浅谈600MW亚临界控制循环锅炉炉水循环泵节能优化

摘 要 针对A电厂600MW亚临界控制循环锅炉炉水循环泵长期三台运行引起的高能耗问题，本文根据《电站锅炉水动力计算方法》，对该电厂锅炉水循环系统各个工况下的安全性进行分析计算，提出炉水循环泵的节能运行方式，该方式节约能耗，增加效益，在A电厂中得到了成功应用。

关键词 炉水循环泵;节能;能耗

1问题的提出

A电厂600MW机组亚临界锅炉水循环采用控制循环方式。系统内布置了3台循环泵，按照设计文件，采用“两运一备”的运行方式足可满足ECR工况要求。但是厂方为了安全可靠，实际运行中一直采取了三台泵运行的方式。由于三台泵运行裕度很大，虽然可靠性很高，但也造成能耗较高。

由于炉内水循环对锅炉安全运行至关重要，所以厂方对改变炉水循环泵运行方式长期以来持谨慎态度。采用新的运行方式必须考察各种工况下炉内水动力循环的安全性及裕度，尤其是故障状况下的安全性，本文依据《电站锅炉水动力计算方法》，对该电厂锅炉在两泵、单泵、无泵时的工况进行了水动力安全性的分析，计算了各个工况下炉内水动力的安全裕度，提出炉水循环泵节能运行方式。

2锅炉水循环系统运行方式优化

2.1 系统的介绍

A电厂锅炉水循环系统由水冷壁、水冷壁集箱及其连接管道、汽包、下降管和炉水循环泵组成。水冷壁采用“螺旋管圈+垂直管屏”布置方式，以过渡段中间集箱为界，从冷灰斗进口到过渡段中间集箱进口前采用螺旋管圈，过渡段中间集箱出口至水冷壁出口集箱采用垂直管屏，结构上采用光管和内螺纹管。使用光管的区域为冷灰斗、垂直管屏、后墙延伸侧墙，其余区域水冷壁采用内螺纹管。

与自然循环方式相比，控制循环最大的不同在于下降管设置了循环泵。由于压力参数提高，汽水密度差逐渐减小，循环压头降低，炉水循环变得困难。设置炉水循环泵就是为了增加循环压头，保证系统稳定运行。炉水循环泵的安全运行对600MW亚临界控制循环锅炉至关重要。

2.2 锅炉水动力校核计算概述

锅炉水动力校核计算的思路是选取传热较强的管子作为校验管进行传热恶化校验，由于炉膛内传热不均，沿高度方向和宽度方向热负荷不同，因此，必须先对炉膛进行分区段热力计算，得出校验管沿炉膛高度的热负荷分布曲线，再根据各并联管子压差相同的原则，用上升管屏的工作压差做水平线交出校验管的工作点，得出校验管的各项水循环参数。若沿整个高度，根据计算得出的校验管各点的重量含汽率都低于按传热恶化条件所允许的重量含汽率，并留有适当的裕度，则认为安全[1]。

2.3 计算结果及分析

在控制循环水动力计算方法的安全性指标中，防止内螺纹管传热恶化的指标是最小质量流量，防止光管传热恶化的指标是临界含汽率[2]。本文将分别从以下两个指标来进行传热恶化校验。

（1）光管临界含汽率指标

图1为在锅炉ECR工况下， 锅炉水循环泵在两泵，单泵，无泵时由水循环计算结果绘制的水动力安全性校核特性图。

从上图中，可以清晰看出：

1）两泵带ECR负荷时，水冷壁管内质量流速较大，由于设计时留有很大的安全裕度，质量含汽率曲线始终在光管质量临界含汽率曲线下方，并且距离有相当大的距离，炉水循环安全可靠。

2）ECR负荷下只有一台泵工作或者两泵运行时一台泵出现故障时，循环流量较两泵运行时有所减少，质量含汽率较两泵运行时上升，曲线上移并逼近光管临界质量含汽率曲线，但并没有相交，安全裕度大幅度降低，运行风险上升。

3）系统中没有水泵运行，可视为自然循环。在该工况下，由于只依赖自然循环中汽水密度差产生的压头，系统流量较小，质量含汽率沿炉膛高度急剧升高，在上图中的横坐标“标高”约15米处，曲线开始和临界含汽率曲线有了交点，随后在相当大的范围内，质量含汽率曲线都远高于临界含汽率曲线，引起传热恶化。

（2）内螺纹管最小质量流量指标

以下表1所示为锅炉在三种工况下循环水速和流量。

分析上表数据可以看出，ECR负荷下两泵运行时最小质量流量为785.2 kg/s.m2高于内螺纹管最小允许质量流量524.2kg/s.m2，计算裕度达49.8%，运行安全可靠;单泵带ECR运行时，实际最小质量流量为581kg/s.m2， 裕度仅为10.9%，较两泵运行大幅降低，抵御炉内传热和自身循环的扰动变弱，运行风险提高;自然循环时，最小质量流量远低于最小允许质量流量，引起传热恶化。

3优化效果

3.1 节能效果明显

A电厂在经试验后采用了炉水循环泵2用1备运行方式后，能耗降低，节约了厂用电，经济性提升明显。一台炉水循环泵电机的额定功率为400kW，若年运行小时数以7000小时计算，上网电价以0.40元/千瓦时计， 在实现两泵运行，一泵备用的运行方式后，每年每台锅炉可节约厂用电2800000千瓦时，收益增加约112万元，经济效益非常可观。

3.2 延长了设备使用寿命

炉水循环泵采用2用1备运行方式，三台泵都可以切换备用，缩短了设备运行时间，延长了使用寿命。另外可对备用的炉水循环泵做必要的保养维护或检修，进一步提高了炉水循环泵运行的可靠性。

3.3 运行噪音有所减弱

由于运行过程中有一台泵备用，较三台泵运行噪音有所降低，改善了现场环境。

4结束语

（1）A電厂两泵运行一泵备用的运行方式安全可靠，且留有较大的安全裕度。两泵运行时，要经常对备用泵做检查，并且三台泵轮换做备用，防止备用泵遇故障时难以启动。

（2）倘若两泵运行时一台泵突然故障时，应启动备用泵。如备用泵启动故障，此时应减负荷至60%ECR（锅炉设计时单台泵只能带60%ECR负荷）。减负荷时一定注意对降压速度的控制，切忌降压太快，导致炉水循环泵发生汽蚀。

（3）A电厂在经试验后采用了炉水循环泵2用1备运行方式，经济性提升明显，节能效果突出，延长了设备使用寿命，水泵运行时中噪音降低。

（4）本文对A电厂炉水循环泵几种工况下运行的安全性进行了分析，提出锅水循环系统的节能优化方案，该分析方法可为其他600MW亚临界机组控制循环锅炉炉水循环泵的节能运行提供参考。

参考文献

[1] 上海成套所，江苏工业锅炉情报网：电站锅炉水动力计算方法：JB/Z201-83[S].北京：中国标准出版社，1984.

[2] 吴雨红.控制循环锅炉水动力计算方法概述[J]，锅炉技术，2000， 31（10）：1-4.

作者简介

王具宝（1983-），男，宁夏彭阳人;学历：硕士，职称：工程师，现就职单位：宁夏特种设备检验检测院，研究方向：特种设备检验检测、特种设备节能。