第57卷第5期.汽輪機(jī)技術(shù)Vol. 57 No. 52015年10月TURBINE TECHNOLOGYOct. 2015考慮清潔系數(shù)變化的循環(huán)水泵調(diào)度優(yōu)化王雷',李鵬',張瑞青',高歆光“(1沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院,沈陽(yáng)110136;2 華能營(yíng)口電廠,營(yíng)口115000)摘要:凝汽器清潔系數(shù)是評(píng)價(jià)凝汽器性能最重要指標(biāo),其變化對(duì)循環(huán)水泵最優(yōu)化調(diào)度將產(chǎn)生較大影響。在分析了凝汽器水側(cè)污垢增長(zhǎng)簡(jiǎn)化理論模型的基礎(chǔ)上,得到凝汽器水側(cè)污垢隨時(shí)間變化的基本規(guī)律,分析了清潔系數(shù)隨運(yùn)行時(shí)間和冷卻水流速變化的規(guī)律,并通過(guò)某600MW超臨界汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)水泵最優(yōu)化調(diào)度作為實(shí)例,對(duì)凝汽器端差凝汽器真空隨清潔系數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明,不同清潔系數(shù)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行方式造成影響,并得到了不同負(fù)荷、不同循環(huán)水溫度及不同清潔系數(shù)下循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式，對(duì)火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:汽輪機(jī);凝汽器;清潔系數(shù);循環(huán)水優(yōu)化分類號(hào):TK264.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-5884( 2015)05-037403Optimum Operation of Circulating W ater Pumps in Power Plant Consideringthe Change of Condenser Cleanness CofficientWANG Lei, LI Peng，ZHANG Rui-qing'，GAO Xin-guang(1 Department of Power Engineering , Shenyang Institute of Engineering , Shenyang 1 10136，China;2 Yingkou Power Plant of China Huaneng , Yingkou 1 15000, China)Abstract: The fouling on the condenser water side wall is an important factor that impacts the cleanness coefficient ofcondenser in the optimization of designing , operation and improvement of opening cooling water circulation system . Based onthe mechanism of foul -forming, a comprehensive prediction model of fouling growth on condenser water -ide wall isconstructed in this paper. Through analyzing the simplified theoretical model of fouling growth , the characteristic of foulingdeposit，effects of working time and cooling water velocity are discussed . Taking a 600M W supercritical stearm power plant自condenser as an example , the accurate estimation and prediction of cleanness cofficient can be obtained with this model .The ffects of the temperature difference and pressure of condenser are analyzed at the same time， and the work conditions ofwater circulating with different cleanness cofficient are obtained 。With the evidence of some condenser fouling growth , itcan be concluded that the present model is validity and would be contributed to water circulating optimization of condenserKey words :steam turbine ; condenser; cleanness coefficient; optimum water circulating0前言1凝汽器 管側(cè)污垢時(shí)間增長(zhǎng)趨勢(shì)模型5]凝汽器清潔系數(shù)作為評(píng)價(jià)凝汽器性能重指標(biāo)之一-,直接根據(jù)文獻(xiàn)[ 6]中引用Kermn和Seaton的結(jié)論,在管璧污垢反映了凝汽器水側(cè)管壁的臟污程度,是凝汽器總體傳熱系數(shù)形成過(guò)程中,污垢即會(huì)在管壁上不斷沉積，使熱阻增加,還會(huì)的重要組成部分,目前對(duì)凝汽器清潔系數(shù)的物理概念已有了在水流的沖擊下,使污垢從壁面剝離,進(jìn)而減小熱阻。即隨較深人的理解,并建立了凝汽器清潔系數(shù)的計(jì)算模型1-3),時(shí)間的變化下,管壁污垢是這兩個(gè)現(xiàn)象形成結(jié)果的疊加,熱但這些模型的基本出發(fā)點(diǎn)都是通過(guò)比較凝汽器運(yùn)行時(shí)的傳阻隨時(shí)間的變化率可表示為:dRms-mr熱系數(shù)和新清洗后傳熱系數(shù),來(lái)確定當(dāng)時(shí)凝汽器的清潔系dt、pλ數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明凝汽器清潔系數(shù)具有較強(qiáng)的時(shí)間周式中。m運(yùn)垢沉和離rs);m, 為污垢剝蝕率,期性,其變化對(duì)循環(huán)水泵最優(yōu)化調(diào)度將產(chǎn)生較大影響(4]。本g/(中國(guó)煤化工的密度,k/m' ;λ為污垢文從污垢形成機(jī)理的角度分析污垢隨時(shí)間的變化規(guī)律,分析的導(dǎo):MYHCNMHG冷卻水流速及凝汽器運(yùn)行時(shí)間對(duì)凝汽器清潔系數(shù)的影響,推運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)凝汽器的運(yùn)行方式不變、冷卻水的水導(dǎo)出凝汽器清潔系數(shù)基本計(jì)算模型,并分析考慮清潔系數(shù)變質(zhì)穩(wěn)定時(shí),水中的顆粒污垢濃度基本保持不變,此時(shí)冷卻水化后對(duì)循環(huán)水泵調(diào)度的影響。流速成為影響ms的重要因素，可表示為:收稿日期:2015-05-43作者簡(jiǎn)介:王雷(1978-),男, 工學(xué)博士,副教授,畢業(yè)于東南大學(xué),主要研究方向電廠節(jié)能性能監(jiān)測(cè)和故障診斷。第5期王雷等:考 慮清潔系數(shù)變化的循環(huán)水泵調(diào)度優(yōu)化375md = Q10(2)1.0式中,a是與凝汽器換熱面結(jié)構(gòu)、冷卻水水質(zhì)和冷卻系統(tǒng)運(yùn)的0.8行方式有關(guān)的系數(shù);w為冷卻水流速。日0.7B增大而在水流沖擊產(chǎn)生剝蝕過(guò)程中,m,與凝汽器管壁面污e 0.6方向0.垢質(zhì)量成正比,即:m, = Pu'm(3)“050152025時(shí)間/h將式(2)和式(3)代人式(1) ,積分可得:圖2時(shí)間系數(shù)B變化對(duì)凝汽器清潔系數(shù)的影響Ro=-(1-(0)(4)與時(shí)間成指數(shù)的倒數(shù)關(guān)系,隨著時(shí)間的增加逐漸減小，減小βρλu若不考慮凝汽器水管壁外側(cè)(汽側(cè))的熱阻,則總污垢熱速度由快至緩,最后達(dá)到平衡狀態(tài)。并且由圖1可見(jiàn),污垢阻R,約等于水側(cè)的污垢熱阻R。沉積系數(shù)A越大,污垢沉積的速度就越快,清潔系數(shù)減小的一般污垢熱阻定 義為: .就越快,并且最后的清潔系數(shù)越小，因此,污垢沉積系數(shù)A越小越好。同樣由圖2可見(jiàn)，時(shí)間系數(shù)B越大,污垢沉積的速R;≈R,=K-K(5)度就越快,清潔系數(shù)減小的就越快,并且最后的清潔系數(shù)越式中,Ks為運(yùn)行狀態(tài)下的總傳熱系數(shù);Ko為對(duì)應(yīng)工況潔凈狀小，因此,污垢沉積系數(shù)B越小越好。態(tài)下的總傳熱系數(shù)。并且,在τ=0的時(shí)刻,即凝汽器處于未運(yùn)行時(shí)刻,清潔清潔系數(shù)的定義為:系數(shù)為1,當(dāng)時(shí)間τ趨于無(wú)窮大時(shí),清潔系數(shù)的極限值為C,=K，(6)1/(A +1)。Ko2.2流 速變化對(duì)清潔系數(shù)的影響將式(4)和式(5)代人式(6) ,得到凝汽器清潔系數(shù)隨時(shí)由式(7)中可見(jiàn),循環(huán)水流速對(duì)清潔系數(shù)的影響比較復(fù)間變化的規(guī)律:雜。循環(huán)水流速增大,污垢的剝蝕率增大,沉積系數(shù)A減小，Cj =(7)清潔系數(shù)將增大;但同時(shí),循環(huán)水流速增大,污垢的沉積率也Ko-(1-ei") +1增大,時(shí)間系數(shù)B增大,清潔系數(shù)將減小。若考察某確定時(shí)pβλ0刻τ冷卻水流速的變化規(guī)律,考慮冷卻水流速度的變化對(duì)污垢的影響,則有:2影響清潔系數(shù)因素分析2.1運(yùn)行時(shí)間變化對(duì)清潔 系數(shù)的影響C=正-(1 -e"") +1(9)由式(7)可見(jiàn)，當(dāng)凝汽器結(jié)構(gòu)、冷卻水水質(zhì)、冷卻方式不清潔系數(shù)與冷卻水流速的關(guān)系如圖3所示的曲線。當(dāng)變時(shí),清潔系數(shù)C,只是時(shí)間和冷卻水流速w的函數(shù)。汽輪循環(huán)水流量變化等原因?qū)е滤魉僮兓瘯r(shí),隨著流速增大，機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),可認(rèn)為凝汽器循環(huán)水流速基本不變,此時(shí)清清潔系數(shù)先迅速減小，然后逐漸增大?？紤]冷卻水管道特性潔系數(shù)的變化僅與時(shí)間有關(guān),是時(shí)間的單變量函數(shù)”。當(dāng)冷和水泵流量等因素,凝汽器內(nèi)冷卻水流速一般設(shè)計(jì)值為1卻水流速恒定,即不考慮冷卻水流速度的變化對(duì)污垢的影m/s ~3 m/s之間,因此實(shí)際情況下處于圖3所標(biāo)出的范圍響,式(7)簡(jiǎn)化為:內(nèi)。在實(shí)際運(yùn)行中,不能通過(guò)增大循環(huán)水流速的方式來(lái)減小Cj=A(1-e")+1(8)污垢熱阻或增大清潔系數(shù)。式中,A為污垢沉積系數(shù),與凝汽器結(jié)構(gòu)冷卻水水質(zhì)冷卻在0.8A地大方式有關(guān),A=K。(-;B為時(shí)間系數(shù),與冷卻水中污垢在換0.7獎(jiǎng)0.熱面的停留時(shí)間有關(guān),B= βo。0.5式(8)反映了在忽略某些影響因素后,凝汽器清潔系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。循環(huán)水流速范圍流速 /(m/s)清潔系數(shù)變化如圖1、圖2所示。圖3清潔系數(shù)隨循環(huán)水流速的變化曲線由圖1、圖2可見(jiàn)，若不計(jì)循環(huán)水流速的影響,清潔系數(shù)0.9- V3清沽系糊對(duì)循環(huán)水代化結(jié)果影響定性分析中國(guó)煤化工0.8-地0.7-增力3.1MHCNMHGt 0.6-循環(huán)水優(yōu)化原理是通過(guò)凝汽器的特性方程計(jì)算得到冷0.5-卻水流量或者循環(huán)水泵的最佳組合。即先得到凝汽器壓力0.42:與汽輪機(jī)排汽量、冷卻水流量(循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù))及冷卻水溫度之間的關(guān)系式,再利用汽輪機(jī)功率變化與凝汽器背壓的圖1污垢沉積系數(shù)A對(duì)清潔系數(shù)的影響關(guān)系,找出當(dāng)冷卻水流量(循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù))變化時(shí),汽輪376汽輪機(jī)技術(shù)第57卷機(jī)電功率的增加值與循環(huán)水泵耗電量之間差值最大的工況,p、兩泵區(qū)該工況的冷卻水流量(循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù))即為對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)汽做3輪機(jī)排汽量、冷卻水溫度下的最佳冷卻水流量或者循環(huán)水泵一泵區(qū)<2的最佳組合。員153.2清潔 系數(shù)變化對(duì)運(yùn)行參數(shù)的影響這種優(yōu)化方式一般不考慮凝汽器水側(cè)的臟污程度的變400450500550600化,即凝汽器的清潔系數(shù)--般認(rèn)為是定值或平均值(0.8左汽輪機(jī)功率/MWG-1.0右)。而由循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化原理可知,凝汽器端差的大小對(duì)優(yōu)化結(jié)果有很大的影響,而凝汽器端差的大小與凝汽器傳熱收30系數(shù)有關(guān),由凝汽器傳熱系數(shù)計(jì)算公式可知[8] ,凝汽器傳熱-泵區(qū)系數(shù)與清潔系數(shù)成正比例變化,因此，將清潔系數(shù)作為定值S2時(shí)的對(duì)循環(huán)水優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果將有較大誤差。錄154實(shí)例分析G=0.9、為了定量分析清潔系數(shù)變化對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化30結(jié)果影響,以某600MW超臨界凝汽式汽輪機(jī)為例,分析凝汽器水側(cè)管壁清潔系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。該凝汽器為雙殼- -泵區(qū)體、雙背壓、雙進(jìn)雙出、雙流程型式，設(shè)計(jì)背壓為4.4/5. 4kPa,15總有效面積為38 000m2 ,管內(nèi)平均循環(huán)水流速≤2. 3m/s。通350過(guò)計(jì)算,得到凝汽器端差、凝汽器真空隨清潔系數(shù)變化曲線如圖4、圖5所示。CG-0.8做30:0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00清潔系數(shù)G =0.7圖4端差 與清潔程度的關(guān)系區(qū)30256.0上2索15把5.00.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00G=0.6 .圖6不同清 潔系數(shù)下循環(huán)水泵運(yùn)行工況圖圖5凝汽 器真空與清潔程度的關(guān)系圖4、圖5可見(jiàn),當(dāng)其它條件- -定時(shí),隨著Cj的降低,5結(jié)論凝汽器的端差增大,凝汽器真空下降;并且C;越小，對(duì)優(yōu)化結(jié)果影響越大。凝汽器水側(cè)污垢的大小與時(shí)間和循環(huán)水流速變化有關(guān),C;對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化的影響程度見(jiàn)圖6,圖中橫即凝汽器運(yùn)行參數(shù)對(duì)凝汽器的清潔系數(shù)有較大影響,在凝汽坐標(biāo)x是冷卻水入口溫度,縱坐標(biāo)y是汽輪機(jī)的功率。器循環(huán)水進(jìn)口溫度和機(jī)組負(fù)荷一定的情況下,凝汽器端差和從圖6可以看出,在相同的汽輪機(jī)功率和相同的冷卻水凝汽器直空隨清法系斷的減小而減小，并且減小的趨勢(shì)逐漸入口溫度下,清潔系數(shù)G;為不同數(shù)值時(shí),循環(huán)水泵的運(yùn)行工對(duì)該曾大中國(guó)煤化工化運(yùn)行造成影響。本文針況不同。例如,在汽輪機(jī)功率為550MW,冷卻水人口溫度為|YHCNMHG分析了清潔系數(shù)與時(shí)間和25C時(shí),當(dāng)凝汽器清潔系數(shù)為0.8時(shí),兩臺(tái)泵運(yùn)行，而當(dāng)凝汽循環(huán)水流速的關(guān)系,進(jìn)一步提高了凝汽器最佳真空和循環(huán)水器清潔系數(shù)為0.7時(shí),一臺(tái)泵運(yùn)行。因此,清潔系數(shù)看作常數(shù)泵運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化的確定精度,并將該方法應(yīng)用到某600MW機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)中,得到了不同負(fù)荷、不同循環(huán)水溫度及對(duì)泵的運(yùn)行和凝汽器參數(shù)有很大影響,從而造成最佳真空計(jì)不同清潔系數(shù)下循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式,對(duì)火電廠循環(huán)水算及循環(huán)水泵運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化的誤差。系統(tǒng)的運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。( 下轉(zhuǎn)第380頁(yè))380汽輪機(jī)技術(shù)第57卷表2回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器指標(biāo)分析加熱器效率員, MW級(jí)數(shù)236方案10. 485 20. 91080. 97070. 86910. 880776.2355. 06843.406 45.578 84.072 7方案20. 67630.907 60. 96600. 824 80. 835734.37 85. 26593.731 25. 878 74.291 6方案30.949 10. 49300. 966 90.833 10. 844 13.8492 53. 1883. 66795. 820 I4.248 9方案40. 90530. 652 90. 84740. 858 63.84925. 410058.32 45.721 94.1772方案50. 949 10.90530.733 30.82780.838 83.84925. 4100.38.75 85.85714.275 9方案60.94910. 96220.35040.81083. 84925. 4100.3. 968 252.5574.271 3方案70. 79520. 290 73.849 25.41006. 097455. 142綜上考慮,對(duì)于700二次再熱機(jī)組,用蒸汽焓值法確定[3]李勇,黃萍力.汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器給水焓升的優(yōu)化分配了熱力系統(tǒng)各級(jí)抽汽參數(shù)后，小汽機(jī)汽源選擇為--次再熱熱[J].汽輪機(jī)技術(shù),2008 , (6) :404 -406 ,409.段時(shí)機(jī)組效率最高,回?zé)嵯到y(tǒng)損值最小， 為最佳汽源選擇。4]張毅,陳志剛,黃萍力,等。汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器給水焓升優(yōu)化分配方法對(duì)比分析[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué).版),，2008 ,(4):52 -56.4結(jié)論5 ] Katarzyna Stepeeynska , Lukasz Kowalezyk , Slawomir Dykas,et al.Calculation of a 900MW Conceptual 700/720C coal - fired Power(1)用蒸汽焓值法確定熱力系統(tǒng)各級(jí)抽汽參數(shù),其充分Unit With an Auxiliary Extraction Backpressure Turbine[J]. Jou利用了低壓級(jí)抽汽,少抽了高壓級(jí)的抽汽，機(jī)組效率提高了nal of Power Technologies ,2012 ,92(4) :266 -273.0.1%，損降低了1. 37kJ/kg,級(jí)組蒸汽焓降接近于等焓降分6] 陳大變.動(dòng)力循環(huán)分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,配,抽汽焓值方法確定的抽汽口的位置分布均勻、合理。1989.(2)二次再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)中，小汽機(jī)進(jìn)汽參數(shù)提高,機(jī)7] W EISSINGER G ,CHEN Q. Alston Boiler Designs for the AD700Power Plant[ EB/OL]. Denmark ; Milan Conference ,2005.組效率增大。再熱后機(jī)組效率出現(xiàn)兩個(gè)峰值，采用- -次再熱8] KJAER s. A Modifed Double Reheat Cycle [ A]. Proceeding of熱段作為汽源時(shí)機(jī)組效率達(dá)到最大55.52%，損最低;同時(shí)the ASME 2010 Power Conference [ C]. 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