發(fā)電技術(shù)司冷空壽電力機(jī)械火電廠600MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究曲智超，卻燕平(華電電力科學(xué)研究院,浙江杭州310000)摘要:介紹了變頻調(diào)節(jié)的原理和泵的相似原理,建立了泵的工況點(diǎn)的求解方法。并以某電廠600MW機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)為例建立開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，并分別對(duì)各工況下在變頻與非變頻的情況下就行了最優(yōu)化尋解,得到了逐月的在各個(gè)工況下的最優(yōu)調(diào)節(jié)方式。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng);凝汽器; 運(yùn)行優(yōu)化;變頻中圖分類(lèi)號(hào):TM621.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào):1006 -8449(2011 )05 0089 -040引言火電廠循環(huán)水系統(tǒng)是一個(gè)龐大的動(dòng)力系統(tǒng)，其耗f一電源頻率,Hz;電量較大,約占電廠本身發(fā)電量的1.5% -2% ,對(duì)循環(huán)p一電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù);水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是降低廠用電量、提高電廠經(jīng)濟(jì)效益s-轉(zhuǎn)差率。.的主要措施。一般而言循環(huán)水量過(guò)大,則背壓降低,機(jī)由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以組出力增加,同時(shí)循環(huán)水泵耗功增加;循環(huán)水量過(guò)小則當(dāng)改變電源頻率時(shí),轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之改變,這就是變頻調(diào)真空惡化、機(jī)組出力降低,因此尋找最佳循環(huán)水量對(duì)降速。低廠用電量具有重要意義。傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)方式雖然由于高頻變壓器只需將變頻器串在電源回路之中比較簡(jiǎn)單,但是增加了管道的阻力,易使水泵脫離高效而不需要另加輸人輸出設(shè)備,故采用高頻變壓器進(jìn)行區(qū)運(yùn)行,降低了水泵的效率"。簡(jiǎn)單的用開(kāi)閉循環(huán)水泵變頻。在選擇變頻器時(shí)主要注意容量匹配的問(wèn)題,同時(shí)的方式也過(guò)于粗糙。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展,循環(huán)水泵的也要考慮泵的機(jī)械特性與變頻器的特性相適應(yīng)。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)逐漸成為近幾年熱門(mén)的研究方式，但是冷卻選擇,所取變頻器變頻范圍為0.2 60Hz。將變頻調(diào)速器水溫度,河流水位逐月的周而復(fù)始的變化,用電負(fù)荷也直接串接在電源的輸人回路中,接法如圖1所示。時(shí)常發(fā)生改變，并且在變頻和傳統(tǒng)的控制泵的臺(tái)數(shù)相組合的方式下，如何尋找實(shí)時(shí)最佳頻率和開(kāi)啟水泵臺(tái)l整流變頻輸出數(shù)已成為運(yùn)行人員的難題。本文詳細(xì)給出了建立循環(huán)交流電源電機(jī):水系統(tǒng)的模型并且求解出實(shí)時(shí)最優(yōu)化運(yùn)行方式?？刂茊卧?變頻調(diào)節(jié)的原理改變水泵的轉(zhuǎn)速可以改變泵的性能曲線，這種調(diào)圈1變頻調(diào)速的邏輯接線節(jié)方式稱(chēng)為變頻調(diào)節(jié)。由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:在泵的變中國(guó)煤化工速發(fā)生了改變而泵本身沒(méi)有:MYHCNMHGq可進(jìn)行特性曲n=60f(1-s)(1)線的相似變換。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí)四:式中n-異步電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min;.總14路第2 89| 制冷罕發(fā)電技術(shù)與電力機(jī)械TrinQ=叢(2)總流量等于各個(gè)并聯(lián)管道流量之和，各個(gè)并聯(lián)管道流Qz n動(dòng)阻力相等。為了體現(xiàn)模型的精確度,應(yīng)充分考慮氣候景;=(品)(3)變化和負(fù)荷變化對(duì)管路阻力的影響,即江河水溫、水位都是逐月變化的，如某電廠取水口水位、水溫逐月變骨=(出)(4)化,見(jiàn)表1。可見(jiàn)冬夏水位、水溫差異極大,尤其是水位最大相式中Ql,Q2- 轉(zhuǎn)速改變前、后的流量,m/s; .差達(dá)到10m,必須要加以考慮,因此阻力計(jì)算必須逐月n,n--改變前、后的轉(zhuǎn)速,r/min;離散進(jìn)行。同時(shí)凝汽器水阻受負(fù)荷、水溫、流速綜合影H,H2 -轉(zhuǎn)速改變前、后的揚(yáng)程,m;響了建議采用美國(guó)傳熱學(xué)會(huì)推薦的HEI公式查表擬P,P.-轉(zhuǎn)速改變前、后的功率,MW。即當(dāng)同一臺(tái)泵改變轉(zhuǎn)速時(shí),流量與轉(zhuǎn)速成正比,揚(yáng)合成函數(shù)。程與轉(zhuǎn)速的平方成正比,功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。3開(kāi)式循環(huán)水 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)測(cè)的等效曲線和理論上的等效曲線是有差異的,只在高效區(qū)兩者才吻合。因此在選取變頻器時(shí)不僅要注在開(kāi)式循環(huán)水冷卻的熱力發(fā)電廠中，在一定的外意容量匹配的問(wèn)題，同時(shí)也要考慮泵的機(jī)械特性與變部條件下,即在蒸汽流量不變、循環(huán)水初溫確定、取水頻器的特性相適應(yīng)。通過(guò)選擇，所取變頻器變頻范圍口水位確定，這樣在整個(gè)機(jī)組確定的情況下適當(dāng)?shù)募?0 60Hz。盡管如此,在工程實(shí)踐中采用調(diào)速的方法,還大循環(huán)水量,會(huì)降低凝汽器內(nèi)的凝結(jié)壓力,從而加大汽是大大擴(kuò)展了葉片泵的高效率工作范圍輪機(jī)末級(jí)的有效焓降,提高機(jī)組的相對(duì)內(nèi)效率,會(huì)適當(dāng)假設(shè)原水泵的的揚(yáng)程與功率特性曲線公式分別為的增大汽輪機(jī)的出力，當(dāng)循環(huán)水量加大到- -定 的程度,H =f(q),P=g(q)那么變頻后的水泵的數(shù)學(xué)模型可表會(huì)由于背壓過(guò)低，而汽輪機(jī)末級(jí)葉片長(zhǎng)度有限而余速示為:損失加大,故相對(duì)內(nèi)效率是降低的,汽輪機(jī)出力反而減H=/(p.q1).5(5)少。無(wú)論在哪種情況下,增大循環(huán)水量就意昧著需要增加循環(huán)水泵的耗功。在這種矛盾情況下必然存在-一個(gè)R=(fq)赫(6)最佳值的水量,即在低壓缸排氣量冷卻水進(jìn)口溫度一定、水位- -定的情況下,汽輪機(jī)功率的增加值與循環(huán)水式中H-變頻后水泵的揚(yáng)程,m; .泵多消耗的電能的差額最大時(shí)的真空稱(chēng)為機(jī)組的最佳P一變頻后水泵的功耗，,MW;真空。傳統(tǒng)的建立在最佳真空上的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)qr一變頻后水泵的流量,m2/s。行的數(shù)學(xué)模型為典型的有約束的非線性規(guī)劃模型,具體表達(dá)式為": .2循環(huán)水泵工作點(diǎn)的求解(7)首先應(yīng)該得到泵的揚(yáng)程特性曲線H =f(q )和管道MauxEZNe-之咖的阻力計(jì)算公式R =z(q),單泵運(yùn)行時(shí)其泵的特性可該模型需要控制的條件:由制造廠提供的泵特性曲線圖表擬合而成，計(jì)算表明Ng:=f(Dk,Pk;)i=1,2,..,m .三次曲線就足以保持曲線的精確度,但實(shí)際運(yùn)行中常Np: =f(H,Q;)j =1,2,*",n常是多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行,且供水管道也是多分支的。多Pk;=f(Q,w,Dk,F) i=1,2,.",m臺(tái)同類(lèi)型水泵并聯(lián)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型是:流量疊加、功率Q=Q1+ Q+..*+ Qm疊加、揚(yáng)程不變。對(duì)于多分支的供水管道其阻力計(jì)算應(yīng)H,=H、把握以下原則:流經(jīng)串聯(lián)管道時(shí)其流量沿程不變,流動(dòng)Qm≤Q≤Qm阻力等于各個(gè)串聯(lián)管道阻力之和;流經(jīng)并聯(lián)管道時(shí)其式中 Ng:- 該電廠某臺(tái)汽輪機(jī)的發(fā)電量,MW,下角i為機(jī)組臺(tái)數(shù);表1水溫、水位逐月統(tǒng)計(jì)褒Nn:一該申廠某臺(tái)水泵耗費(fèi)的月份中國(guó)煤化工ww,下角j為水項(xiàng)目12789101aMHCNMH Gq;平均溫度,C 6.4 7.1 10.6 163 21.3 25.2 27.5 28.3 24.6 19.8 14.7 9.Pk;一該電廠某臺(tái)機(jī)組凝汽器平均水位,m 1.20 1.21 12.48 14.93 17.45 19.21 21.52 20.60 19.99 18.555 15.70 12.769.發(fā)電技術(shù)與電力機(jī)械中的背壓, kPa;Qm一循環(huán)水泵穩(wěn)定運(yùn)行最大流量, m's。Dk;一該電廠某臺(tái)汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)排汽量,m'/e;4優(yōu)化結(jié)果與分析Q; -第i臺(tái)機(jī)組凝汽器的循環(huán)水的流量, m2/s;以某電廠2臺(tái)600MW超臨界機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)為two1 -凝汽器循環(huán)水進(jìn)口的某月平均水溫,C;例,編制了一套程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行了求解。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情E一第i臺(tái)機(jī)組凝汽器冷卻面積,m2?;況，分別對(duì)目標(biāo)函數(shù)值采用了三泵并聯(lián)運(yùn)行和四泵并Q; - -第j臺(tái)循環(huán)水泵的流量,m/s;聯(lián)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式在變頻與未變頻情況下，求解了H;-第j臺(tái)循環(huán)水泵的揚(yáng)程,m;目標(biāo)函數(shù)值并且相互比較得到了最優(yōu)化運(yùn)行方式和運(yùn)H,- -循環(huán)水泵的總揚(yáng)程,m;行頻率。圖2分別選取了THA工況.75%額定工況、H一整個(gè)管道阻力;50%額定工況下的逐月的計(jì)算結(jié)果。Q. - -循環(huán)水泵穩(wěn)定運(yùn)行最小流量,m2/s;45.2+ "十醺瓶R 45.1: + -四篆井聯(lián)+四泵井雅9s -甘三漂井聯(lián)30-+三裂并聯(lián)4.9+四累安頻地448一三氧女頻一三軍頰44.98一41234567 89111221234567891011121 234 567 89101112月份月份.a)e)圈2各工況優(yōu)化結(jié)果a)THA工況b)75%頓定負(fù)荷 c)50%額定負(fù)荷由圖2可知在任何情況下變頻調(diào)節(jié)最優(yōu)方式的凈基本- -致,而冬季運(yùn)行時(shí)的頻率相對(duì)偏低,基本都降頻發(fā)電功率都要高于不變頻的調(diào)節(jié)的最優(yōu)方式。其中變到 30-~40Hz。這是因?yàn)橄奶炖鋮s水溫高,需要加大循環(huán)頻調(diào)節(jié)的冬季凈功率要比不變頻調(diào)節(jié)在THA工況下水量來(lái)強(qiáng)化冷卻,但是江河水位高,考慮到循環(huán)水泵本可以高出2MW以上,節(jié)能效果相當(dāng)明顯,而在夏季兩身的設(shè)計(jì)是有- -定的余量，基本上泵能夠在設(shè)計(jì)的高者相比較前者大約比后者多出4MW左右，有一定的效區(qū)運(yùn)行。但是冬季冷卻水溫低,需要減少泵的功耗,節(jié)能效果但不是很明顯。同樣在低負(fù)荷工況下,采用變同時(shí)河流水位降低與豐水期相差10m,泵會(huì)偏離高效頻調(diào)節(jié)的節(jié)能效果比THA工況下更加明顯。區(qū)運(yùn)行，這時(shí)候相應(yīng)降低泵的頻率，改變泵的特性曲從變頻調(diào)節(jié)的最佳頻率上看，每個(gè)月每種工況下線,使之重回高效區(qū)運(yùn)行。的最佳運(yùn)行頻率都在變化。如圖3所示,以THA工況隨著機(jī)組負(fù)荷降低到75%、50%負(fù)荷時(shí),其最佳的為例，當(dāng)機(jī)組的循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)確定時(shí)，機(jī)組夏季泵的組合方式與最佳的運(yùn)行頻率大致與滿負(fù)荷時(shí)相(6~9月)運(yùn)行時(shí)水泵的最佳頻率比較高,與額定頻率同, 只是頻率稍有些改變。從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)分析,如果以THA工況為例,假設(shè)6全年機(jī)組運(yùn)行時(shí)間為5500h，假定平均多發(fā)電1.52MW,火電脫硫上網(wǎng)電價(jià)為0.405元/kWh,那么2臺(tái)生4- + THA工祝機(jī)組變頻后工作- -年可為電廠節(jié)約334萬(wàn)元左右,而冊(cè)3卜-75%負(fù)荷1臺(tái)變頻器的售價(jià)約為幾百萬(wàn)元，可以看出使用變頻離2(-★50%負(fù)荷調(diào)節(jié)在幾年就可以收回成本,經(jīng)濟(jì)效益明顯。中國(guó)煤化工01234567891011125結(jié)語(yǔ)YHCNMH G .(1)在負(fù)荷、外界條件- -定 的情況下,尋找汽輪機(jī)圈3各工況優(yōu)化運(yùn)行的頻率優(yōu)頻辜No.5/2011發(fā)電技術(shù)與電方機(jī)城的最佳背壓就是尋找最佳循環(huán)水量。各種循環(huán)水量調(diào)參考文獻(xiàn):節(jié)方式的核心就是調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，因此循環(huán)水[1]閆桂煥,顧昌,鄭李坤.300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究[仍汽輪機(jī)技術(shù), 2002.446):345-347, 368.系統(tǒng)模型的核心為求解泵的工況點(diǎn)。(2)從變頻調(diào)節(jié)循環(huán)水泵和傳統(tǒng)的通過(guò)開(kāi)閉循環(huán)[2]毛正孝,趙友君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國(guó)電力出版社, 1990.176.[3]高峰，白焰,吳曉洪.基于變頻調(diào)速技術(shù)的電廠循環(huán)水系統(tǒng)改造[0水泵的方式相比較可知，變頻調(diào)節(jié)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效中國(guó)電力教育,2006,研究綜述與技術(shù)論壇專(zhuān)刊:269-272.益,但是實(shí)際運(yùn)行中,不同的負(fù)荷下,具體的最優(yōu)化頻[4]張善達(dá),顧晶,費(fèi)廣雄,丁燕,方瓊.帶尾水電站母管制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)率和泵的組合臺(tái)數(shù)逐月都不相同需要及時(shí)調(diào)整才能取化運(yùn)行的研究[J.汽輪機(jī)技術(shù), 2004,3:220~225.收稿日期:2011-08- -24得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。修回日期:2011-09- -20Research on Optimal Operation of Circulating Water System of 600MW UnitQU Zhi-chao，QUE Yan- ping(Huadian Eletric Power Research Institue ,Hangzhou 30000,China)Abstract: This article described the principles of pump frequency regulation and similar principle of pump, andestablishs a pump operating point of the solution method. based on circulating water system of 600MW plant, the article setup a mathermatics modle of optimal operation, analyses and compares optimal results of variable frequency speedmodulation and general regulation.Key words: circulating water system; condenser; operation optimization; frequency conversion作者簡(jiǎn)介:曲智超(1984-),男,黑龍江人,工學(xué)學(xué)士,助理工程師,從事汽輪機(jī)優(yōu)化改造項(xiàng)目管理工作;卻燕平(1986- -),男,湖北人,碩士,從事汽輪機(jī)優(yōu)化改造工作。(上接第94頁(yè))[9] 王字露.論我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力提升[J,能源技術(shù)2008,20(1);19-23.經(jīng)濟(jì).2011,23(3):63-66.[14] 郭伊琳風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題與挑戰(zhàn)貝電力技術(shù)經(jīng)2008,20();[10]謝國(guó)輝.李瓊意,高長(zhǎng)征.基于Balmorel模型的風(fēng)電消納能力研究辦37-40.能源技術(shù)經(jīng).201.235);29-33.[15] 白建華辛頌旭,賈德香.我國(guó)風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)面臨的規(guī)劃和運(yùn)行問(wèn)[1]李娜,榮振威.我國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[].電力技術(shù)題分析[D]電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)2009,212);7-11 .經(jīng).2005,17<5):5-10.收稿日期:2011-07-20[12] 施鵬飛關(guān)于中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的恩考[們].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)2006181():4-6.修回日期:2011-08- -21[13]仇衛(wèi)東,王智冬,李雋.我國(guó)風(fēng)電發(fā)展相關(guān)問(wèn)題分析[I].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),Discussion on Wind Power Project Cost ControlZHANG Rui-jun(Huadian New Energy Development Co. ,Ltd,eijing 100031 ,China)Abstract: cost management was an important part of project management , besides some objective factors determiningproject cost , strengthening the scientific management of the project, taking some positive measures, play a good promotingrole in contolling the project cost.Key words: wind power project; project cost; wind resource;中國(guó)煤化工資作者簡(jiǎn)介:張瑞君(1973- -),男,內(nèi)蒙古和林格爾縣人,碩士研究生,工程師,THCN M H G新能源技術(shù)研究。92|總第41用第32潘No.52011