孙玉庆

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

间接空冷系统中循环水泵的主要功能是将从凝汽器出来的热水输送到空冷散热器中进行散热，冷却后的循环水再返回凝汽器中去冷却汽轮机排汽。其中，循环水泵组包括循环水泵及其配套的电动机，是间接空冷系统的重要组成部分。在合理、经济、先进的原则下，电厂为追求利润的最大化必须降低生产成本。循环水泵是厂用电的主要消耗点，节约循环水泵的厂用电，降低微增电费，对降低发电成本有着显著的意义，同时对降低工程的初投资也有重要的作用。为保证系统安全、高效运行及节省工程投资，需对循环水泵运行工况、方式及合理台数予以充分论证，这对实现循环水泵最优配置有着重要意义。本文仅以表凝式间接空冷系统的卧式离心式循环水泵为例进行分析和研究。

1 卧式离心式循环水泵

对于表凝式间接空冷系统低扬程及闭式管路系统，多选用高效率的卧式离心式水泵，现阶段该水泵最大效率可达91.5%。它结构简单，转子短；泵与电动机可直联，总长度短；占地面积小；高效率运行范围广，能适应变工况的扬程变化；检修较易，使用寿命长。

现阶段国内已招完标的循环水泵最大流量约为6.39 m3/h（例如神头二期主机循环水泵流量约为6.11 m3/s，扬程约23.6 m），经过与水泵厂家沟通和现有水泵样本显示，循环水泵流量可以做到更大（如流量10.22 m3/h，扬程约23 m，但无实际过程招标案例）。

采用常规间冷系统空冷散热器布置方式，300 MW级的1台机组配2台循环水泵，600 MW级的1台机组配3台循环水泵，1000 MW级的1台机组配4台循环水泵。

2 卧式离心式循环水泵配置优化

2.1 300 MW级卧式离心式循环水泵配置

一般300 MW级间接空冷系统配置“两机一塔”设计方案，每台机组设置2台高效卧式循环水泵，2台机组共4台循环水泵。现以某300 MW级间冷系统工程为例，选取的循环水泵设计参数为：Q=5.14 m3/s，H=21 m，N=1400 kW。

图1为采用双速水泵（每台水泵均采用双速电动机）、定速水泵（每台水泵均采用定速电动机）并联运行示意图。

在机组正常运行时，采用高速泵并联运行，在低气温区间，尤其是冬季供热期间，采用2台水泵低速并联运行，可分别满足单台机组（共6个扇段）3个、4个、5个、6个扇段运行；当2台水泵定速（高速）并联运行时，也可分别满足单台机组（共6个扇段） 3个、4个、5个、6个扇段运行；单台定速泵运行时，可满足单台机组2个扇段运行。从图1分析得出：单台机组配置2台定速水泵既可满足机组空冷系统在最佳运行气温（13.5～28℃，最佳运行时段）运行，又可满足冬季供热期间运行，

图1 2台水泵双速和定速并联运行示意图

2.2 600 MW级卧式离心式循环水泵配置

一般600 MW级间接空冷系统配置“一机一塔”设计方案，但随着现阶段厂址建设600 MW级间冷系统的要求，600 MW级间冷系统采用“两机一塔”的设计方案越来越多，例如山西赵庄、西上庄等工程。通常600 MW级机组每台机组配置3台高效卧式循环水泵，2台机组共6台循环水泵。现以某600 MW级间冷工程为例，选取的循环水泵设计参数为：Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW。

根据中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司2015年申请的专利“可大幅减少占地面积的间接空冷系统”，提出一种新的散热器布置方式——“散热器分上下两层和内外圈分别错开垂直布置在间冷塔的进风口处”，这种散热器布置方式但仅限3个扇段运行（当2台水泵定速并联时）。另外，在新疆地区（冬天比较寒冷）某300 MW级空冷机组在冬季运行时，为防冻，需要把散热器的扇段全部投运，这时需要单台机组2台循环水泵全部投入运行，这时低速水泵的优越性体现不出来。

参考相关工程，该型号的双速电机比单速电机约增加21万元/台的设备费用，若采用双速水泵，初投资将会增大约84万元（2台机组）。单台机组运行方式应尽量不采用1台高速泵+1台低速泵的并联运行，因并联后已脱离单台低速水泵的流量曲线范围，易造成低速水泵出现震荡现象。图2为2台水泵（定转速+高速）并联运行图。既可以大幅减小占地，又可大幅减少塔内散热器管内流体阻力，还可大幅降低循环水泵扬程。参照某660 MW间冷工程，采用新的散热器布置方案后，循环水泵扬程由原来常规的23 m降低到18～19 m。因此，可考虑单台机组配置2台高效卧式循环水泵，2台机组共4台循环水泵。

图2 2台水泵双速和1台高速水泵与1台低速水泵并联运行示意图

按照以上散热器布置方式计算管路阻力，方案一（一机三泵）和方案二（一机二泵）均可以满足工程循环水系统的需求。上述某600 MW级间冷系统按方案一确定的循环水泵参数为Q=5.56 m3/s，H=23 m，N=1600 kW；按方案二确定的循环水泵参数为Q=8.33 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表1为2种方案的相对经济性比较表。

表1 2种方案的相对经济性比较（600 MW 2台机组）

图3为单台机组配置2台定速循环水泵（每台水泵均采用定速电动机，一机两泵）并联运行示意图。2台机组共用1座自然通风冷却塔（即两机一塔），循环水系统采用单元制。空冷散热器垂直布置在空冷塔外四周，2台机组共16个冷却扇段，以上下层、内外圈、垂直方式布置在塔外。当2台水泵定速并联运行时，可分别满足单台机组（共8个扇段）4个、6个、8个扇段运行；单台定速泵运行时，可满足单台机组2个、3个扇段运行。从图3分析得出：单台机组配置2台定速水泵既可满足机组空冷系统在最佳的运行气温（13.5～28℃，最佳运行时段）、春秋及其高温区间运行，又可满足冬季供热期间运行，但仅限4个扇段运行（当2台水泵并联运行时）。

图3 2台水泵定速并联运行示意图

2.3 1000 MW级卧式离心式循环水泵配置

一般1000 MW级间接空冷系统配置“一机一塔”设计方案。通常每台机组配置4台高效卧式循环水泵，2台机组共配置8台循环水泵。现以某1000 MW级间冷工程为例，选取的循环水泵设计参数为Q=6.11 m3/s，H=23.5 m，N=1800 kW。

同理，根据中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司2015年申请的专利“可大幅减少占地面积的间接空冷系统”，若采用散热器双层布置方案，则该1000 MW机组的循环水泵扬程由原来的23.6 m降低到18 m～19 m。因此，可考虑该1000 MW间冷系统单台机组配置3台高效卧式循环水泵，2台机组共配置6台循环水泵。

按照以上散热器布置方式计算管路阻力，方案一（一机四泵） 和方案二（一机三泵） 均可以满足本工程循环水系统需求。上述某1000 MW级间冷系统按照方案一确定的循环水泵参数为Q=6.11 m3/s，H=23.6 m，N=1800 kW；按照方案二确定的循环水泵参数为Q=8.17 m3/s，H=19 m，N=2000 kW。表2为2种方案的经济性比较表。

表2 2种方案的经济性比较表（1000 MW 2台机组）

图4为单台机组配置3台定速循环水泵（每台水泵均采用定速电动机，一机三泵）并联运行示意图。2台机组分别采用1座自然通风冷却塔（即一机一塔），循环水系统采用单元制。空冷散热器垂直布置在空冷塔外四周，单台机组10个冷却扇段。当2台水泵定速并联运行时，可分别满足单台机组（共10个扇段）2个、4个、6个扇段运行；当3台水泵定速并联运行时，可分别满足单台机组（共10个扇段） 6个、8个、10个扇段运行；单台定速泵运行时，不能满足单台机组扇段运行。从图4分析得出：百万机组配置3台定速循环水泵既可满足机组空冷系统在最佳的运行气温（13.5～28℃，最佳运行时段）、春秋及其高温区间运行，又可满足冬季供热期间运行，但仅限2台及以上水泵并联运行时。

图4 3台水泵定速并联运行示意图

3 结论

a） 300～1000 MW级不同容量机组间冷系统配置循环水泵均采用定速运行方式较经济，既可满足机组空冷系统在最佳的运行气温（13.5～28℃，最佳运行时段）、春秋及其高温区间运行，又可满足冬季供热期间运行。

b）单台机组循环水泵组运行方式不宜采用1台高速泵+1台低速泵的并联运行，因并联后已脱离单台低速水泵的流量曲线范围，易造成低速水泵出现震荡现象。

c）结合新型空冷系统散热器布置方式，经过优化后300 MW级机组间冷系统单台机组配置2台循环水泵运行；600 MW级机组间冷系统单台机组配置2台循环水泵运行；1000 MW级机组间冷系统单台机组配置3台循环水泵运行。

d）结合新型空冷系统散热器布置方式，经过优化后600 MW级机组间冷系统单台循环水泵扬程可降低4～5 m，节省电费约230万元/年；1000 MW级机组间冷系统单台循环水泵扬程可降低4.6～5.6 m，节省电费约380万元/年。