第24卷,總第139期《節(jié)能技術(shù)》Vol 24, Sum. No. 1392006年9月,第5期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYsep.2006,No.5循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化分析李偉(上海交通大學(xué),上海2000摘要:通過(guò)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響因素分析,建立其優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,從而進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,并與原運(yùn)行方式進(jìn)行比較,從而提出新的建議和運(yùn)行方式,提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化模型;經(jīng)濟(jì)性中圖分類號(hào):TK267文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100-6339(2006)05-0470-0Optimization Analyses on Water Circulating System of Thermal Power UnitsLI WeiCollege of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, ChinaAbstract: With the help of the influencing factor analyses, an optimizing model on water circulating system isestablished In order to improve the performance of thermal power units, the author presents the proposals on theunItrunning through optimizing calculation and comparison of operational dataKey words: water circulating system; optimizing model; ecnomical characteristic循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的一個(gè)重要系統(tǒng),消耗很大一部分廠用電,相當(dāng)于總發(fā)電量的1.5%MAX△P=2P-2.Np2%U。由于循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備性能的改變,使得原先式中△P一各機(jī)組發(fā)電量與各循環(huán)水泵耗電量的設(shè)計(jì)運(yùn)行方式變的并非最優(yōu),得出基于設(shè)計(jì)曲線之差;和試驗(yàn)方式等獲得設(shè)備性能的計(jì)算結(jié)果會(huì)隨著設(shè)備P1第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量,i=1,2性能變化而出現(xiàn)與實(shí)際最優(yōu)不符的情況,從而增大m,m為機(jī)組臺(tái)數(shù);了發(fā)電煤耗。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行實(shí)質(zhì)上是尋找N—第j臺(tái)循環(huán)泵的耗電量,=1,2,機(jī)組的最佳真空,通過(guò)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響因素進(jìn),n,n為循環(huán)泵臺(tái)數(shù)。行分析建立優(yōu)化模型從而保證循環(huán)水系統(tǒng)按最優(yōu)2循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型相關(guān)的設(shè)備性運(yùn)行,提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。能特性1循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型中目標(biāo)函數(shù)的建立1汽輪機(jī)微增功率性能循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究就是要尋找一種合理在某一新蒸汽參數(shù)和流量條件下汽輪機(jī)輸出功的運(yùn)行方式。在該方式下機(jī)組出力增量總和與水泵率與排氣壓力的關(guān)系耗功增加的總量之差最大,此時(shí),機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性Pi=f(p, t, q, Pk);最高,故目標(biāo)函數(shù)為其中p,t,q表示主蒸汽壓力、溫度、流量,Pk表示機(jī)組背壓,該特性可以通過(guò)熱力試驗(yàn)得出,一般在小范圍內(nèi)往往成非常好的線性變化。收稿日期2006-08-05修訂稿日期2006-09-15作者簡(jiǎn)介:李偉(1976-),男,在職研究生,工程師470,22凝汽器性能環(huán)水量的份額較小且水量變化比較小,在建模中可在一定的排氣量下,凝汽器真空與單位時(shí)間通以忽略不計(jì),這樣總循環(huán)水量為過(guò)凝汽器的循環(huán)水量和循環(huán)水溫的關(guān)系{2)Q=ΣQPk= f(De, twl, Q,&)(2)能量平衡,循環(huán)水系統(tǒng)的總阻力由n臺(tái)循環(huán)溫度,D表示排氣量,&為考慮冷卻管的內(nèi)表面的水泵并聯(lián)運(yùn)行產(chǎn)生的揚(yáng)程B來(lái)克服,即有HnB清潔狀態(tài)、材料及壁厚的修正系數(shù)。凝汽器的特性可以通過(guò)做試驗(yàn)來(lái)確定,但實(shí)際循環(huán)水泵一般都有其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的工作范圍,做起來(lái)比較困難通過(guò)計(jì)算也可以近似得到然后用圍,就能確定出并聯(lián)運(yùn)行后的總流量范圍即有試驗(yàn)修正。由于設(shè)計(jì)工況下凝汽器的清潔系數(shù)選擇帶有一定的盲目性,使的修正系數(shù)&有誤差,從而Qmn≤Q≤Qmx計(jì)算的理論凝汽器的變工況特性與實(shí)際運(yùn)行的工況(4)各凝汽器分路的阻力系數(shù)的低限。有差距當(dāng)?shù)趇臺(tái)凝汽器循環(huán)水分路總的調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)足2.3循環(huán)水泵揚(yáng)程的特性和功率特性時(shí),其管路阻力系數(shù)最小,若記為§mm,正常運(yùn)行時(shí)必須滿足循環(huán)水泵揚(yáng)程特性結(jié)合管路水力特性可以確定循環(huán)水泵工作點(diǎn)及泵在不同工作點(diǎn)的功耗。一般泵§≥$mim(5)凝汽器正常運(yùn)行真空的高低限。在不同葉片角度和轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程特性曲線取制造廠為了保證凝汽器以及整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行,真提供的數(shù)據(jù)設(shè)Hn為第臺(tái)水泵揚(yáng)程,Qp為該泵流空必須控制在一定范量,Npi為該泵功能,g為葉角,則Hpi =f(epi,e2.4循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的水阻力特性3循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型循環(huán)水系統(tǒng)可以等效成圖1所示3。綜合上述分析,循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型為供水管目標(biāo)函數(shù):MAX△P=P-EN約束條件:P:=f(P, t, 9, Pk)Pk=f(D,t1,Q1,&)并聯(lián)循環(huán)泵組H=-Z+￡Q2Hpi=f(Qpi,g)Q= 2Q圖1循環(huán)水系統(tǒng)示意圖H= H系統(tǒng)總阻力特性為Qmn≤Q≤QmxH=-ZoA +toPkm≤Pk≤Pkmx式中,ZoA為涼水塔和熱水井的水位高度差,f為循環(huán)水供水管的阻力系數(shù),可以根據(jù)管道水力計(jì)算或水力試驗(yàn)得到4數(shù)學(xué)模型的求解方法25并聯(lián)泵組的運(yùn)行特性通過(guò)循環(huán)水泵的揚(yáng)程特性、循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的水電廠往往都使用并聯(lián)泵組向凝汽器供應(yīng)冷卻阻力特性聯(lián)立方程可以求出某個(gè)運(yùn)行方式(水泵組水泵的并聯(lián)運(yùn)行時(shí)候的情況,遵循揚(yáng)程不變、流量合,葉片角度,各個(gè)凝汽器進(jìn)水閥開(kāi)度,各水泵轉(zhuǎn)速疊加的原則,并聯(lián)后的總功率等于各個(gè)泵功率之和。等)下流過(guò)各個(gè)凝汽器的循環(huán)水量,通過(guò)凝汽器特性只要已知每臺(tái)水泵的性能曲線,可以得到n臺(tái)水泵可以進(jìn)一步求出該運(yùn)行方式下的各個(gè)凝汽器的真空并聯(lián)后的運(yùn)行特性。度,最后根據(jù)汽輪機(jī)特性和循環(huán)水泵流量一耗功的2.6循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的其他約束條件關(guān)系分別求出該運(yùn)行方式下的發(fā)電機(jī)組功率和水泵(1)流量平衡,熱力發(fā)電廠的工業(yè)用水量占循耗電,相減得出該運(yùn)行方式下的凈出力(不考慮其他471廠用電)枚舉各種可能的運(yùn)行方式,在機(jī)組各部分安所示。全運(yùn)行的前提下,挑選最大凈出力的運(yùn)行方式作為機(jī)組在指定排汽量下的最佳運(yùn)行方式5循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算本人所在勝利發(fā)電廠300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)240MW工況為單元制供水,過(guò)去,運(yùn)行人員主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境溫度等因素調(diào)整循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù),雖然也取得300MW工況SBOMWI了一定的經(jīng)濟(jì)性,但其效果取決于運(yùn)行人員的操作101112排汽壓力kPa水平和判斷能力,隨機(jī)性較強(qiáng)。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化圖2機(jī)組微增功率特性曲線運(yùn)行數(shù)學(xué)模型,對(duì)該電廠循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,并通過(guò)實(shí)際改造后的運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目?2循環(huán)水泵性能數(shù)據(jù)行性,并分析改造后的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)出廠性能曲線得到表2。5.1機(jī)組微增功率特性曲線表2循環(huán)水泵性能數(shù)據(jù)整理本電廠熱力效率試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù),如表1葉片揚(yáng)程,流量,功耗,葉片揚(yáng)程,流量,功耗,表1熱效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)度hkW開(kāi)度mm/hkW100%122500095060%918000500排汽壓力機(jī)組微增100%1720000117060%1315000700、PkPa出力△NkWP-△N的關(guān)系00%2015000115060%15.512500750△N=668.7-1060,3p6.28≤P≤7.6.56-13572100%20.51400110060%181000700957-10285.6△N=3381.5-442.0p7.6≤P≤95780%1021050700161161672△N=27913-281p9.57≤p≤ll6180%13200013.51015.570005507.51-438,4△N=84384-1nl.3p4.6≤P≤7.5l240MW93-81.△N=15237.0-2089975≤p≤9.319120080010.94-103.3△N=1486-140.lp9.3≤p≤10.95.3循環(huán)水泵和凝結(jié)器性能數(shù)據(jù)5.35△N=161.8-3105.0p5.35≤P≤7.24現(xiàn)以循環(huán)泵開(kāi)度100%為比較基準(zhǔn),利用p-△N180MW10.31-9467.9△N=848.2-1124p的關(guān)系,對(duì)1臺(tái)循環(huán)泵在不同環(huán)境溫度下,通過(guò)改變12.16-16137.6△N=37166-3602p10.31≤P≤12.16循環(huán)泵的葉片開(kāi)度來(lái)求得循環(huán)泵的功耗和機(jī)組微增根據(jù)表1繪制出機(jī)組微增功率特性曲線,如圖2功率差即相對(duì)增加功率△p,計(jì)算結(jié)果如下表3表3300MW循環(huán)水溫度,℃片開(kāi)度,%100806040100840100循環(huán)泵功率,kW960710530490960710530490960710530490汽壓力,kPa3.784.225.147.475.316.137.469677278.1410.012.72相對(duì)增加功率kW0-218-1017-34570-63-1858-4170240循環(huán)水溫度,℃30葉片開(kāi)度,%循環(huán)泵功率,kW4909607053049排汽壓力,kPa3.183.453.825.264.555.216237.766317.148.5310.11相對(duì)增加功率,kW09-658-30650872-2425-49850-1160-3343-5988180 MW循環(huán)水溫度,℃6040100806040循環(huán)泵功率,kW490960710530排汽壓力,kPa2.132.172.223.313.443.524.125.085.175.626477.42相對(duì)增加功率,kW0125.71504-3196683-46250I148-3609-6521由上表計(jì)算可知,隨著泵開(kāi)度從100%變化到為100%,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行運(yùn)行,可以取得明顯的40%,循環(huán)水量逐漸減少,冷卻能力下降,引起排氣經(jīng)濟(jì)效益。在300MW工況循環(huán)水溫6時(shí)2臺(tái)開(kāi)度壓力上升,并且上升幅度越來(lái)越大,引起機(jī)組功率下60%比1臺(tái)開(kāi)度100%相對(duì)增加功率為2378kW水降,由于下降幅度大于泵功耗的下降幅度,所以相對(duì)溫18℃時(shí),運(yùn)行2臺(tái)泵開(kāi)度為80%比1臺(tái)泵開(kāi)度為增加功率減少。說(shuō)明開(kāi)度100%比其他開(kāi)度為優(yōu)。100%相對(duì)增加功率66.5kW。180MW工況,循環(huán)水循環(huán)水溫度越高,其排氣壓力變化幅度越大,相對(duì)增溫度為6℃時(shí),運(yùn)行1臺(tái)泵開(kāi)度為60%比1臺(tái)泵開(kāi)加功率的變化幅度也越來(lái)越大。度為100%相對(duì)增加功率為150.4kW,18℃時(shí),運(yùn)行在機(jī)組負(fù)荷180MW,循環(huán)水溫度為6℃,葉片開(kāi)1臺(tái)泵開(kāi)度為80%比1臺(tái)泵開(kāi)度為100%相對(duì)增加度為60%時(shí),相對(duì)增加功率最大。比開(kāi)度100%每功率為1.44kW,30℃時(shí),運(yùn)行2臺(tái)泵開(kāi)度為80%比小時(shí)節(jié)約功率1504kW;因此開(kāi)度60%相對(duì)其他31臺(tái)泵開(kāi)度為100%相對(duì)增加功率為678kW,采用個(gè)開(kāi)度為優(yōu)。另外相對(duì)增加功率變化的幅度大,原優(yōu)化計(jì)算得出的運(yùn)行方式,在300MW工況和因是180MW工況下微增功率變化大所導(dǎo)致。即△N180MW工況均效益增加,而240MW工況效益沒(méi)有37169.6-36052P的系數(shù)比較大。增加。上面比較了1臺(tái)泵4個(gè)葉片開(kāi)度下的效益,事以機(jī)組平均負(fù)荷240MW,在180MW和300MW實(shí)上對(duì)應(yīng)每一個(gè)負(fù)荷和循環(huán)水溫度,還應(yīng)當(dāng)比較2工況各運(yùn)行1年,6℃和30℃運(yùn)行時(shí)間各為一個(gè)季臺(tái)泵4個(gè)葉片開(kāi)度下的效益。通過(guò)計(jì)算比較得出循度計(jì),可以節(jié)約電能(2378+150.4)*24*90環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行方式建議。0.25+(665+1.44)*24*180*0.25+67.8*24*90*0.,25=3196152kW·h,可見(jiàn)循環(huán)水采用現(xiàn)代化循環(huán)水溫運(yùn)行方式后,其綜合效益可觀。泵運(yùn)行葉片泵運(yùn)行葉片泵運(yùn)行葉片參考文獻(xiàn)臺(tái)數(shù)開(kāi)度臺(tái)數(shù)開(kāi)度臺(tái)數(shù)開(kāi)度300MW21〕閏桂煥,顧昌,等.300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行的研究(.汽輪機(jī)技術(shù),2002,12180 MW〔2〕翦天聰.汽輪機(jī)原理(M〕.北京:水力電力出版1990,106經(jīng)濟(jì)性分析〔3〕王秋穎,火電廠循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的探討機(jī)組原來(lái)不調(diào)節(jié)葉片運(yùn)行,葉片開(kāi)度一直設(shè)置.節(jié)能,19,98(上接第457頁(yè)〔4〕楊銘著.質(zhì)量信息管理的研究與開(kāi)發(fā)〔G〕.中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可中心4結(jié)語(yǔ)〔5齊曉霞,王文,周貴發(fā),王如竹復(fù)合吸附式制冷的動(dòng)本文在介紹太陽(yáng)能固體吸附式制冷原理的基礎(chǔ)態(tài)模擬及傳熱傳質(zhì)分析[〕.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005,39上,對(duì)其技術(shù)及進(jìn)展方面做了比較詳細(xì)的分析。同1180-1814時(shí),文章對(duì)太陽(yáng)能固體吸附式制冷技術(shù)存在的缺點(diǎn)[6]R E Critoph, Forced Convection Enhance ment of Adsorp-進(jìn)行了概括,明確了研究方向,為今后太陽(yáng)能固體吸tion Cycles. Heat Recovery System&CHP 1994, 14(4): 343-350.〔7陳礪,譚盈科.太陽(yáng)能吸附制冷技術(shù)進(jìn)展[J).流體附式制冷技術(shù)的研究提供了參考。機(jī)械,1997,(9):44-50.參考文獻(xiàn)8陳礪,方利國(guó),譚盈科.氯化鍶—一氨吸附制冷性能1)王如竹代彥軍,許煜雄,吳靜怡.太陽(yáng)能平板式吸的實(shí)驗(yàn)研究(.太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2002,23(4):422-426附集熱器:中國(guó),99240357x(P[9]Wang RZ, Jia JP, Zhu Y H, et al. Study on a new solid[2]NKBansal, J, Blumenberg, et al. Performa nce Testing adsorption refrigeration pair: active carbon methanol [J].ASMand Evaluation of Solid Absorption Solar Cooling Unit. Solar Ener- Journal of Solar Energy Engineering, 1997, 119(3): 214-218g,1997,61(2):127-140.〔10馬剛,李戩洪新型化學(xué)吸附式制冷工質(zhì)對(duì)CoF2-〔3〕蔡宏偉,劉震炎管式吸附床強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的研究NHB的吸附特性(]太陽(yáng)能學(xué)報(bào),00,26(1):49-51〔J.節(jié)能技術(shù),2005,23(2):108-111,145.473