某停运机组闭式水系统运行方式优化策略研究及实施
摘要：在进入电力市场改革后，降低发电机组发电成本，提高经济效益越来越受到重视，某电厂9F型燃机-汽机联合循环机组配套闭式水系在联合循环机组停运时，闭式水用户仅为燃机、汽机润滑油冷油器等，用量少但需要持续提供闭式水，本文通过对停运机组闭式水系运行方式的优化策略研究和实施，降低6kV辅机闭冷泵的能耗，从而实现节能效果。
关键词：闭式水系统;闭冷泵;运行优化;节能技术
1.前言
在火电厂中，机组运行的经济性不仅与主设备有关，而且还与辅助设备的性能与运行方式有关。其中，闭式水系中闭冷泵的能耗也在发电厂用电中占相当比例，其功能是向燃气轮机、汽轮机、锅炉、发电机的辅助设备提供冷却水。
某电厂为两套9F型燃机-汽机联合循环机组，闭式水系统采用除盐水和凝结水为补水水源，向燃机厂房、汽机厂房、余热锅炉岛区域的辅机提供冷却水，包括回水的冷却、升压输送和调节。每套机组配备有两台100%容量的闭冷泵、5m³的闭式水箱及两组板式换热器，闭式水箱保证了正常运行中闭冷泵入口压力稳定，闭式水经闭冷泵升压后供给各用户。每套机组闭式水系统独立运行。
2. 闭式水系统概况
该厂闭式水供应用户有：LCI冷却器、燃机润滑油冷却器、吹扫空气冷却器、火焰检测冷却器、HPU控制油冷却器、氢气干燥器、燃机发电机氢冷器、汽机润滑油冷却器、汽机EH 油冷却器、凝泵轴承和机械密封冷却水、汽机发电机空冷器、汽机高中压缸猫爪冷却、化学取样冷却、高中压给泵机械密封冷却水、高中压给泵电机冷却水、高压给泵油站冷却器、高温风机、空压机及其干燥机。其中，空压机及其干燥机是两套机组公用，可以分别由第一、第二套机组供给闭式冷却水。
机组停运后，燃机、汽机油系统运行，盘车运行，闭式水供应用户主要有燃机润滑油冷却器与汽机润滑油冷却器，其它用户随着机组和辅机的停运可以停止闭式水的供应，并且在机组解列半小时后，燃机润滑油冷油调及汽机润滑油冷油调均只有约1%的开度，随着燃机及汽机缸温的冷却，润滑油冷油调的开度仅有百分之零点几的开度，根据阀门特性曲线，经过冷油调的冷却水量很小，仅需很少的闭式水流量就能满足停运机组的闭式水冷却要求。
3. 停运机组闭式水系统运行方式优化对策研究
3.1闭式水用户自然冷却
机组停运后，很小的闭式水流量就能满足冷却要求，当燃机、汽机缸温降至环境温度后，闭式水冷却量降至最低，润滑油冷油调开度长时间保持在0%，尝试停止此时闭式水供给，让燃机、汽机润滑油自然散热，发现润滑油温缓慢上涨，燃机约5小时，汽机约8小时，油温超过允许值。因此，停运机组闭式水系统停运，油系统仅靠自然冷却无法满足冷却要求。
3.2闭式水系统联络运行
单机运行时，运行机组燃机润滑油冷油调及汽机润滑油冷油调开度随着环境温度的变化，开度从11%至100%变化，在环境温度与闭式水母管温度较低润滑油冷油调开度较小时，运行机组闭式水量能够同时满足运行机组、停运机组冷却量需求。
空压机及其干燥机是两套机组公用，可以由第一套联合循环机组空压机房/1号炉冷却水进阀门供给闭式水，再通过空压机房/1号炉冷却水回阀门回到第一套联合循环机组闭式水系统，也可以由第二套联合循环机组空压机房/3号炉冷却水进阀门供给闭式水，空压机房/3号炉冷却水回阀门回到第二套联合循环机组闭式水系统。两套机组的空压机房/冷却水进、空压机房/冷却水回阀门在空压机房闭式水供水母管、回水母管处联通，每台机组侧有自己的供、回水阀门，正常只由一套机组供给闭式水。当空压机房闭式水由运行机组供给时，在确保运行机组安全运行同时，调整停运机组侧空压机房/冷却水进、空压机房/冷却水回阀门，将运行机组侧闭式水引入停运机组侧闭式水系统，建立循环，优化停运机组闭式水运行方式，从而可以停止停运机组闭冷泵的运行，达到节能降耗的目的。
4. 停运机组闭式水系统运行方式优化对策实施
对策实施时以1/2号机组运行、3/4号机组备用，两套机组闭式水系统正常运行，空压机房闭式水由1/2号机组供给为例。对策实施期间集控室指定一名运行人员负责1/2号机组的闭式水系统盘上操作和监视运行机组燃机、汽机润滑油油温，监视闭式水水箱及其它闭式水用户温度变化情况;对策实施期间空压机房留一名运行人员监视空压机出口温度;对策实施前维护人员在空压机房/炉3冷却水进、回阀门处搭好脚手架，对策实施期间该处留一名运行人员负责空压机房/炉3冷却水进、回阀门操作。闭式水操作调整应当以运行机组优先，确保运行机组安全运行。
4.1停运机组闭式水大用户隔绝
1/2号机组单台闭冷泵带动1/2号机组、3/4号机组闭式水系统会造成1/2号机组闭式水用户冷却水压力、流量降低，冷却效果下降，而3/4号机组停运，闭式水用户大多无需冷却，因此，两套机组闭式水系统联络前需将3/4号机组的闭式水大用户隔绝，确保闭式水系统压力能够满足1/2号机组闭式水用户冷却要求。而燃机的氢冷器闭式水流量占闭式水总流量的31%，汽机发电机空冷器闭式水流量占闭式水总流量的13.7%，锅炉岛闭式水流量占闭式水总流量的5%，均须隔离。再除去燃机冷油器、汽机冷油器、空压机及干燥机外，3/4号机组其它闭式水用户流量很小，为减少操作量，其它小用户不隔离。
隔绝停运机组大用户时，值班员注意3/4号机组闭式水压力，开启并调整机4/闭式水再循环调，维持3/4号机组闭式水系统压力，防止超压。
4.2闭式水由分列运行改联络运行
1/2号机组闭式水供3/4号机组闭式水联络运行，操作中注意1/2号机组闭式水母管压力不低于0.37MPa、闭冷箱水位不低于700mm，空压机出口温度不超过90℃。检查1/2号机组运行正常，闭式水母管压力超过0.40MPa，闭冷箱水位补至1200mm，兩台闭式水热交换器均投入运行。检查3/4号机组已停运，各闭式水用户温度正常，除空压机房、燃机和汽机润滑油外其余用户已不需要冷却。调节3/4号机组闭式水母管压力，使其高于1/2号机组闭式水母管压力0.01MPa。检查3/4号机组HPU控制油泵、EH油泵、高压给泵稀油站润滑油泵已停运。手动关闭机4/发电机空冷温控调，关闭炉3/闭冷进总，关闭氢冷器3A/冷进、氢冷器3B/冷进、氢冷器3C/冷进、氢冷器3D/冷进，调整机4/闭式水再循环调维持闭式水母管压力不变。检查空压机房/炉1冷却水进、回全开。解除4号机备用闭冷泵联锁，关闭机4/闭冷箱出，停运运行闭冷泵，关闭机4/闭式水再循环调。关闭闭冷泵4A/进水、闭冷泵4B/进水。就地手动缓慢开启空压机房/炉3冷却水回至5%，缓慢开启空压机房/炉3冷却水进至5%，监视好1/2号机组闭冷箱水位，若异常下降则立即关闭阀门。微开机3/燃机闭式水回母氢冷器前空、机3/燃机闭式水供母氢冷器前空排气，无空气后关闭。就地手动缓慢交替开启空压机房/炉3冷却水回和冷却水进至20%，监视好1/2号机组闭冷箱水位，若异常下降则立即关闭阀门，若机1/润滑油冷油调开度到100%及时增开机力塔风机并交替关小空压机房/炉3冷却水回和冷却水进。操作完毕，全面检查两套机组闭式水系统正常。
4.3闭式水联络运行分析
根据厂家资料，明确闭式水用户温度限定值如下：运行机组燃机润滑油温≤60℃，高压给泵稀油站供油温度≤46℃，备用机组燃机润滑油温≤39℃，空压机加载运行时排气温度≤92℃，设备能够连续安全运行。
1/2号机组闭式水供3/4号机组闭式水联络运行后发现，1/2号机组闭式水出水温度、汽机润滑油冷油器闭式水调门开度、燃机润滑油冷油器调开度、高压给泵稀油站温度都有略微的上涨趋势，但未超限，随着环境温度的不断上升，统计闭式水联络运行时数据，当环境温度达到32℃以上时，开式水运行方式及机力塔风机已无调整手段（高速循泵、6台机力塔风机时），循进温度较高且增开开冷泵后运行机组闭冷水出母温度≥34℃时，稀油站温度达到了46.5℃，燃机润滑油冷油器调开度为100%，需将闭式水联络运行改分列运行，来保证运行机组的安全稳定。
4.4闭式水联络运行改分列运行
1/2号机组供两套联合循环机组闭式水联络运行改分列运行，操作中注意1/2号机组闭式水母管压力不低于0.37MPa、闭冷箱水位不低于700mm，空压机出口温度不超过90℃。检查1/2号机组运行正常，闭式水母管压力正常，闭冷箱水位补至1200mm，两台闭式水热交换器均投入运行。检查3/4号机组已停运，闭式水热交换器至少一台均投入运行。检查空压机房/炉1冷却水进、回全开。就地手动交替关闭空压机房/炉3冷却水进和冷却水回至0%，监视好1/2号机组闭式水母管压力及闭冷箱水位，若异常下降则立即恢复阀门。开启闭冷泵4A/进水、闭冷泵4B/进水，启动4号汽机闭冷泵，开启机4/闭冷箱出，调节机4/闭式水再循环调，调整闭式水母管压力。开启机4/开冷泵旁，开启氢冷器3A/冷进、氢冷器3B/冷进、氢冷器3C/冷进、氢冷器3D/冷进，调整机4/闭式水再循环调维持闭式水母管压力不变。开启炉3/闭冷进总，调整机4/闭式水再循环调维持闭式水母管压力不变。机4/发电机空冷温控调投入自动，关闭机4/闭式水再循环调。观察闭式水压力正常后投入4号机备用闭冷泵联锁。操作完毕，全面检查两套机组闭式水系统正常。
5. 效果检查
闭式水由分列运行改联络运行，优化了停运机组闭式水运行方式，停止停运机组闭冷泵的运行，达到节能降耗的目的。全年累计省电87.5万KWh，降低厂用电率约0.023%，有效的减少了生产成本及能源的消耗，促进企业的提质增效。
参考资料：
[1]《大型燃氣-蒸汽联合循环发电技术丛书设备及系统分册》中国电力出版社2009.9
[2]郭光， 祝鹏杰， 郭国庆. 汽轮机辅机运行优化和节能技术探讨[J]. 南方农机， 2016（s1）：253-253.
[3]刘振盛. 汽轮机辅机运行优化和节能技术探讨[J]. 中国机械， 2015（10）：83-84.
作者简介：居艳勇（1988-），男，江苏南通人，大学本科，工程师，研究方向：发电厂集控运行。
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