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1300MW机组开式水系统改进和运行优化调整华能武汉发电有限责任公司徐爱林一、前言火力发电厂开式水系统的开式水，作为冷却介质，将汽轮发电机组设备运行中所产生的热量，导出排至循环水排水系统，以保证设备的正常运行。华能武汉发电有限责任公司Ⅰ、Ⅱ期4X300MW凝汽式汽轮发电机组，夏季循环水泵原设计为“两机三泵”（即两台机组运行时投运三台循环水泵，以下类同）运行方式；考虑节能，改变为“三机四泵”或“四机五泵”运行方式，因此在夏季工况运行中，出现了部分热交换器开式冷却水量不足的情况；为了提高机组运行的安全性和经济性，公司运行人员在对开式水系统，提出对该系统改进同时优化运行调整，改进后在确保电厂节能降耗的同时保证了机组运行的安全性同时提高了经济性，实现了预期目的。二、设备系统简介华能武汉发电有限责任公司已经建成一、二、三期工程，安装了2×2×300MW和2×600MW火力发电燃煤机组。其中，一期工程为2台300MW机组，分别于1993年6月和1994年1月建成投产；二期工程为2台300MW机组，分别于1997年5月和12月建成投产；三期工程为2台60万千瓦机组，分别于2006年10月、12月建成投产。机组冷却方式采用开式循环水系统，水源为长江水，一、二期工程共用一个江边循环水泵房，安装6台循环水泵，循环水泵出水母管间，安装有联通门。设计运行方式：夏天在满负荷工况下，为两机三泵运行；当机组负荷下降至75%额定负荷左右，即230MW负荷工况，为一机一泵运行；冬天为一机一泵运行，可带满负荷。汽轮发电机组的开式冷却水，由循环水提供，从甲、乙侧凝汽器循环水入口门前管道接出。乙侧开式水经滤网过滤后向主机和汽动给水泵冷油器提供冷却水；甲侧开式水分为直供设备冷却水和经两台100%容量的开式水泵（一用一备）升压后提供给设备冷却水。2开式水系统分布为：甲侧开式水经滤网过滤后，直接供给开式冷却水的设备有：2台发电机定子内冷水冷却器、2台闭式循环水热交换器；由开式水泵升压后供给开式冷却水水的设备有：2台励磁机空气冷却器、4台发电机氢气冷却器、1台电动给水泵电机凉风器、电动给水泵工作油和润滑油冷却器各1台；2台水环式真空泵冷却器的开式水，既可以由循环水直接供给，也可以由开式水泵升压水供给，可相互切换。在乙侧开式水滤网后，由循环水直接供给开式水的设备有：2台汽轮发电机组冷油器、4台小机冷油器。原设计的开式水系统图见图1（大幅面图纸见附图1优化改造前的开式水系统图）。图1优化改造前的开式水系统图三、开式水系统运行方式及出现的问题（一）武汉地处亚热带季风湿润气候，根据地区气象水文资料，本地区雨量充沛、日照充足、四季分明、夏季酷暑、冬季较冷；夏季长达135天（即每5天平均气温大于或等于22℃为夏天），日高气温多达到35—37℃及以上；夏季循环水，开3式水泵入口的开式水的水温，有较多时间在29—30℃运行。夏季长江水质较差，含有大量泥沙和杂质，滤网容易堵塞，阻碍和降低冷却器的换热效果；循环水泵磨损，也影响循环水的流量、压力和效率，对冷却器换热不利。（二）夏季循环水泵运行方式，机组在满负荷工况下，设计为“两机三泵”运行。随着节能降耗活动开展，为了降低厂用电率，循环水泵采取高低速搭配的优化运行方式：I期、II期工程的4台300MW汽轮发电机组，夏季（循环水温度高于25℃）在满负荷工况下，采用“两机三泵”、“三机四泵”、“四机五泵”的运行方式，其中必须运行一台经过改进的额定功率60%的低速循环泵；当机组平均负荷低于230MW时，则停止一台低速循环水泵，即一机配置一台循环水泵并列运行。采用优化运行方式后，能保证汽轮机的真空和机组汽耗率在合理经济范围内运行，降低了的厂用电单耗。但是采用优化运行方式后，新的问题出现了，发现夏季部分冷却器通流的开式冷却水水量不足，这样在额定工况运行时，汽轮机组冷油器出口油温，经常在48℃以上运行；汽轮机的轴承金属高点温度接近90℃；小机冷油器出口油温亦多在48℃以上运行，小机的轴承温度也多接近62℃，发电机定子内冷水入口水温长期处于46℃以上运行。当开式水压不稳定时，主机和小机经常出现“轴承温度异常”报警，发电机出现“定子线圈温度高”报警，对机组的安全运行构成了威胁。四、运行优化调整机组在循环水泵优化运行方式下运行，针对部分开式冷却水量不足的情况，首先进行了运行调整。（一）加大了开式水滤网的维护量，在开式水滤网电机的控制回路中加装了一个计时控制器，使开式水滤网每4小时旋转排污一次，保持滤网干净，以保证滤网前后差压处于正常范围。（二）在日常的工作中加强了对汽轮发电机组冷油器的反洗操作，通过反洗，将冷油器入口的杂质和淤泥清洗干净，以降低冷油器阻力，提高冷油器的冷却水量和热交换效率。（三）通过操作调整，适当的提高循环水压，并对开式水系统中其他用户的开式水量作重新分配调整，使各冷却器的开式水量达到均衡、合理的水平。4通过以上方法的调整，汽轮发电机轴承温度、小机轴承温度、定子线圈温度高的问题，得到了一定程度缓解，但没有根本解决问题，同时增加了运行和检修人员维护量和劳动强度。五、对开式水系统优化改造（一）按优化运行方式分析运行后出现的问题机组在按优化循环水泵运行方式运行时，出现了汽轮发电机组冷油器、小机冷油器和发电机定子水冷却器开式冷却水水量不足的情况，分析如下：本厂单台循环水泵设计流量为26064m³/h，单台机组凝汽器的冷却水设计流量为37300m³/h，优化运行方案及单机平均循环水量见表1。表1：优化运行方式及循环水平均流量运行方式循环水总流量单机平均循环水量两机三泵67766m³/h33883m³/h三机四泵93830m³/h31277m³/h四机五泵119894m³/h29974m³/h根据表1数据，当3台、4台汽轮发电机组运行时，单台机组的循环水量则达不到设计值，分别为设计值的0.838、0.803，实际运行时，由于总冷却水量下降，管道和设备的流动阻力下降，导致单台循环水泵的流量高于额定流量，根据循环水泵的流量-扬程特性曲线可知循环水泵出口的扬程将下降，这样也必然导致循环水在凝汽器入口的压力下降，进而导致开式水系统入口水压降低，开式水量达不到设计要求。故额定工况运行时，主机润滑油温、小机润滑油温和内冷水的温度，长期处于高限运行，主机和小机经常来“轴承温度异常”报警，发电机来“定子线圈温度高”报警，对机组的安全运行，构成了威胁。上述情况出现，主要是汽轮发电机组冷油器、小机冷油器、发电机定子水冷却器的开式冷却水压力低、流量不足造成的，故提出对开式水系统进行改造。（二）开式水系统优化改造方案1、乙侧开式水系统优化改造5针对汽轮发电机组冷油器、小机冷油器的开式冷却水量不足的问题，在乙侧开式水滤网出口管道上加装一台管道升压泵（型号参数见表2），在管道泵的进、出各安装一个手动蝶阀，并加装管道泵旁路管道及旁路手动门。当夏季按优化工况方案运行时，切换至管道泵运行，即开启管道泵进、出门，启动管道泵运行，关闭旁路手动门，以增加乙侧开式水的流量，保证汽轮发电机组冷油器、小机冷油器工作正常。当循环水温度降至25℃以下时，切换至原设计开式水系统运行，操作则与投入相反，以节约厂用电。详见图2：优化改造后的开式水系统图。表2：管道泵参数表管道泵水泵电动机型号ISGB300-18型号Y2-2258-4流量600m³/h功率37KW扬程12.5m电压380V转速1480rpm转速1480rpm台数1台数1从管道泵的选型上，可以看出管道泵在设计流量上能够满足汽轮发电机组冷油器和小机冷油器的冷却需求（合计设计需求流量为548m³/h），管道泵出口设计压力，能够保证汽轮发电机冷油器和小机冷油器的安全运行。2、甲开式水系统优化改造方案包括三个方面的内容，分述如下：1）．改造方案针对发电机定子水冷却器的开式水量不足的问题，在开式水泵出口管上增接一路开式水管，作发发电机定子水冷却器的开式水，改造包括三部分：a）从开式泵出口的开式水管上接1根Ø159ⅹ4.5mm管道，至发电机定子水冷却器开式水进口总管，并在此管道上装设一个手动截止阀，以切换操作；还在发电机定子水冷却器回水管道上，加装了一组自动调节门及旁路，以调节水量。b）在原发电机定子水冷却器开式水进水总管上，再加装一个手动截止阀，6以和循环水直供开式水系统隔离。c）在开式水泵出口开式水管至电动给水泵电机空冷器、电动给水泵工作油和润滑油冷却器的开式水进水管前，加装一电动关断阀，以关闭或开启电动给水泵空冷器、工作及润滑油冷却器的开式水；将这部分开式水调整送至发电机内冷水冷却器处，以解决开式循环水泵在改造后出力不足的问题。详见图2：开式循环系统改造图。夏季优化工况运行时，发电机定子内冷水冷却器的开式水，切换至开式水泵升压系统供水，使发电机定子水冷却器供水量增加，并采用回水调整门调节其开式水量。当循环水温度降至25℃以下时，可恢复原设计运行方式。2．关于改造方案的分析说明我们首先看开式循环水泵参数表（见表3）和开式水系统用户设计流量表（见表4）。表3：开式循环水泵参数表开始循环水泵水泵电动机型号10sh-13型号Y25M-4流量360-576m³/h功率55KW扬程27-19m电压380V转速1470rpm转速1500rpm台数2台数2表4：开式水系统用户设计流量表设备名称安装台数运行台数单台流量m合计流量m7³/h³/h汽轮发电机冷油器21318318励磁机空冷器223264发电机氢气冷却器44100400发电机定子水冷却器21130130电动给水泵工作油冷油器11100100电动给水泵润滑油冷油器113030电动给水泵电机凉风器112525小机冷油器42115230水环真空泵冷却器225353闭式水热交换器22220220合计1590从上表可以看出，本开式水系统，开式水泵出口的用户包括：发电机氢气冷却器，励磁机空气冷却器，电动给水泵电机空冷器，电动给水泵工作油和润滑油冷却器，合计设计所需要的冷却水流量为619m³/h，虽然略高于开式泵的设计流量，但由于泵本身有设计裕量，各设备厂家要求的冷却水量有一定的安全系数，根据实际运行经验，开式泵的流量能满足机组要求，但已经没有裕量。在实际运行工况中，开式泵的入口压力在0.05Mpa(g)左右，出口压力压力为0.2Mpa(g)，开式泵的进出口压差为0.15MPa，开式泵的实际扬程已经接近设计扬程的下限，所以如果想在开式泵出口增加用户，开式泵的出力达不到系统的要求。我厂给水系统安装了三台给水泵，机组运行时两台汽动给水泵为锅炉提供给水，电动给水泵备用，电泵在备用时，其工作油冷油器、润滑油冷油器和电机凉风器均投入运行，浪费了大量的开式冷却水；所以为了解决上述问题，则在开式泵出口至电动给水泵工作油冷油器、电动给水泵润滑油冷油器、电动给水泵电机凉风器的开式水总管上，安装了一个电动调整阀，并设置一个电动给水泵启动时连开此电动门的逻辑，以确保电动给水泵的安全运行。机组正常运行时，此阀门处于1/4开启状态，估算节省了开式水流量共计135m³/h，而增加到发电机定子水冷却器需要开式水量130m³/h，水量平衡略有富余；同时在非夏季工况下，8由于节省了电泵相关设备的开式水量，使其它设备获得更多的开式水量，有利于机组的安全经济运行。甲侧开式水改造后需要注意的是，夏季如果遇到特殊工况，电泵开式水需要投入运行时，这时需要将开式泵的备用泵投入运行，以满足水量要求。优化改造以后的开式水系统见图2图2优化改造后的开式水系统图六、改造后的效果及给我们的启示（一）乙侧开式水优化改造后，即在主机、小机润滑油冷却器的开式水管上增加管道泵的优化改造方案，按主机和循环水泵优化运行方式运行，经过较长时间运行观察，在夏季主机润滑油冷油器出口油温可控制在40℃以内、小机润滑油冷油器出口油温可控制在38℃以内，保证了机组安全经济运行，达到了预期效果。甲侧开式水优化改造后，即发电机定子水冷却器的开式冷却水，改由开式水泵后供水后，进入发电机定子内冷水冷却器的开式冷却水，其入口水压力必然提升，流量也必然增加；在回水管道上加装了自动调节阀门，以调节控制开