1、300MW機組開式水系統改進和運行優化調整華能武漢發電有限責任公司 徐愛林一、前言火力發電廠開式水系統的開式水，作為冷卻介質，將汽輪發電機組設備運行中所產生的熱量，導出排至循環水排水系統，以保證設備的正常運行。華能武漢發電有限責任公司、期4X300MW凝汽式汽輪發電機組，夏季循環水泵原設計為“兩機三泵”（即兩臺機組運行時投運三臺循環水泵，以下類同）運行方式；考慮節能，改變為“三機四泵”或“四機五泵”運行方式，因此在夏季工況運行中，出現了部分熱交換器開式冷卻水量不足的情況；為了提高機組運行的安全性和經濟性，公司運行人員在對開式水系統，提出對該系統改進同時優化運行調整，改進后在確保電廠節能降耗的同

2、時保證了機組運行的安全性同時提高了經濟性，實現了預期目的。二、設備系統簡介華能武漢發電有限責任公司已經建成一、二、三期工程，安裝了2×2×300MW和2×600MW火力發電燃煤機組。其中，一期工程為2臺300MW機組，分別于1993年6月和1994年1月建成投產；二期工程為2臺300MW機組，分別于1997年5月和12月建成投產；三期工程為2臺60萬千瓦機組，分別于2006年10月、12月建成投產。機組冷卻方式采用開式循環水系統，水源為長江水，一、二期工程共用一個江邊循環水泵房，安裝6臺循環水泵，循環水泵出水母管間，安裝有聯通門。設計運行方式：夏天在滿負荷工況下，

3、為兩機三泵運行；當機組負荷下降至75%額定負荷左右，即230MW負荷工況，為一機一泵運行；冬天為一機一泵運行，可帶滿負荷。汽輪發電機組的開式冷卻水，由循環水提供，從甲、乙側凝汽器循環水入口門前管道接出。乙側開式水經濾網過濾后向主機和汽動給水泵冷油器提供冷卻水；甲側開式水分為直供設備冷卻水和經兩臺100%容量的開式水泵（一用一備）升壓后提供給設備冷卻水。開式水系統分布為：甲側開式水經濾網過濾后，直接供給開式冷卻水的設備有：2臺發電機定子內冷水冷卻器、2臺閉式循環水熱交換器；由開式水泵升壓后供給開式冷卻水水的設備有：2臺勵磁機空氣冷卻器、4臺發電機氫氣冷卻器、1臺電動給水泵電機涼風器、電動給水泵工

4、作油和潤滑油冷卻器各1臺；2臺水環式真空泵冷卻器的開式水，既可以由循環水直接供給，也可以由開式水泵升壓水供給，可相互切換。在乙側開式水濾網后，由循環水直接供給開式水的設備有：2臺汽輪發電機組冷油器、4臺小機冷油器。原設計的開式水系統圖見圖1（大幅面圖紙見附圖1優化改造前的開式水系統圖）。圖1優化改造前的開式水系統圖三、開式水系統運行方式及出現的問題（一）武漢地處亞熱帶季風濕潤氣候，根據地區氣象水文資料，本地區雨量充沛、日照充足、四季分明、夏季酷暑、冬季較冷；夏季長達135天（即每5天平均氣溫大于或等于22為夏天），日高氣溫多達到3537及以上；夏季循環水，開式水泵入口的開式水的水溫，有較多時間

5、在2930運行。夏季長江水質較差，含有大量泥沙和雜質，濾網容易堵塞，阻礙和降低冷卻器的換熱效果；循環水泵磨損，也影響循環水的流量、壓力和效率，對冷卻器換熱不利。（二）夏季循環水泵運行方式，機組在滿負荷工況下，設計為“兩機三泵”運行。隨著節能降耗活動開展，為了降低廠用電率，循環水泵采取高低速搭配的優化運行方式：I期、II期工程的4臺300MW汽輪發電機組，夏季（循環水溫度高于25）在滿負荷工況下，采用“兩機三泵”、“三機四泵”、“四機五泵”的運行方式，其中必須運行一臺經過改進的額定功率60%的低速循環泵；當機組平均負荷低于230MW時，則停止一臺低速循環水泵，即一機配置一臺循環水泵并列運行。采用

6、優化運行方式后，能保證汽輪機的真空和機組汽耗率在合理經濟范圍內運行，降低了的廠用電單耗。但是采用優化運行方式后，新的問題出現了，發現夏季部分冷卻器通流的開式冷卻水水量不足，這樣在額定工況運行時，汽輪機組冷油器出口油溫，經常在48以上運行；汽輪機的軸承金屬高點溫度接近90；小機冷油器出口油溫亦多在48以上運行，小機的軸承溫度也多接近62，發電機定子內冷水入口水溫長期處于46以上運行。當開式水壓不穩定時，主機和小機經常出現“軸承溫度異常”報警，發電機出現“定子線圈溫度高”報警，對機組的安全運行構成了威脅。四、運行優化調整機組在循環水泵優化運行方式下運行，針對部分開式冷卻水量不足的情況，首先進行了運

7、行調整。（一）加大了開式水濾網的維護量，在開式水濾網電機的控制回路中加裝了一個計時控制器，使開式水濾網每4小時旋轉排污一次，保持濾網干凈，以保證濾網前后差壓處于正常范圍。（二）在日常的工作中加強了對汽輪發電機組冷油器的反洗操作，通過反洗，將冷油器入口的雜質和淤泥清洗干凈，以降低冷油器阻力，提高冷油器的冷卻水量和熱交換效率。（三）通過操作調整，適當的提高循環水壓，并對開式水系統中其他用戶的開式水量作重新分配調整，使各冷卻器的開式水量達到均衡、合理的水平。通過以上方法的調整，汽輪發電機軸承溫度、小機軸承溫度、定子線圈溫度高的問題，得到了一定程度緩解，但沒有根本解決問題，同時增加了運行和檢修人員維護

8、量和勞動強度。五、對開式水系統優化改造（一）按優化運行方式分析運行后出現的問題機組在按優化循環水泵運行方式運行時，出現了汽輪發電機組冷油器、小機冷油器和發電機定子水冷卻器開式冷卻水水量不足的情況，分析如下：本廠單臺循環水泵設計流量為26064m³/h，單臺機組凝汽器的冷卻水設計流量為37300 m³/h，優化運行方案及單機平均循環水量見表1。表1：優化運行方式及循環水平均流量運行方式循環水總流量單機平均循環水量兩機三泵67766 m³/h33883 m³/h三機四泵93830 m³/h31277 m³/h四機五泵119894 m

9、79;/h29974 m³/h根據表1數據，當3臺、4臺汽輪發電機組運行時，單臺機組的循環水量則達不到設計值，分別為設計值的0.838、0.803，實際運行時，由于總冷卻水量下降，管道和設備的流動阻力下降，導致單臺循環水泵的流量高于額定流量，根據循環水泵的流量-揚程特性曲線可知循環水泵出口的揚程將下降，這樣也必然導致循環水在凝汽器入口的壓力下降，進而導致開式水系統入口水壓降低，開式水量達不到設計要求。故額定工況運行時，主機潤滑油溫、小機潤滑油溫和內冷水的溫度，長期處于高限運行，主機和小機經常來“軸承溫度異常”報警，發電機來“定子線圈溫度高”報警，對機組的安全運行，構成了威脅。上述情況

10、出現，主要是汽輪發電機組冷油器、小機冷油器、發電機定子水冷卻器的開式冷卻水壓力低、流量不足造成的，故提出對開式水系統進行改造。（二）開式水系統優化改造方案1、乙側開式水系統優化改造針對汽輪發電機組冷油器、小機冷油器的開式冷卻水量不足的問題，在乙側開式水濾網出口管道上加裝一臺管道升壓泵（型號參數見表2），在管道泵的進、出各安裝一個手動蝶閥，并加裝管道泵旁路管道及旁路手動門。當夏季按優化工況方案運行時，切換至管道泵運行，即開啟管道泵進、出門，啟動管道泵運行，關閉旁路手動門，以增加乙側開式水的流量，保證汽輪發電機組冷油器、小機冷油器工作正常。當循環水溫度降至25以下時，切換至原設計開式水系統運行，操

11、作則與投入相反，以節約廠用電。詳見圖2：優化改造后的開式水系統圖。表2：管道泵參數表管道泵水泵電動機型號ISGB300-18型號Y2-2258-4流量600m³/h功率37KW揚程12.5m電壓380V轉速1480rpm轉速1480 rpm臺數1臺數1從管道泵的選型上，可以看出管道泵在設計流量上能夠滿足汽輪發電機組冷油器和小機冷油器的冷卻需求（合計設計需求流量為548m³/h），管道泵出口設計壓力，能夠保證汽輪發電機冷油器和小機冷油器的安全運行。2、甲開式水系統優化改造方案包括三個方面的內容，分述如下：1）改造方案針對發電機定子水冷卻器的開式水量不足的問題，在開式水泵出口管

12、上增接一路開式水管，作發發電機定子水冷卻器的開式水，改造包括三部分：a）從開式泵出口的開式水管上接1根Ø1594.5mm管道，至發電機定子水冷卻器開式水進口總管，并在此管道上裝設一個手動截止閥，以切換操作；還在發電機定子水冷卻器回水管道上，加裝了一組自動調節門及旁路，以調節水量。b）在原發電機定子水冷卻器開式水進水總管上，再加裝一個手動截止閥，以和循環水直供開式水系統隔離。c）在開式水泵出口開式水管至電動給水泵電機空冷器、電動給水泵工作油和潤滑油冷卻器的開式水進水管前，加裝一電動關斷閥，以關閉或開啟電動給水泵空冷器、工作及潤滑油冷卻器的開式水；將這部分開式水調整送至發電機內冷水冷卻器

13、處，以解決開式循環水泵在改造后出力不足的問題。詳見圖2：開式循環系統改造圖。夏季優化工況運行時，發電機定子內冷水冷卻器的開式水，切換至開式水泵升壓系統供水，使發電機定子水冷卻器供水量增加，并采用回水調整門調節其開式水量。當循環水溫度降至25以下時，可恢復原設計運行方式。2關于改造方案的分析說明我們首先看開式循環水泵參數表（見表3）和開式水系統用戶設計流量表（見表4）。表3：開式循環水泵參數表開始循環水泵水泵電動機型號10sh-13型號Y25M-4流量360-576m³/h功率55KW揚程27-19m電壓380V轉速1470rpm轉速1500 rpm臺數2臺數2表4：開式水系統用戶設計

14、流量表設備名稱安裝臺數運行臺數單臺流量m³/h合計流量m³/h汽輪發電機冷油器21318318勵磁機空冷器223264發電機氫氣冷卻器44100400發電機定子水冷卻器21130130電動給水泵工作油冷油器11100100電動給水泵潤滑油冷油器113030電動給水泵電機涼風器112525小機冷油器42115230水環真空泵冷卻器225353閉式水熱交換器22220220合計1590從上表可以看出，本開式水系統，開式水泵出口的用戶包括：發電機氫氣冷卻器，勵磁機空氣冷卻器，電動給水泵電機空冷器，電動給水泵工作油和潤滑油冷卻器，合計設計所需要的冷卻水流量為619 m³/

15、h，雖然略高于開式泵的設計流量，但由于泵本身有設計裕量，各設備廠家要求的冷卻水量有一定的安全系數，根據實際運行經驗，開式泵的流量能滿足機組要求，但已經沒有裕量。在實際運行工況中，開式泵的入口壓力在0. 05Mpa(g)左右，出口壓力壓力為0.2Mpa(g)，開式泵的進出口壓差為0.15MPa，開式泵的實際揚程已經接近設計揚程的下限，所以如果想在開式泵出口增加用戶，開式泵的出力達不到系統的要求。我廠給水系統安裝了三臺給水泵，機組運行時兩臺汽動給水泵為鍋爐提供給水，電動給水泵備用，電泵在備用時，其工作油冷油器、潤滑油冷油器和電機涼風器均投入運行，浪費了大量的開式冷卻水；所以為了解決上述問題，則在開

16、式泵出口至電動給水泵工作油冷油器、電動給水泵潤滑油冷油器、電動給水泵電機涼風器的開式水總管上，安裝了一個電動調整閥，并設置一個電動給水泵啟動時連開此電動門的邏輯，以確保電動給水泵的安全運行。機組正常運行時，此閥門處于1/4開啟狀態，估算節省了開式水流量共計135 m³/h，而增加到發電機定子水冷卻器需要開式水量130m³/h，水量平衡略有富余；同時在非夏季工況下，由于節省了電泵相關設備的開式水量，使其它設備獲得更多的開式水量，有利于機組的安全經濟運行。甲側開式水改造后需要注意的是，夏季如果遇到特殊工況，電泵開式水需要投入運行時，這時需要將開式泵的備用泵投入運行，以滿足水量要

17、求。優化改造以后的開式水系統見圖2圖2 優化改造后的開式水系統圖六、改造后的效果及給我們的啟示（一）乙側開式水優化改造后，即在主機、小機潤滑油冷卻器的開式水管上增加管道泵的優化改造方案，按主機和循環水泵優化運行方式運行，經過較長時間運行觀察，在夏季主機潤滑油冷油器出口油溫可控制在40以內、小機潤滑油冷油器出口油溫可控制在38以內，保證了機組安全經濟運行，達到了預期效果。甲側開式水優化改造后，即發電機定子水冷卻器的開式冷卻水，改由開式水泵后供水后，進入發電機定子內冷水冷卻器的開式冷卻水，其入口水壓力必然提升，流量也必然增加；在回水管道上加裝了自動調節閥門，以調節控制開式冷卻水量，從而有效控制了發

18、電機入口內冷水溫度在38左，保證了機組安全經濟運行，達到了預期效果。（二）本機組開式水系統的優化改進，指導思想穩妥積極、方案論證充分、措施合理有效，優化過程反映了設備系統改進的本質要求。既保存了原來合理設計系統，以保證在非夏季非高循環水溫工況下，按設計方式運行；又從系統局部優化改造解決運行中出現的問題，系統變動較少，改造投資低，而且有利于簡化運行操作并使機組安全經濟運行有了保障。此優化技術改進，在保證系統安全的前提下，還可通過其他形式適當降低循環水運行壓力，適當提高循環水泵流量，為提高機組運行的經濟性，創造了條件。（三）本次優化改造活動，其本質為充分利用本設備系統的相關性能、參數和計算結果與實際需要之間的余量，及相關并列子系統實際擁有這