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摘要：循环水系统作为火力发电厂一个相对独立的，对机组经济性有较大影响的重要辅助系统，针对某电厂600MW亚临界机组经过一系列的试验和理论计算分析，将实验分析法和理论应用法两者有机地结合起来，形成优势互补，解决了循环水系统优化难题，对不同机组负荷、循环水进水温度和循环水系统运行方式下的各种循泵组合进行了经济性比较，得出了最优的循泵组合，达到机组运行经济性最佳。
关键词：循环水；优化；试验；数学模型
一、前 言
目前对循环水系统优化的研究方法中，以实验分析法和理论应用法最为广泛普遍采用，实验法是通过对不同环境溫度、不同负荷下凝汽器、循环水泵等设备的性能进行实验测定，再根据优化原理确定循环水系统的最优运行方式，缺点是试验数据存在一定范围内的误差，且受到试验条件的影响因素较多，导致结果会偏离理论数值，不够精确；理论法是通过对汽轮机、凝汽器、循环水泵等设备进行性能计算，建立各设备的耗差计算模型，从而确定循环水系统最优运行方式，缺点是建立的理论模型会偏离实际运行情况，结果运用在实际运行中效果不明显。
本文针对某电厂600MW亚临界机组经过一系列的试验和理论计算分析，将实验分析法和理论应用法两者有机结合，形成优势互补，充分发挥各自优势，最终解决了循环水系统优化难题，在不同的季节和负荷条件下，合理地增减循环水泵的运行台数，达到机组运行经济性最佳。
二、设备概述
某发电厂4×600MW汽轮机均采用上海汽轮机有限公司设计制造的N600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、反动凝汽式汽轮机，其中1、2号机组对应为1、2、3、4号循泵，1、3两台循泵经双速改造为低速泵，2、4号为高速泵。
每台机组均配置 2台循泵， 相邻机组之间设中间联络阀， 由此形成了扩大单元制供水系统。循泵均为北京昌宁集团生产的立式单级导叶式斜流泵，型号分别为2200KLA-29， 电机为由湘潭电机厂生产的YKSL3600-16/2150-1，其中1、3号循泵通过改变电机内部绕组接线方式，进行了变极改造，由原先的 18极改为 16 极，转速由370 r/min 改为330 r/min。
本文针对1、2号机组循环水系统组合方式有：（A）两台低速泵运行；（B）两台一低一高速泵运行；（C）两台高速泵；（D）两低一高并联运行；（E）三泵两高一低并联运行；（F）四泵两高两低并联运行。
单元制循环水系统组合方式：（W）一台低速泵运行；（X）一台高速泵运行；（Y）两台一台高速一台低速泵运行。
三、优化原理
降低凝汽器压力（机组背压），汽轮机的理想焓降增大，发电功率增大。同时降低凝汽器压力，须以增加循环水泵的功耗为代价，因此机组运行时，需要确定凝汽器最佳背压以保证机组净功率为最大值。循环水泵不同运行模式下机组净功率为，则
式中，为机组运行过程中的实际功率，；为不同运行方式下循环水泵耗功，。对于不可连续调节的机组，只能通过改变循环水泵的组合方式来改变循环水量。因此，所得循环水量并不一定是最佳值，而只能是接近最佳值，通过比较净功率的大小来判断循环水泵的运行方式是否属于最佳经济工况。
四、运行优化试验及计算分析
目前国内一般的做法是根据循环水泵不同运行台数， 得到在某一负荷下的不同的凝汽器压力， 然后根据变背压曲线， 计算发电机输出电功率的减少值。计算由于循环水泵耗功减少值与发电机输出功率减少值的差值， 最大的差值对应的循环水泵运行台数， 就是在该循环水温度下的最佳运行工况。
（1）通过机组在不同负荷下的一系列变背压试验， 分别在600MW、500MW、400MW、300MW工况下，求得机组微增出力与背压的数学表达式。提高机组背压的方法是通过改变循环水量，并放入适量空气进入凝汽器， 如在真空系统中选择一个合适的疏水门， 缓慢打开该阀门放空气至凝汽器。试验前，按原则性热力系统的要求进行阀门隔离，机组主、辅设备按设计要求投入运行，试验过程保持汽机进汽调节阀开度不变。
（2）通过在不同季节时各工况的循环水泵运行方式试验， 分别在春季、夏季、秋季和冬季进行确定各工况循环水流量大小和循环水泵耗功。循环水流量计量采用超声波流量计，其精度为1.0%，测量位置固定在凝汽器出口阀门处循环水出口管路上，通过改变凝汽器循环水出水阀开度和循泵运行方式的办法来控制循环水流量。循环水泵功耗通过电厂PI 系统记录测量流量时对应的循环水泵功耗，实测的不同运行模式下循环水量与功耗关系。
（3）通过在不同季节时各工况的凝汽器性能试验， 确定凝汽器的实际性能， 分别在春季、夏季、秋季和冬季时间段，进行600MW、500MW、400MW、300MW等工况下循环水系统和真空系统的特性试验，得出循环水量、循环水位与凝汽器真空变化特性曲线作为基准性能，根据以上试验的数据， 建立凝汽器真空数学模型，通过变工况计算对凝汽器真空数学模型进行修正， 求出循环水温度和流量改变后对应的凝汽器真空变化，由此计算出对应不同负荷下的汽轮机净功率和循泵功率比值，最后得出机组循环水泵优化运行的方案。
值得注意的是，由于该电厂1、2号机组循环水系统长期处于扩大单元制，而进行的试验只是单台机组，试验数据通过加权后得出机组总负荷对应的循泵运行方式。如果在各台机组负荷不一致的情况下，循环水系统运行方式优先考虑机组负荷较高的，如果是一高一低的运行方式，负荷高的机组机组运行高速循泵，如果两台机组负荷一致的情况下，优先考虑凝汽器真空较低的机组运行高速循泵。
五、循环水系统优化结果
循環水泵优化组合模式的关系如表 3、表4 所示，例如当两台机组额定工况时，循环水系统扩大单元制运行，循环水初温在11℃及以下，宜采用两低速一高速并联运行方式，11到25℃宜采用两高速一低速并联运行方式，26℃及以上宜采用两高速两低速并联运行方式。
六、循泵优化后经济效益对比分析
以表3 中循环水系统优化结果为例，当主蒸汽流量为1908.33，循环水入口温度为20 ℃时，机组功率为1199.14 MW，此时循环水系统最优运行方式应选择两高两低并联运行。表5是在保持相同主蒸汽流量条件下3 种运行方式的经济效益比较。由表5可知，对于净功率，四泵两高两低并联运行时最大，与其他两种运行方式D、E相比较，分别高出3511.8 、1188 ，显然此时投两高两低并联运行更经济。经计算表明，循环水系统优化后，机组经济性可提高约0.10%～0.35%
七、循泵优化运行节能效果
通过对近一年来某电厂循环水系统优化试验，根据循环水进口温度与机组负荷来灵活调度循泵运行方式，每年能减少厂用电耗648.32万，按0. 35元/kWh 电价计算，至少增加公司收入226.912万元，节能效果显著。
八、结语
本文将国内循环水系统优化广泛采用的实验法和理论分析法有机地结合起来，形成了优势互补，通过某电厂1、2号机组进行了冷端优化试验数据，并建立汽轮机变工况的数学模型，理论上对试验数据进行修正，使之更加符合凝汽器的实际运行情况，得出的结论在实际应用中效果较好，对不同机组负荷、循环水进水温度和循环水系统运行方式下的各种循泵组合进行了经济性比较，得出了最优的循泵组合，在循泵变频技术普遍运用之前，此办法对定速循泵（包含高低速）运行优化具有借鉴和指导意义。
作者简介：
苏一山 男 （1981-12） 贵州六盘水人 本科学历 助理工程师 主要从事工作和研究方向是火电厂热动方面
关键词：循环水；优化；试验；数学模型
一、前 言
目前对循环水系统优化的研究方法中，以实验分析法和理论应用法最为广泛普遍采用，实验法是通过对不同环境溫度、不同负荷下凝汽器、循环水泵等设备的性能进行实验测定，再根据优化原理确定循环水系统的最优运行方式，缺点是试验数据存在一定范围内的误差，且受到试验条件的影响因素较多，导致结果会偏离理论数值，不够精确；理论法是通过对汽轮机、凝汽器、循环水泵等设备进行性能计算，建立各设备的耗差计算模型，从而确定循环水系统最优运行方式，缺点是建立的理论模型会偏离实际运行情况，结果运用在实际运行中效果不明显。
本文针对某电厂600MW亚临界机组经过一系列的试验和理论计算分析，将实验分析法和理论应用法两者有机结合，形成优势互补，充分发挥各自优势，最终解决了循环水系统优化难题，在不同的季节和负荷条件下，合理地增减循环水泵的运行台数，达到机组运行经济性最佳。
二、设备概述
某发电厂4×600MW汽轮机均采用上海汽轮机有限公司设计制造的N600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、反动凝汽式汽轮机，其中1、2号机组对应为1、2、3、4号循泵，1、3两台循泵经双速改造为低速泵，2、4号为高速泵。
每台机组均配置 2台循泵， 相邻机组之间设中间联络阀， 由此形成了扩大单元制供水系统。循泵均为北京昌宁集团生产的立式单级导叶式斜流泵，型号分别为2200KLA-29， 电机为由湘潭电机厂生产的YKSL3600-16/2150-1，其中1、3号循泵通过改变电机内部绕组接线方式，进行了变极改造，由原先的 18极改为 16 极，转速由370 r/min 改为330 r/min。
本文针对1、2号机组循环水系统组合方式有：（A）两台低速泵运行；（B）两台一低一高速泵运行；（C）两台高速泵；（D）两低一高并联运行；（E）三泵两高一低并联运行；（F）四泵两高两低并联运行。
单元制循环水系统组合方式：（W）一台低速泵运行；（X）一台高速泵运行；（Y）两台一台高速一台低速泵运行。
三、优化原理
降低凝汽器压力（机组背压），汽轮机的理想焓降增大，发电功率增大。同时降低凝汽器压力，须以增加循环水泵的功耗为代价，因此机组运行时，需要确定凝汽器最佳背压以保证机组净功率为最大值。循环水泵不同运行模式下机组净功率为，则
式中，为机组运行过程中的实际功率，；为不同运行方式下循环水泵耗功，。对于不可连续调节的机组，只能通过改变循环水泵的组合方式来改变循环水量。因此，所得循环水量并不一定是最佳值，而只能是接近最佳值，通过比较净功率的大小来判断循环水泵的运行方式是否属于最佳经济工况。
四、运行优化试验及计算分析
目前国内一般的做法是根据循环水泵不同运行台数， 得到在某一负荷下的不同的凝汽器压力， 然后根据变背压曲线， 计算发电机输出电功率的减少值。计算由于循环水泵耗功减少值与发电机输出功率减少值的差值， 最大的差值对应的循环水泵运行台数， 就是在该循环水温度下的最佳运行工况。
（1）通过机组在不同负荷下的一系列变背压试验， 分别在600MW、500MW、400MW、300MW工况下，求得机组微增出力与背压的数学表达式。提高机组背压的方法是通过改变循环水量，并放入适量空气进入凝汽器， 如在真空系统中选择一个合适的疏水门， 缓慢打开该阀门放空气至凝汽器。试验前，按原则性热力系统的要求进行阀门隔离，机组主、辅设备按设计要求投入运行，试验过程保持汽机进汽调节阀开度不变。
（2）通过在不同季节时各工况的循环水泵运行方式试验， 分别在春季、夏季、秋季和冬季进行确定各工况循环水流量大小和循环水泵耗功。循环水流量计量采用超声波流量计，其精度为1.0%，测量位置固定在凝汽器出口阀门处循环水出口管路上，通过改变凝汽器循环水出水阀开度和循泵运行方式的办法来控制循环水流量。循环水泵功耗通过电厂PI 系统记录测量流量时对应的循环水泵功耗，实测的不同运行模式下循环水量与功耗关系。
（3）通过在不同季节时各工况的凝汽器性能试验， 确定凝汽器的实际性能， 分别在春季、夏季、秋季和冬季时间段，进行600MW、500MW、400MW、300MW等工况下循环水系统和真空系统的特性试验，得出循环水量、循环水位与凝汽器真空变化特性曲线作为基准性能，根据以上试验的数据， 建立凝汽器真空数学模型，通过变工况计算对凝汽器真空数学模型进行修正， 求出循环水温度和流量改变后对应的凝汽器真空变化，由此计算出对应不同负荷下的汽轮机净功率和循泵功率比值，最后得出机组循环水泵优化运行的方案。
值得注意的是，由于该电厂1、2号机组循环水系统长期处于扩大单元制，而进行的试验只是单台机组，试验数据通过加权后得出机组总负荷对应的循泵运行方式。如果在各台机组负荷不一致的情况下，循环水系统运行方式优先考虑机组负荷较高的，如果是一高一低的运行方式，负荷高的机组机组运行高速循泵，如果两台机组负荷一致的情况下，优先考虑凝汽器真空较低的机组运行高速循泵。
五、循环水系统优化结果
循環水泵优化组合模式的关系如表 3、表4 所示，例如当两台机组额定工况时，循环水系统扩大单元制运行，循环水初温在11℃及以下，宜采用两低速一高速并联运行方式，11到25℃宜采用两高速一低速并联运行方式，26℃及以上宜采用两高速两低速并联运行方式。
六、循泵优化后经济效益对比分析
以表3 中循环水系统优化结果为例，当主蒸汽流量为1908.33，循环水入口温度为20 ℃时，机组功率为1199.14 MW，此时循环水系统最优运行方式应选择两高两低并联运行。表5是在保持相同主蒸汽流量条件下3 种运行方式的经济效益比较。由表5可知，对于净功率，四泵两高两低并联运行时最大，与其他两种运行方式D、E相比较，分别高出3511.8 、1188 ，显然此时投两高两低并联运行更经济。经计算表明，循环水系统优化后，机组经济性可提高约0.10%～0.35%
七、循泵优化运行节能效果
通过对近一年来某电厂循环水系统优化试验，根据循环水进口温度与机组负荷来灵活调度循泵运行方式，每年能减少厂用电耗648.32万，按0. 35元/kWh 电价计算，至少增加公司收入226.912万元，节能效果显著。
八、结语
本文将国内循环水系统优化广泛采用的实验法和理论分析法有机地结合起来，形成了优势互补，通过某电厂1、2号机组进行了冷端优化试验数据，并建立汽轮机变工况的数学模型，理论上对试验数据进行修正，使之更加符合凝汽器的实际运行情况，得出的结论在实际应用中效果较好，对不同机组负荷、循环水进水温度和循环水系统运行方式下的各种循泵组合进行了经济性比较，得出了最优的循泵组合，在循泵变频技术普遍运用之前，此办法对定速循泵（包含高低速）运行优化具有借鉴和指导意义。
作者简介：
苏一山 男 （1981-12） 贵州六盘水人 本科学历 助理工程师 主要从事工作和研究方向是火电厂热动方面