燃气-蒸汽联合循环发电厂开式冷却水系统节能优化改造应用

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摘要：针对某电厂开式冷却水系统的在机组停运、备用期间开式冷却水流量过剩的问题情况，为了提高机组运行的安全性和经济性，对开式水系统进行优化改造，改造后既提高了开冷水系统的运行安全性又达到了节能降耗的目的。

关键词：开式冷却水系统;冷却水流量过剩;小开式水泵;节能

燃气-蒸汽联合循环机组由于启动、带负荷快、环保、能效高、调峰能力强等特点越来越受各电力企业的喜爱。但是由于受天然气市场及电力市场的双重影响，联合循环机组的利用小时数普遍不高，经常处于停机备用状态，且启-停机时间不固定，机组可能停运长达 2～3 个月。为了降低机组在停机备用期间燃机电厂的运营成本，需要对燃机电厂的部分系统进行优化、改造，降低厂用电能耗，以提高燃机电厂竞争力。

0、设备概况：某电厂一期工程配备两台M701F4型467MW 燃气-蒸汽联合循环机组均于 2014 年年底投产，每台机组配备独立的开始冷却水系统。开冷却水系统水取自机组循环水供水母管，换热后回到循环水回水母管至机力塔进行冷却，为润滑油冷却器、闭冷水换热器、发电机氢气冷却器、发电机密封油冷却器、高、中压给水泵冷油器、真空泵密封水冷却器等设备提供冷却水（系统示意见图 1）。每台机组配置 2×100%开式冷却水泵，布置于主厂房 0 米层，单台开冷水泵额定流量 1500m3/h，扬程 25mH2O，电机功率 160kW。系统布置如下图：

1、原系统存在的问题及原因分析：

电厂投产后，由于燃气轮机机组启停机快的优点，主要作为调峰电厂运行，机组运行方式为早起晚停。但近年来，由于天然气市场的供应的原因，机组常常处于停机备用的状态，尤其是在冬季天然气异常紧张的时候，机组可能停运长达 2～3个月。机组停运备用期间，为节约厂用电，循环水泵全停，但由于机组润滑油系统、密封油系统、压缩空气系统仍保持运行，开冷水泵还需继续维持运行以提供冷却水。循环水泵停运期间，由于开冷水泵的安装位置高于循环水池液面，开冷水泵单独运行时，水泵入口压力为负压，极易发生汽蚀，噪音显著增大，水泵振动水平大于正常运行水平，在开冷水泵解体检修时已发现泵壳有明显汽蚀破坏现象。在日常维护中，开冷水泵的轴承、机械密封损伤频率较同类型其他水泵的增大近一倍。同时，在机组停机备用期间，除油系统和闭冷水系统需保持运行，还需要少量的开式冷却水外，其余辅机设备停运不再需要开式冷却水，此时的开冷水流量严重过剩，浪费较大。开式水泵长期在汽蚀工况下运行，泵的轴承、壳体、叶轮、机械密封等部件寿命大大降低，影响开冷水系统的运行安全性。

2、改造方案：

针对我厂开冷却水系统在机组长期备用期间冷却水流量过剩问题，在每台机组开冷水系统中加装 2 台流量 50m3/h，扬程 40mH2O 的管道泵（立式离心泵）作为小开冷却水泵，水源取自凝汽器循环水 A 侧进水电动蝶阀前，小开冷水泵出口就近接至发电机氢气冷却器进水调节阀前的开冷水母管，回水通过开冷水回水母管回水母管，不再新接管道。在机组备用期间，使用小开冷水泵对冷油器及闭冷水换热器进行冷却，此时运行开冷水泵，关闭除闭冷水换热器及润滑油冷油器之外所有开冷却水用户进水门，关闭两台开冷水泵出口电动门以防止出口逆止门不严导致的冷却水损失。配置两台小开冷水泵，在冬季循环水温较低时，可运行单台小开冷水泵，在夏季循环水温较高时，可运行两台小开冷水泵，满足不同季节的需求。将小開冷水泵安装在主厂房-4.5米的凝坑中，在循环水系统停用期间，小开冷水泵入口保持4米的静压，大于小开冷水泵的必须汽蚀余量，小开冷水泵运行期间不会出现汽蚀的问题。

机组停运后，机组润滑油主油箱油温在 30 分钟内可从运行油温 60℃降到备用油温 34℃，开冷水泵切换为小泵运行的小时数，按机组备用或计划停运小时减去每次停机消耗时间，消耗时间考虑等待各开冷水用水设备温度降到备用温度的时间、机组启动前的准备时间，按每次停机减去 2 小时计算。以我厂2017 年为例，机组启停和运行小时情况见下表：

双机年节约费用=功率差值×双机小泵年运行小时×电价，即：115.1×13132.82×0.5557=839989（元）≈84（万元）。综上，由于小开冷水泵的功率远小于原开冷水泵，在机组停运期间可显著节约厂用电，节能效果显著。同时大大减小了开冷水泵在汽蚀工况下的运行时间，提高了开冷水泵的运行安全性。

3、结束语：

本文的改造主要侧重于燃气-蒸汽联合循环机组开冷水系统的改造，通过现场增加小开冷水泵的改造，降低了机组备用期间的厂用电能耗，同时提高了开冷水泵的运行安全性。对于调峰机组节能降耗改造有借鉴作用。

参考文献：

[1] 华能重庆两江燃机发电有限责任公司运行规程

[2] 华能重庆两江燃机发电有限责任公司检修规程

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