火力发电厂循环水系统变频节能优化分析

火力发电厂循环水系统变频节能优化分析
作者：王刚
来源：《科技创新与应用》2018年第17期
摘要：随着社会经济的不断发展，为了能够满足社会电力能源的供应，火力发电厂的建设规模不断增加，而这也使得其正常运转时耗费大量的能源，而循环水系统则是其中一个重要的耗能设备。

循环水系统工作时会消耗大量的电力能源，因此必须要将其进行合理的优化设计，使其能够在工作时发挥自身的作用，在闲置时，降低自身能耗的消耗，从而帮助火力发电厂提高经济效益，并且降低环境污染问题。

因此，文章通过对循环水系统的运行方式进行分析，然后找出其需要进行优化的位置，并进行相应的解决，希望为火力发电厂的运行降低成本。

关键词：火力发电厂；循环水系统；变频节能；优化
中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0162-03
Abstract： With the continuous development of social economy， in order to meet the supply of social electric energy， the scale of thermal power plant construction is increasing， which makes it consume a lot of energy when it is running normally. The circulating water system is one of the important energy consumption equipment. The circulating water system will consume a lot of electric energy when it is working， so it must be optimized reasonably， so that it can play its own role in the work， and reduce the consumption of its own energy consumption when it is idle. Thus， it can help thermal power plants to improve economic efficiency and reduce environmental pollution. Therefore， this paper analyzes the operation mode of circulating water system， and then finds out the location that needs to be optimized， and carries on the corresponding solution， hoping to reduce the cost for the operation of thermal power plant.
Keywords： thermal power plant； circulating water system； frequency conversion and energy saving； optimization
随着我国对于环境保护政策标准的不断提升，对于经济增长与环境污染之间的矛盾需要进行有效改善，随着能源资源的不断紧缺，如何进行节能减排是目前企业生产的一个重要问题和发展方向。

因为火力发电厂属于能源消耗的重点企业，并且火力发电厂也是污染排放最为严重的企业之一。

因此如何对火力发电厂进行节能环保控制，具有非常重要的经济效益和社会效益。

而作为火力发电厂中能源消耗较大的水循环泵组，如何在不同的工作条件下选择一个合理的配置，对整个火力发电厂发展来说非常重要。

因此，下面通过对循环的方式进行研究，来降低各种能源的消耗问题。

1 循环水系统运行方式概述
1.1 母管制循环水系统运行方式
目前，火力发电厂中应用最早的一种水循环系统就是母管制循环水系统，这种方式目前只有一小部分的传统火力发电厂才会使用，因为其只有在锅炉与汽轮机台数不相等的情况下使用。

随着科学技术的不断进步，基本上已将将这种只建立一个管道的循环系统进行改进。

虽然这种母管制的循环水系统使用过程中非常稳定可靠，并且能够将负荷最合理的进行应用，可是这种方式需要使用大量的元件，从而造成了成本投入的增加，并且控制的难度也在增大，不符合社会发展的需要。

1.2 单元制循环水系统运行方式
而随着科学技术的进步，单元制循环水系统成为应用最为广泛的水循环系统之一。

通过将汽轮机与锅炉组成一个整体，然后将锅炉产生的蒸汽直接传递给汽轮机，这种循环系统与其他子系统没有任何的联系。

这种循环系统结构较为简单，不仅有利于进行后期的维修，还能够大大降低元件使用的数量。

但是这样两个任意子系统间没有联系，导致其不能较为灵活的转换，其中一个系统出现问题时，将会影响整个循环系统的工作。

因此，这种循环方式主要被应用在再热机组中。

1.3 扩大单元制循环水系统运行方式
而另一种常见的水循环系统则是扩大单元制循环水系统，其主要是介于单元制与母管制之间的一种方法。

在单元制的基础上，通过利用一个相应的管道，将各子系统连接到一起。

并且在对子系统间管道进行设计时，需要将管道的直径设计的小于锅炉与汽轮机之间的管道。

这种方式因为大量的管道连接，导致其结构较为复杂，因此在实际的使用过程中需要主要很多的问题。

2 循环水系统的经济运行方式
对于火电厂来说，循环水泵越多，就越经济。

这主要是因为当循环水量足够带走汽化潜热时，这是最好的经济循环，使汽轮机具有最佳的真空度。

为了控制汽轮机的真空，必须对冷却水进行调解，冷却水的温度通常取决于自然条件，所以当蒸汽负荷达到一定的条件时，凝汽器的真空度只有通过增加冷却水的流量才能增加。

所以，我们为了能够提高循环水系统的经济性，这时就需要汽轮机的真空度进行提高，此时的汽轮机功率ΔΝ1应大于为增加循环水量所多消耗的功率ΔΝ2。

可是汽轮机工作的最佳经济运行方式则为ΔΝ=ΔΝ1-ΔΝ2的最大值处。

当ΔΝ在冷却水量比较小的时候，其随冷却水量的增大而增加，因此当达到经济运行方式时其值应该为最大值。

如果我们进一步增加冷却水的流量，所以应该降低δυ直到最后的结果是零。

因此，为了有效地确定汽轮机的最佳真空度，必须在此基础上控制冷却水的流量，使汽轮机的排气压力保持在最佳真空状态。

这样，循环机组就可以长期保持经济运行的工作方式。

目前，火力发电厂循环水系统的冷却系统大多采用闭式冷却塔结构。

循环水的增加会增加循环水的循环倍率，循环水的损失也会增加。

因此，循环水系统的循环水损失，必须增加补水量，增加火电厂水资源消耗，增加水资源成本，增加相关加工成本。

此外，这一循环也会增加循环水的浓度，造成一系列问题，如增加化学污水处理成本等。

此外，由于冷却塔的冷却面积，冷却方式也不变。

循环水的增加导致了冷却塔水密度的增加，使水的反向辐射变厚，水和空气的换热能力减弱。

当发生这种情况时，冷却塔的水温将高于1台循环水泵运行时的水温。

因此，在循环水泵的调度中，需要通过综合分析，选择科学的循环水泵数量。

例如，在下面的组合中，实际循环泵工作。

夏季遇热季节，为了达到相应的冷却水处理措施，可采用循环泵和双泵加辅助循环泵运行。

夏季负荷运行时，可采用循环泵、双泵加开式循环冷却水泵运行。

循环泵和辅助泵的运行可用于夏季低负荷运行。

另外，对于冬季满载，可采用循环泵和开式循环冷却泵。

由于冬季比较冷，可以采用单循环泵，可以停止开式循环冷却泵。

此时，设计辅助循环水泵时，需要设置独立的开式系统，不与循环水系统相连接，以保证启动水系统的冷却水流动的稳定性。

此外，由于循环泵通常不使用调速装置，循环水量只能按阶梯变化。

对于一些有条件的火力发电厂，循环水泵可以改造成变频水泵或液力偶合器泵，使运行更加灵活，但改造成本相对较高。

3 目前循环水泵运行中存在的问题
3.1 运行效率低
在火力发电厂的实际工作过程中，循环水泵的实际工程状态是由水泵本身的性能曲线，以及整个循环系统的实际阻力曲线决定。

因此在进行设计时，为了整个循环系统的安全考虑，或是减少在阻力计算时的理想值与实际的误差，这时设置者通常都会往往选择一个比会实际所需要的扬程高的情况，而在这种情况下运行时，循环水系统必然导致水泵的运行效率低下，而水泵的实际运行功率增加，甚至会超过正常的配套电机的额定功率。

3.2 汽蚀
当循环水系统中出现汽蚀现象，那么将会使一些液体以气泡的形式进入泵内的高压区，当这些气泡进入到循环泵的高压区内后，导致其局部产生高频率、高冲击力的水击不断打击泵内部件，特别是循环水泵的叶轮，从而使这些叶轮的表面产生蜂窝状或海绵状的损坏情况。

并且，在凝结热的促进下，使得活性气体对一些金属发生电化学腐蚀效果，最终造成金属表面出现脱落的现象。

因此，若水泵在循环水系统中的运行状态偏离了高效率区，那么将会有可能造成循环水泵的汽蚀现象。

而当循环水系统的实际所需扬程低于水泵的设计扬程，那么水泵在大流量、低扬程、低效率的运行情况下就会产生汽蚀现象。

而对于汽蚀现象造成的循环水泵振动大的特点，会使水泵受到严重影响最终影响装置的寿命及系统的正常使用，当然还有可能是系统安装时出现的问题造成的水泵震动和噪音。

3.3 阀门开度小
正如上面提到的，在实际运行过程中，循环水系统中大部分实际扬程的扬程低于水泵，造成泵运行时流量大、效率低、能耗高的长期性，实际运行功率和水泵可能超过水泵电机功率等。

因此，安装和调试过程中需要安装人员，手动泵出口阀关小，这样实际操作会使泵扬程增加，实际水流量减少，有效地降低循环泵的运行功率，从而达到超流，最好不要烧坏电机。

然而，这种操作可以降低泵的实际工作功率。

但是，由于部分泵的能量消耗需要克服未全开的阀门，导致泵的部分能量损失，造成了相关能源消耗的严重浪费。

4 循环水系统变频节能的优化
4.1 汽轮机最有利真空度的确定
在火电厂循环水系统运行过程中，凝汽器是判断真空度的重要指标，采用该标准可有效地控制水流量。

从理论上讲，它可以有效地提高使用效率，达到节能减排的目的。

但就目前的设计和实际应用效果而言，循环水系统中凝汽器的使用不够合理。

在循环水系统中，采用增加水量的方式，提高了真空度，但实际能耗仍然很高，导致凝汽器真空水的增加。

因此，在确定真空度时，必须根据循环水系统的净扬程和汽轮机的工作条件制定一个公式。

4.2 循环水泵流量-功能特性的确定
对循环水系统的性能和管理进行了分析。

在绘制相应的数据曲线时，这两条曲线的交点是整个循环水系统的活动点。

分析了系统的循环水流量和有效能量，得到了相应的系统功耗。

然而，在实际应用的影响下，制造商需要提供流量和功耗曲线来完成这项工作。

只有利用曲线才能准确地设计流量和功耗公式，以获得准确的功耗。

4.3 单泵运行工况点的确定
在整个循环水系统的供需平衡点是需要确保在整个循环水系统的供给和需求的平衡点，使曲线可根据设计要求绘制相应的比例，以及两者之间的交叉点是整个工作曲线的平衡点。

4.4 双泵并联运行工况点的确定
循环水泵并联运行主要是指在整个循环系统中对水循环的水流量要求很高，在单泵循环中不能达到这种情况，因此可以采用多泵循环来改善水流量。

通过使用此循环，还可以有效地提高整个系统的稳定性，因为当循环水泵出现问题时，其他泵不会受到影响，仍能继续正常工作。

针对上述问题，我们发现该方法对整个循环水系统具有重要意义，可广泛应用于火电厂实际循环水系统中。

通过对上述并联运行的介绍，可以得出总流量是多台泵并联运行后所有泵流量之和，但有效能量基本相同。

但与单泵运行相比，并联运行时的流量更高，使管理具有较高的阻力。

为了有效地减小这种阻力对流量的严重影响，整个系统可以发挥最大的容量，并且必须具有更高的有效能量。

因此，在实际控制过程中，整个循环水系统的有效能量会更高。

5 循环水系统备用期间的节能措施
目前，根据某公司对单轴机组的轴封供汽压力和温度的严格要求，为了保证汽轮机缸体不产生过大的热应力，所以在冷态启动时，进行轴封操作应该提前4h进行。

而在备用期间必须确保轴封在机组启动前1-2h正常运行。

如果停机时间较短时，那么我们则可以考虑轴封不撤。

因为这样较为频繁地进行轴封的拆卸极易造成润滑油系统带水，而严重的影响机组运行。

首先，当1h关闭时，进行轴封，但真空不会被移除。

此时可更换辅助循环水泵，关闭循环泵和开式循环泵，并可手动开启开式循环水电动总阀和循环水旁通阀。

在单元启动之前，可以恢复原来的操作模式。

其次，在冷、热开启准备阶段，轴封执行时不能打开循环水泵，只开辅助循环水泵。

启动前恢复正常工作模式。

最后，在冬季采用这种节能方法时，气缸在低压缸内膨胀是必要的。

因此，轴封和真空施工后，周围环境对水温的影响很小，真空度很高，但低压缸的膨胀是不开放的。

所以在冬季启动前投轴封的阶段，需要先采用此节能措施，并且根据实际的机组情况需要，进行合理的控制真空值，从而确保机组缸体膨胀正常。

通过对将该方案进行优化的效果进行检验可以清楚的发现，这一种节能控制方式与以往的循环水系统控制方式相比，每年能够减少大量的水资源使用，及成本投入。

因此，该方案在实际当中具有较高的应用价值。

6 结束语
综上所述，随着我国社会经济的不断发展，对于社会中环境保护的要求也在不断提高。

火力发电厂因为其能源消耗十分严重，并对自然环境带来严重的影响，从而使得人们的生活受到影响。

所以，要想彻底的改变这些问题，必须要从火力发电厂中的各个设备方面进行优化，从而减少设备的能耗浪费问题，而针对火力发电厂中循环水系统来说，其耗能十分严重，所以必须要通过不断地改进对其进行完善，从而帮助火力发电厂降低能源的消耗，使其能够符合社会可持续发展的需要。

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