电厂循环水系统运行优化研究

引言：在能源与环境问题日益凸显的背景下，火力发电企业正面临着节能减排与提升经济效益的双重挑战。作为火电厂核心系统之一，循环水系统的能耗问题尤为突出，其用电量在厂用电中占有相当比重，直接影响机组运行的经济性。随着电力市场化改革不断深化，火电企业利润空间持续收窄，如何通过优化循环水系统运行来降低能耗，已成为行业亟待解决的关键问题。当前，国内外学者围绕循环水系统优化已展开广泛研究，在泵组调速、智能控制等领域取得系列成果，但如何将这些研究成果更好地应用于实际生产工况，仍有待深入探索。

1 电厂循环水系统运行现状与问题

电厂循环水系统是保障汽轮机高效运行的关键环节，其主要功能是通过冷却介质将汽轮机排汽的热量及时带走。然而，该系统在长期运行过程中面临着诸多影响效率的突出问题，这些问题的产生机理与表现形式各不相同。

水垢沉积是系统中最常见的运行障碍之一。其形成机理在于循环水中溶解的钙、镁离子在特定条件下与二氧化碳等物质发生化学反应，最终以固态形式沉积在管道及设备内壁。以碳酸氢钙为例，当循环水温度升高时，其会分解产生难溶的碳酸钙沉淀，这些沉积物不仅增加了传热阻力，还可能导致管道流通截面减小。设备腐蚀问题同样不容忽视。这一现象的发生与水质的化学特性、运行温度、环境湿度以及化学药剂的使用情况密切相关。循环水中存在的有机物、重金属离子等杂质往往会加速金属材料的电化学腐蚀过程，严重影响设备使用寿命。微生物滋生是另一个需要重点防控的问题。当循环水黏度增加、温度适宜时，各类微生物极易大量繁殖。这些微生物群体形成的生物膜不仅会造成管道堵塞，还可能引发二次污染。此外，油类污染物也是系统运行的重大威胁，其来源包括工业润滑油脂、生活污水排放以及大气沉降等，这些污染物会显著劣化水质，干扰系统正常运行。循环水泵作为系统的动力核心，其性能衰退会直接导致整体效率下降。常见的问题表现为水流速度降低、扬程不足、异常噪音等，这些问题往往与设备老化、运行参数不当或维护不及时有关，需要特别关注。

2 循环水系统运行优化原理与方法

循环水系统运行优化的关键在于实现凝汽器真空度提升与循环水泵能耗降低之间的动态平衡，其根本目标在于追求机组整体净功率的最大化。这一优化过程遵循的基本原理是：通过科学调节循环水流量，使汽轮机因真空度改善而增加的发电功率与循环水泵因流量变化而增加的能耗之间的净收益达到峰值，此时对应的循环水流量即为最优运行参数，相应的凝汽器真空度即为最佳真空值。

在具体优化方法方面，目前主要形成了三种具有代表性的技术路线：一是基于最佳真空理论的优化方法，该方法在固定机组负荷和冷却水温的条件下，通过精确调节循环水流量，寻求汽轮机发电功率增量与循环水泵耗电增量之间的最大净值；二是引入经济性考量的最大收益法，该方法创新性地将冷却水价格因素纳入计算模型，通过权衡发电收益与用水成本，实现系统运行经济效益的最优解；三是综合成本煤耗率法，该方法从全系统能耗角度出发，通过优化循环水流量参数，使包含煤耗、水耗等在内的综合运行成本率达到最低水平。这些方法各具特点，为循环水系统优化提供了多元化的技术选择。

3 循环水系统运行优化控制策略

3.1 循环水泵调速控制技术

循环水泵调速控制是实现系统运行优化的重要技术手段，目前主流的调速方式包括变频调速和变极调速两种。变极调速技术通过改变电动机定子绕组的接线方式，从而调整电机的磁极对数来实现转速调节。该技术具有设备结构简单、运行可靠性高、改造费用相对较低等显著优势，在我国电厂循环水系统中得到普遍应用。以某电厂实际改造案例为例，通过对循环水泵实施变极双速改造后，系统节电效果显著，实测节电率达到23% 以上。相比之下，变频调速技术采用无级调速方式，具有调速范围广、节能效果更佳等技术优势，但其高压变频装置不仅初期投资成本较高，后期维护费用也相对昂贵。

3.2 顺序控制与DCS系统集成应用

现代电厂普遍采用集散控制系统（DCS）来实现循环水系统的智能化控制。该系统基于顺序控制原理，能够可靠地实现循环水泵的安全启停、运行切换以及连锁保护等功能。在循环水泵启停控制过程中，系统需要严格检测多项运行条件，包括出口蝶阀开闭状态、凝汽器进出口阀门位置状态以及各类停机保护信号等。通过DCS系统的逻辑组态功能，可以实现对循环水泵运行全过程的自动化控制，从而有效提升系统运行的安全性和可靠性。某电厂应用实践表明，通过DCS系统实现双速泵高低速运行模式的自动切换控制后，系统整体运行效率得到明显提升。

3.3 等效益曲线分析与泵组优化调度

基于试验分析法的等效益曲线技术是优化循环水泵组运行的重要方法。该方法通过采集系统在不同运行工况下的性能参数，经过精确计算确定等效益点，并绘制出直观的等效益曲线。在负荷-循环水温二维坐标系中，这些曲线清晰地划分出不同泵组组合的最佳运行区域，为运行人员提供科学的调度依据。某电厂的运行实践显示，通过应用等效益曲线分析方法，可以准确确定不同负荷条件和循环水温下的最优泵组运行方式，从而实现系统运行的经济性优化。这种基于实测数据的分析方法能够有效指导电厂循环水系统的实际运行调度。

4 典型 300MW 机组循环水系统优化实践

以某大型电厂 300MW机组循环水系统为例，该系统配备一台定速泵和一台双速泵，采用三断路器控制模式。在运行优化实践中，技术人员通过建立完整的系统数学模型，深入分析汽轮机、凝汽器与循环水系统的耦合特性，将各类外部环境变量统一转化为凝汽器进口循环水温和机组负荷两个关键参数的变化关系。

基于现场试验获取的运行数据，绘制泵组切换工况图，明确不同工况下的最佳泵组运行方式。实施优化措施后，该系统在能效提升方面取得显著成效，供电标煤耗指标明显下降。据统计数据显示，在为期半年的运行周期内，累计实现标煤消耗降低约 363吨，折合节能经济效益达25.4 万元。

结语：

综上所述，电厂循环水系统运行优化是一项复杂的系统工程，通过对系统常见问题的分析，运用优化原理和控制策略，结合实际案例可知，合理选择循环水泵调速方式、应用 DCS 系统进行顺序控制、基于等效益曲线确定泵组切换策略，能够有效提升系统运行效率，降低能耗，提高机组经济性。未来，随着技术的不断发展，循环水系统运行优化还需进一步结合智能控制技术，考虑更多影响因素，以实现更精准的优化控制。

参考文献：

[1] 张俊灵.发电厂循环水系统运行优化研究 [D]. 大连理工大学，2018.

[2] 张伟.电厂循环水系统运行质量的优化措施 [J]. 化工管理，2023 (35):135-138.

[3] 缪国钧，葛晓霞.电厂循环水系统的优化运行 [J]. 汽轮机技术，2011,53(3):230-232.

作者简介：王智（1985—），男，汉族，省太和人，本科，工程师，研究方向：热能动力方向。