.19	20.78

发电机的工作功率为175MW，并完成了三组测试。对单泵和双泵的运行数据进行了比较。对比表1和表2的值，单位负荷基本相同，温度基本相同。当压力系数直接冷热自来水总管保持在0.07 MPa,间接冷却循环水泵的输出电压在单泵操作减少了约8A,背压平均降低约0.79 kPa，低压缸排汽温度平均降低约1.73℃。

按照以上运行方式维持运行3月以上，间接冷循环系统中使用的水泵的损耗分别为0.347%、0.349%和0.279%。后的结果是,主机循环水泵从单泵操作模式改为双泵操作,它等于背压的基本情况的单位,也就是说,循环水系统的成本率从0.42%下降到0.279%,节水效率为33.57%。

维持以上方式运行三个月，主机循环水泵耗电率分别为0.347%、0.349%、0.279%，得出：将主机循环水泵由单泵运行改为双泵运行后，机组背压基本持平，而主机循环水泵耗电率由0.42%降至0.279%，节电率33.57%。

3主机循环水泵运行频率与机组背压对比分析

夏季工况复杂，在温度、机组负荷的变化下，加负荷时，要优先开启大扇区百叶窗开度，再增加主机循环水泵频率，以此将负荷时的冷循环水泵频率降低，之后关闭小百叶窗开度。

在机组带满负荷时，假设环境温度相同，在全开百叶窗后，通过对主机循环水泵频率进行控制，开展对比试验，能够掌握主机循环水泵电流、机组背压变化情况，其数据对比如下：

表3：350MW主机循环水泵运行数据（一）

负荷（MW）	#1主机循环水泵电流（A）	#2主机循环水泵电流（A）	#1主机循环水泵频率（Hz）	#2主机循环水泵频率（Hz）	背压（kPa）	低压缸排汽温度（℃）	环境温度（℃）
350	141	141	50	50	13.21	51.4	22.5
350	88	88	42	42	13.31	51.5	22.8

表4：350MW主机循环水泵运行数据（二）

负荷（MW）	#1主机循环水泵电流（A）	#2主机循环水泵电流（A）	#1主机循环水泵频率（Hz）	#2主机循环水泵频率（Hz）	背压（kPa）	低压缸排汽温度（℃）	环境温度（℃）
350	141	141	50	50	13.79	52.25	26.27
350	69	69	39	39	13.27	51.46	27.51

按照上述措施实施，平均背压在10.72kPa，冷循环水泵频率20～42Hz，电流11～88A，主机循环水泵耗电率0.25%、机组可节省平均负荷206.4MW；在平均背压10.13kPa，主机循环水泵耗电率0.17%，主机循环水泵频率17～42Hz，电流7.4～88A情况下，机组每月可节省负荷223.3MW；在电流7.4～60A，主机循环水泵耗电率0.09%，主机循环水泵频率17～37Hz，平均背压10.03kPa下，机组可每月节省212MW负荷。

比较表3和表4中的数据与实际操作参数在后期阶段,发现的前提下完全打开百叶窗的冷却系统、环境温度和负载是相对稳定的,主机循环水泵的运行频率逐渐增加。主机循环水泵频率由42 Hz增加到50 Hz后，虽然机组背压基本稳定，但主机循环水泵电压由88 A增加到141 A。

图3：主机循环水泵频率与电流曲线图

图3为主机循环水泵工作频率与电流密度的关系。通过与分析和试验数据的对比，表明主机循环水泵的频率在42Hz以上。随着频率的增加，主机循环水泵的电流密度增大[3]。虽然我们增加冷却循环水流,它没有影响的背压排汽温度单位,表明主机循环泵高于42Hz,企业经营没有有效降低最终参数的改变,但会增加主机循环泵的损失。

结论

综上所述，机组负荷小于185MW时，将主机循环水泵由双泵切换为单泵。冬季间接冷循环水与冷热水管压差为0.07 MPa，以此满足冷循环水系统的防冻要求、降低耗电率。夏季工况需要全开间冷系统，结合机组的负荷要求，环境温度变化需求，选择双泵运行，并将频率控制在17Hz～42Hz，以此确保机组安全稳定运行。在满足水循环动力的需求下，可将主机循环水泵耗电率降低。

参考文献：

[1]赵佳骏,华敏,王飞,雍天瑞.表凝式间接空冷系统冬季运行优化研究[J].节能技术,2020,38(05):449-453.

[2]李承周,王宁玲,高舒潭,苏永健,郭洪远,杨志平,李晓恩,杨勇平.基于信息物理融合的间接空冷机组冷端系统运行优化[J].中国电机工程学报,2021,41(05):1771-1783.

[3]吴韬. 大型间接空冷机组冷端系统运行特性及优化[D].华北电力大学(北京),2020,10(25):17-18.