摘 要：本文以广东粤电博贺发电厂1000MW发电工程循环水泵的选型为例， 对其在设计上的节能优化进行了分析， 提出了经济合理的推荐方案， 可作为其他工程的造型参考。
关键词：循环水泵； 设计； 节能； 分析；
引言
循环水泵是电厂的用电大户， 其设计选型及运行方式的配置调整， 对今后电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。本文根据1000MW超超临界机组特点以及国内外循环水泵选型及运行方式情况， 对广东粤电博贺发电厂工程循环水泵的选型和配置进行优化分析， 提出了经济合理的推荐方案。
1、 循环水供水系统概述
广东粤电博贺发电厂工程两台1000MW超超临界机组地属粤西沿海电厂， 濒临南海， 属亚热带季风气侯， 海水水温变化缓慢， 年较差小， 机组循环冷却水系统采用海水冷却的直流供水系统。根据循环水系统主要设备选型设计分析， 本工程机组拟采用一机三泵单元制供水配置， 单泵流量和扬程为Q=11.87m3/s, H=16.5m, N=2500k W.
2、 循环水系统节能的必要性及节能措施
2.1、 循环水泵节能的必要性
图1是循环水泵的经济工作特性图， 图中横坐标为冷却水流量Q;纵坐标为凝汽器真空P和功率的增加△W;Wi表示汽轮发电机组发电增加功率；Wc表示循环水泵消耗的功率：由图中可以看出A点是经济运行点， 横坐标所对应的是冷却水的经济流量Q经济， 此时所对应的凝汽器真空也就是最佳真空。
图1 循环水泵的经济工作线
从图1中我们可能得出以下结论：当循环水量超过一定限度后， 循环水量增加带来的发电机组发电增加功率小于本身循环水泵增加的功率， 循环水量并非是越大越好。因此， 经设计核算电厂单机循环冷却水量夏季 （4~11月） 为28123.50m3/h折合为35.59m3/s, 过渡季 （3月） 为97217.63m3/h折合为27.00m3/s, 冬季 （12月、1月、2月） 为82382.81m3/h折合为22.88m3/s.
2.2、 循环水系统节能措施
由于循环水进水温度的变化、季节性负荷需求和机组调峰的需要等方面的影响， 为了保证机组一直处于最优化运行状态， 就必须保持机组在各种工况下的循环水经济流量， 从而得到凝汽器运行的最佳真空。因此如何调节循环水流量成为电厂循环水系统节能的关键措施。
（1） 通过开泵台数调节。目前大多数电厂比较常用的调节方法是通过启停循环水泵的台数来达到改变循环冷却水量的目的， 此方式下运行人员主要根据运行经验和环境温度等因素调整循环泵运行台数， 虽然有一定的经济性， 但其效果取决于电厂运行人员的操作水平和判断能力， 随机性较强。
（2） 电机变极调速调节。其调速原理是根据公式n=60f/P （n为电机转速；f为电源频率：P为电机极对数） 通过改变电机的极对数实现改变电机转速调速的目的， 主要的做法是在循环水泵电机定子绕组上引出多个接头， 通过改变抽头的连接方式， 实现电机转速的变化， 即我们一般所说的双速电机。其主要优点是接线简单方便；转差率小、转差损耗少、效率高；价格便宜、投资少；维护简单方便， 但属有级调速， 级差较大。
（3） 变频调速调节。其调速原理同样根据公式n=60f/P通过配置变频调节器改变异步电动机定子端输入电源的频率， 从而实现改变电机转速调速的目的， 其优点是转差率小、转差损耗少、效率高；调速精度高， 属无级调速， 调速范围大；起动及制动能耗少， 低负荷运行调节具有显着的节能效果。缺点是变频器结构复杂；投资大；使用、维护要求技术水平高。
表2 各种循环水泵配置方案逐月优化运行工况表 （1×1000MW机组）
（4） 液力耦合器调节。液力耦合器可以在电机恒速运转情况下， 无级调节负载的转速。其优点是无级调速， 调速范围宽；可空载起动， 减小电机起动电流；隔离电动机和泵的振动， 减缓冲击。其缺点是存在滑差损失， 属低效调速装置；需要冷却设备；造价较高；占地面积大。
高压变频调速技术是近年来发展起来性能最好， 效率最高， 最为理想的交流电机调速技术， 它为风机水泵等设备的大量节约电能提供了重要的新手段， 随着高压变频调速技术的日渐成熟及应用推广， 作为曾经在风机、水泵等调速节能方面发挥过重要作用的液力耦合器， 因其转差损耗将逐步退出风机、泵类调速节能的市场。本工程节能主要从变级调速和变频调速上进行经济分析。
3、 变级调速投资及节省电费分析
3.1、 循泵变级调节配置
变级调节只需改变电动机定子绕组接线方式， 不需添置任何设备即可实现两种速度调节， 双速泵电机造价相比定速泵电机价格约增加10%左右， 从投资费用、维护保养、运行方便可靠、使用经验等角度考虑， 都具有相对的优越性。
表1 本工程2×1000MW机组双速电机配置参数
3.2、 各种循泵配置方式的运行节能优化分析
根据双速电机配置参数， 拟定了三种循环水泵配置方案：方案一为一机三泵单元制， 配置， 定速泵， 转速370r/min;方案二为一机三泵单元制配置， 双速泵， 转速370r/min和330r/min;一机三泵扩大单元制配置， 定速泵， 转速370r/min, 流量调节方式组数属方案二最多最灵活。
根据冷端优化的循环水量结果及管路阻力特性， 设计院采用专业分析软件得出了三种循泵配置方案下各种运行组合工况的运行参数， 根据数学模型， 结合工程厂址的气象条件， 同时考虑循环水温排水影响， 计算得到每个月机组运行的最优水量， 从而可以选择各种泵型配置下的逐月最优运行方式。表2~3是在机组满负荷情况下， 各种配置方案的月最佳运行方式功耗分析表 （方案一为比较基准工况） .
从各种循环水泵配置方案的月最佳运行方式计算结果表可以看出， 采用循环水泵流量可调 （双速） 的方案二较流量不可调的方案一 （定速） 和一机三泵扩大单元制方案三相比， 节能效果非常明显。按年运行5500h、每月运行时间相同的假设考虑， 方案二较方案一年总节能24.73万元， 方案二较方案三年总节能15.13万元。计算中若随着煤价的不断提高， 成本电价不断提升， 双速节能优势更加明显。一机三泵其中两泵配置双速电机一台机组初期仅增加55万元， 2~3年便可回收。
4、 变频调速投资及节省电费分析
根据本工程计算结果， 变频器的投资回收期取决于机组变负荷运行的时间， 机组的负荷率越低， 取得的经济效益就越高。如果全年机组满负荷运行， 循环水泵基本按照额定工况运行， 则变频器实际意义不大， 投资回收期将遥遥无期；而如果机组常年在低负荷运行， 循环水泵长时间偏离额定设计工况点， 则变频意义很大， 节能效果明显， 对于本工程2×1000MW机组， 在假定机组运行工况下， 一台机组中一台循环水泵采用变频设计， 预测投资在700万元左右， 而循环水泵一年可以节省电费154万元， 机组运行5年可回收变频器的投资， 但将大大增加电厂的初期投资， 因此建议电厂在项目投产后根据年运行工况的变化来论证循环水泵变频改造的必要性。
表3 不同循环水泵配置经济比较表 （1×1000MW机组）
5、 结论与建议
通过运行方式计算并综合循环泵房内设备和土建初投资、循泵运行费用、微增功率费用的经济对比分析， 一机三泵单元制的立式双速斜流泵配两台双速泵方案经济性最优， 而且系统简单， 调节方便。因此， 本工程2×1000MW选择每台机组配置3台33.3%容量的立式双速斜流泵， 循环水泵不设备用， 在建设阶段不考虑变频方案， 在运行中运行人员可根据循环水泵最优运行工况图实时调节最经济的循环水泵运行方式， 达到降低电厂用电， 提高电厂经济效益的目的。
参考文献：
[1]李波。滨海火电厂1000MW机组循环水泵选型方案的探讨[J].机电工程技术， 2007, 36 （2） :95~97.
[2]石卫兵， 王勤， 曹斌。国电谏壁发电厂1000MW机组循环水泵配置的优化[J].中国电力教育， 2009, S2.
