摘要：通過對循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式進(jìn)行剖析，結(jié)合高壓變頻調(diào)速技術(shù)在循環(huán)泵變工況運行方式中的應(yīng)用，從另外角度分析實現(xiàn)機組經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化運行的方式方法。闡述循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能優(yōu)化的可行性，為循環(huán)水變頻系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供可借鑒的依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng) 變頻 優(yōu)化運行
　　一、概況
　　以閉式循環(huán)冷卻機組為例，循環(huán)水系統(tǒng)的主要作用是冷卻汽機低壓缸排氣溫度，降低低壓缸排氣壓力，使得主蒸汽在通過汽輪機時zui大限度的釋放能量做功轉(zhuǎn)化為汽輪機旋轉(zhuǎn)的機械能用于驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。循環(huán)水泵的作用是將冷卻水壓入凝汽器中與作過功的過熱蒸汽進(jìn)行熱交換，降低汽輪機末端排壓。吸收熱量的循環(huán)水被輸送至冷卻塔后噴淋，經(jīng)逆流自然通風(fēng)冷卻后循環(huán)使用。 
　　長期以來，大多數(shù)機組的循環(huán)水系統(tǒng)采用開停泵方式運行。根據(jù)季節(jié)不同，氣溫差異開啟一臺或兩臺循環(huán)水泵。由于機組凝汽器密封、機組效率、季節(jié)性溫差等原因，往往是為了保證機組安全運行，通常存在循環(huán)水系統(tǒng)開一臺流量不夠，開兩臺流量過大的情況，夏季運行流量卻不足等現(xiàn)象。這就無法保證機組的長期經(jīng)濟(jì)性穩(wěn)定運行，而且一直以來沒有合理的控制和調(diào)節(jié)手段，無法實現(xiàn)循環(huán)泵的功耗跟隨機組負(fù)荷調(diào)整，循環(huán)泵能耗居高不下。
　　如何實現(xiàn)對凝汽器真空的控制，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、可靠運行，降低循環(huán)水系統(tǒng)在機組低負(fù)荷下的能耗水平，成為一個重要的研究課題。隨著機組密封技術(shù)和運行效率評價體系的完善，高壓變頻調(diào)速技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，使得采用自動運行方式控制凝汽器真空實現(xiàn)機組的經(jīng)濟(jì)運行成為可能。
　　在循環(huán)水系統(tǒng)中采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)機組負(fù)荷大小、不同季節(jié)的環(huán)境溫度變化等因素，合理控制循環(huán)水流量維持凝汽器排汽壓力的*真空度，主要可以在以下幾個方面取到良好的效果：
　?、?nbsp;提高機組運行效率，降低煤耗水平。
　?、?nbsp;降低循環(huán)水泵單耗，節(jié)約大量電能。
　?、?nbsp;降低冷卻塔循環(huán)水蒸發(fā)量損失。
　?、?nbsp;避免冬季冷卻塔回水溫度過低，結(jié)冰等問題。
　　二、系統(tǒng)分析
　　通過對循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)備及運行工藝分析，結(jié)合高壓變頻技術(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)中應(yīng)用可能預(yù)見和產(chǎn)生的影響，進(jìn)行針對性的分析論證。
　　1．循環(huán)水泵調(diào)速
　　在循環(huán)水泵上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，主要是用于機組在額定負(fù)荷以下運行時，循環(huán)泵運行參數(shù)向下調(diào)整的需要。即：運行頻率在≤50Hz范圍內(nèi)調(diào)整。從圖2可以看出：只要管網(wǎng)工作壓力H高于管網(wǎng)靜壓值HST，在保證zui低流量的情況下即可安全運行。當(dāng)流量需求降低循環(huán)泵轉(zhuǎn)速隨之降低，根據(jù)流體力學(xué)相似定律，壓力也會下降。從而，帶來冷卻水管網(wǎng)及其輔助工業(yè)冷卻水等子系統(tǒng)的運行變化。
　　通過對循環(huán)泵、管網(wǎng)特性曲線和機組流量需求情況分析可知：在機組180～300MW負(fù)荷調(diào)整區(qū)間，循環(huán)泵的流量調(diào)整空間有限；且轉(zhuǎn)速下降時流量降低，壓力降低幅值不大，不會產(chǎn)生較大影響。系統(tǒng)能夠接受循環(huán)泵在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速方式運行。
　　2．凝汽器真空度及zui有利真空的實現(xiàn)
　　真空度是指凝汽器的真空值與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱谋戎档陌俜謹(jǐn)?shù)，也就是我們控制循環(huán)水系統(tǒng)的直接影響變量，是影響發(fā)電機組經(jīng)濟(jì)效益的重要參數(shù)。由于二次蒸汽在凝汽器中與冷卻水進(jìn)行熱交換凝結(jié)成水時，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，體積迅速變化，這就在凝汽器內(nèi)形成高度真空，同時在汽輪機的排汽口建立并保持高度真空，使進(jìn)入汽輪機的蒸汽能膨脹到盡可能低的壓力，提高了蒸汽對汽輪機的做功能力。即：增大了機組的理想比焓降，提高汽輪機的工作效率。目前，凝汽器真空主要依靠調(diào)節(jié)冷卻水流量來控制。
　　由汽輪機的工作原理可知，運行中的凝汽器壓力Pz主要取決于汽機負(fù)荷Dz、冷卻水入口溫度ts2和冷卻水量Ds，冷卻水溫能夠降低的zui低溫度主要取決于自然環(huán)境溫度t0。在汽機負(fù)荷一定的情況下，只有通過增加冷卻水的流量來提高凝汽器的真空度，但真空度并不是越高越好，在提高真空度使汽輪機效率（ΔΝ1）提高的同時，循環(huán)水泵的運行電耗（ΔΝ2）也將大幅提高。所以汽輪機正常工作時存在一個與機組負(fù)荷對應(yīng)的*運行壓力，使ΔΝ1與ΔΝ2的差值zui大
　　在實際的工程應(yīng)用中，采用汽輪機效率（ΔΝ1）和循環(huán)水泵的運行電耗（ΔΝ2）達(dá)到*經(jīng)濟(jì)性運行的實現(xiàn)方法上，很難通過函數(shù)運算和過程控制的方式來達(dá)到機組*經(jīng)濟(jì)效果。通常采用汽輪機在出廠時確定的*背壓范圍來作為控制的目標(biāo)，從而改善機組運行工藝參數(shù)，實現(xiàn)凝汽器壓力隨機組負(fù)荷變化，經(jīng)濟(jì)性運行。因此，在循環(huán)泵中采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)*控制，就需要提出更新的控制策略，而采用熱力動態(tài)平衡理論，則有助于系統(tǒng)優(yōu)化控制的實現(xiàn)。
　　3．凝結(jié)水的過冷卻度問題
　　凝結(jié)水過冷會產(chǎn)生不可逆的汽源損失，是一項影響經(jīng)濟(jì)性的小指標(biāo)。正常運行時，凝汽器過冷度一般為0.5～2℃。凝汽器過冷卻度每升高1℃，熱耗增加0.014%，過高會導(dǎo)致煤耗水平增加。導(dǎo)致凝結(jié)水過冷的因素也很多，其中循環(huán)水的流量及入口溫度對凝結(jié)水的過冷具有明顯影響。需要在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程中考慮此問題，使得機組綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)取得*。
　　4．冷卻塔蒸發(fā)水量損失與冬季結(jié)冰問題
　　火電廠是主要的用水大戶，其中冷卻塔中的冷卻水損失是電廠水資源損失的主要源頭之一。它包括蒸發(fā)損失，風(fēng)吹損失和排污損失；而占75％以上的蒸發(fā)損失主要與循環(huán)水的流量及冷卻塔出入口溫度端差密切相關(guān)。在北方由于夏冬兩季的溫差較大，所以夏冬季冷卻塔中蒸發(fā)熱量所占的比值也有很大變化；夏季約為*，而冬季約為50%。蒸發(fā)損失水量及風(fēng)吹損失水量的計算公式如下：
　　 


　　

　　式中：Ds——循環(huán)水量;
　　 Cs——水的比熱容，常溫下，1kg水每升高1℃需要4.1868kJ/(kg•℃)；
　　 ΔTL——冷卻塔冷卻水出口與進(jìn)口溫度之差；
　　 ——水在tp溫度下的蒸發(fā)潛熱；
　　 tp——循環(huán)水平均溫度；
　　 A——蒸發(fā)散熱量占冷卻塔全部發(fā)散出熱量的比值；
　　由公式①可知:當(dāng)環(huán)境溫度T0確定的情況下，水的比熱容Cs、蒸發(fā)潛熱α、循環(huán)水平均溫度tp、蒸發(fā)散熱量占冷卻塔全部發(fā)散出熱量的比值A(chǔ)等參數(shù)也相應(yīng)的確定下來。在常溫20℃下，查表計算可得出：系數(shù)