第45卷第6期汽輪機技術(shù)Vol. 45 No.62003年12月TURBINE TECHNOLOGYDec.2003凝汽器有缺陷對循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟運行方式的影響種道彤,劉繼平,嚴(yán)俊杰(西安交通大學(xué)，西安710049 )摘要:以熱力系統(tǒng)變工況為基礎(chǔ)建立了凝汽器真空的變化對機組運行經(jīng)濟性影響的數(shù)學(xué)模型研究了凝汽器存在缺陷對開式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的影響。對具有兩臺循環(huán)水泵的300MW凝汽機組計算表明凝汽器存在缺陷導(dǎo)致其傳熱系數(shù)降低時,雙泵運行比單泵運行更經(jīng)濟的臨界負(fù)荷也隨之降低。這-結(jié)論對指導(dǎo)循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟運行具有-定的理論和實際意義。關(guān)鍵詞凝汽器變工況;傳熱系數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)分類號:TK264. 1文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1001-5884 2003 )06-0350-03Research on the Influence of the Condenser Fault on the Optimizationof the Circulating W ater SystemZHONG Dao-tong , LIU Ji-ping , YAN Jun-jie( Xian Jiaotong University ,Xian 710049 , China )Abstract :Based on the changed work state theory of the thermal system , a mathematical model is developed to optimize theopen circulating water system when the condenser has fault. For an example ,a 300MW condensing - unit with two circulat-ing water pumps was calculated. When the coefficient of heat transfer decreases , the simulation shows that the critical loadon which the system of two pumps supply water to the condenser is better than the system of one pump is reduced along withthe decreases. The optimization of the circulating water system can be directed theoretically and practically by this conclu-sion.Key words condenser ; changed work state ; cofficient of heat transfer ; circulating water system循環(huán)水溫、循環(huán)水量和機組負(fù)荷變化的考慮,未涉及到凝汽0前言器有缺陷運行的情況。在凝汽器實際運行過程中凝汽器常常處于有缺陷運行狀態(tài),使凝汽器傳熱系數(shù)下降，嚴(yán)重影響隨著電力市場競爭機制的進一步發(fā)展 降低發(fā)電成本，凝汽器真空。 由于機組及凝汽器的特性發(fā)生變化,從而影響提高機組運行經(jīng)濟性已成為發(fā)電企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運行方式。如果不能很快消除凝汽器的真空是影響機組運行經(jīng)濟性和安全性的重要指標(biāo)。影響凝缺陷那么就應(yīng)對循環(huán)水系統(tǒng)重新進行優(yōu)化計算,以保證機汽器真空的主要因素有冷卻水入口溫度、循環(huán)冷卻水量、機組在較經(jīng)濟的狀態(tài)下運行。組負(fù)荷和凝汽器傳熱系數(shù)等。在凝汽器實際運行過程中,由本文將以某國產(chǎn)N300MW機組為例通過熱力系統(tǒng)變工于凝汽器本身可能出現(xiàn)的缺陷如水側(cè)結(jié)垢、汽側(cè)漏空氣量增況計:算和凝汽器傳熱計算來建立循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型對凝大等使凝汽器傳熱系數(shù)下降,導(dǎo)致排氣壓力升高,機組經(jīng)濟汽器有缺陷運行時影響真空的諸因素與機組運行經(jīng)濟性之性降低。循環(huán)冷卻水量通過循環(huán)水泵運行臺數(shù)控制循環(huán)水間的關(guān)系進行研究,計算它們對機組供電煤耗的影響,以確泵對機組經(jīng)濟性的影響復(fù)雜得多。循環(huán)水泵運行臺數(shù)增加,定變工況時凝汽器循環(huán)水最佳供水方式曲線，為凝汽器有缺-方面排汽壓力下降,使機組經(jīng)濟性提高;而另一方面廠用陷運行循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化提供-定的依據(jù)。電量增加導(dǎo)致機組經(jīng)濟性下降。由于機組一般都配備多臺循環(huán)水泵選擇合適的循環(huán)水泵運行方式就成為提高機組運1 數(shù)學(xué)模型行經(jīng)濟性的重要途徑因而也成為-個非常值得關(guān)注的研究課題。文獻1 ]研究表明,循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運行方式與汽.1中國煤化工輪機排汽量及循環(huán)水溫度有關(guān),循環(huán)水溫度越高排汽量越.YHc N M H G于熱力系統(tǒng)變工況及凝汽大最經(jīng)濟工況需要運行的循環(huán)水泵臺數(shù)也就越多?，F(xiàn)有關(guān)器變工況計異。本又熱刀糸統(tǒng)歲. [況計算采用按抽汽口劃于凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)運行方式優(yōu)化的研究僅限于對凝汽器分級組的近似熱力計算方法[2]抽汽壓力由Flugel 公式確收稿日期2003-04-13基金項目國家自然科學(xué)基金資助項目( 50106010 )作者簡介扁殖蕤滿78- )男西安交通大學(xué)熱能工程碩士研究生。第6期種道彤等凝汽器有缺陷對循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟運行方式的影響351凝汽器總體傳熱系數(shù)。而/Tolq。=h,-hee( 12)(1)D。Np-N T,Alm =-.(13)式中D為通過某-級組的蒸汽流量 p為蒸汽壓力下標(biāo)1、In(4 +8)δ2分別表示級組前后,有下標(biāo)0表示為基準(zhǔn)工況參數(shù),而沒有下標(biāo)0表示變工況參數(shù)。K = Ca√v.B3β.Bm( 14)各級熱加熱器的抽汽份額采用熱平衡法計算:式中h,為凝汽器入口蒸汽焓hwt為凝汽器凝結(jié)水焓p為冷卻水流速修正系數(shù)Cβ3、β、βm的計算方法見文獻3。.。_ anT， -By.二a1.91( 2)1.3 計算方法式中xuβ、ar分別為進入r級加熱器的給水份額、疏水份按照上述模型進行計算時,首 先假設(shè)汽輪機各級流量,額、附加汽源份額,而T,y,q,9r分別為r級加熱器的給水然后按照熱力系統(tǒng)變工況計算方法修正汽態(tài)線、進行熱平衡焓升、疏水放熱量、蒸汽放熱量、附加汽源放熱量按照文獻計算得到新蒸汽流量及凝汽器的熱負(fù)荷再進行變工況下. [ 2 ]的方法計算。凝汽器內(nèi)的傳熱計算求出排汽壓力通過逐次迭代求出最終1kg新蒸汽的循環(huán)作功:結(jié)果。計算中要進行汽輪機末級余速損失修正,可采用廠家N= Ea,H,+ SaH1-τ。(3)提供的余速損失曲線。式中ar, 為回?zé)岢槠蓊~( r=0表示凝汽器) H,為回?zé)岢槠?計算實例在汽輪機中實際焓降p為回?zé)峒訜峒墧?shù)a; 為回?zé)岢槠酝馄渌o助汽流份額H為這些輔助汽流在汽輪機中的焓降。本文以某廠300MW凝汽機組(其熱力系統(tǒng)見圖1 )為例循環(huán)吸熱量:進行計算。該機組有兩臺循環(huán)水泵,其功率均為1 800kW。Q =ho+a,σ-hg(4)根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)試驗結(jié)果單泵運行及雙泵運行時的循環(huán)水式中ho 為新蒸汽焓值ex, 為再熱蒸汽份額σ為1kg再熱蒸流量分別為23000/h及33 000t/h。該機組循環(huán)水為開式系汽的吸熱量he 為鍋爐給水焓值。統(tǒng)冷卻水取自水庫底層經(jīng)凝汽器后再排回水庫。按循環(huán)由此可以得到汽輪機循環(huán)效率:水泵的配套方式循環(huán)水流量的變化只能通過循環(huán)水泵的臺(5)數(shù)來調(diào)節(jié)循環(huán)水泵供水運行方式-機-泵或-機二泵。QDr her新蒸汽流量:V。DnD:(6)HηmηeDa ,汽輪機排汽量:D.=(1- Za,- Za)D。(7)中空臺戶“標(biāo)準(zhǔn)煤耗率:圖1 N300- 17. 75/540/540機組熱力系統(tǒng)圖0. 123(8)采用上述數(shù)學(xué)模型計算發(fā)現(xiàn)在冷卻水溫度和凝汽器傳ηiηηiηmη。.供電煤耗:熱系數(shù)不變的情況下改變機組負(fù)荷高負(fù)荷時采用雙泵供(9)水煤耗率較低低負(fù)荷時單泵供水煤耗率較低其負(fù)荷-發(fā)N(1 -h)電煤耗率變化曲線存在交點。因此在機組負(fù)荷變化時,為式中Na為機組電負(fù)荷mm為機械效率n。為電機效率mp保證機組運行的經(jīng)濟性需在某一臨界負(fù)荷時改變凝汽器循為管道效率m為鍋爐效率,而k為廠用電率包括各水泵、環(huán)水泵臺數(shù)。圖2是冷卻水溫為20C凝汽器傳熱系數(shù)維持電機以及其它廠用電。當(dāng)循環(huán)水泵的運行臺數(shù)發(fā)生變化時,基準(zhǔn)工況時，兩種供水方式對應(yīng)的煤耗率隨負(fù)荷變化曲線。廠用電率h也將發(fā)生變化。由圖2可以看出臨界負(fù)荷約為機組滿負(fù)荷的80%與機組運1.2 凝汽器傳熱模型行規(guī)程符合也與文獻4 ]的結(jié)果相符證明了本文計算結(jié)果變工況下凝汽器壓力P。對應(yīng)的飽和溫度1,為:是正確的。t, =tg +Ot +δt(10)當(dāng)凝汽器存在缺陷時.上述優(yōu)化結(jié)果將產(chǎn)生變化。為式中為泠卻水入口溫度At.為冷卻水在凝汽器中的溫此本中國煤化工汽器傳熱系數(shù)采用上述升δt為凝汽器的傳熱端差。方法YHCN M H及供水方式的相應(yīng)臨界負(fù)凝汽器的熱平衡方程式為31:荷，從而得到該循環(huán)冷卻水溫對應(yīng)的凝汽器最佳供水方式曲Q。= Dq。= D.c.Otw = KFAtm(11)線。圖3是當(dāng)循環(huán)冷卻水溫度保持20C凝汽器傳熱系數(shù)和式中D。為汽輪機排汽流量go為冷卻水的比熱容,D. 為流機組負(fù)荷變化時的凝汽器最佳供水方式曲線。在曲線的右過凝汽器的冷卻水量,F為凝汽器有效傳熱面積Ae為1kg下方區(qū)域凝汽器采用雙泵供水;左上方則采用單泵供水。排汽在凝汽器中的放熱量Atm為凝汽器平均傳熱端差,K 為由圖可見當(dāng)冷卻水溫不變時隨著凝汽器傳熱系數(shù)不斷變352汽輪機技術(shù)第45卷60 C355十一5C- 10C含350尼230- 15C單泵供水+ 20C盟210-一25C雙泵供水R 2003.4019040.0.80.9日- 30C變工況與標(biāo)準(zhǔn)工況傳熱系數(shù)之比330150180210 240 270 300 330運機組負(fù)荷/MW立240數(shù)式影220 上對1020050.6 i.9.0變工況與基準(zhǔn)工祝傳熱系數(shù)之比圖3 20C時的凝汽器最 佳供水方式曲線圖4給出了當(dāng)冷卻水溫為sc ~30C傳熱系數(shù)為0.5K。[1] 王運民電廠凝汽器冷卻水最佳供水方式的確定J1節(jié)能，1998 11.~1.0K。時該機組的最佳供水方式曲線。由此可見在不同[2] 林萬超、火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[ M]西安西安交通大學(xué)出的循環(huán)冷卻水溫度下,傳熱系數(shù)變化對優(yōu)化結(jié)果均有影響。版社, 1994.圖中各條曲線基本平行說明不同循環(huán)水溫度下傳熱系數(shù)變[3]李秀云. 火電機組冷端系統(tǒng)經(jīng)濟性診斷理論研究D]西安交化的影響大致相同。因此,在機組實際運行中如果凝汽器通大學(xué)博士論文1999.的真空明顯低于其基準(zhǔn)值,說明凝汽器可能存在缺陷。[4]周利慶胡熾昌,顧彤等.循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化方法及其如果其缺陷無法短期消除則應(yīng)根據(jù)凝汽器當(dāng)前狀況重在華能南通電廠中的應(yīng)用[ J]電站輔機2000 (3 ).(上接第349頁)參考文獻4結(jié)論[1]聞雪友,李偉.WR-21-- 新一代的船用燃氣輪機[ J]. 熱能動力工程,1999 ,14( 79 ):1-6.采用VAN技術(shù)的變幾何動力渦輪通過有效控制流量變[2] Karstensen K W ,Wiggins J 0. 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Pressure Suface Separa-論tions in Low - Pressure Turbines- -Part 1 : Midspan Behavior Part( 1 )計算表明四級動力渦輪末級動葉壓力面在大負(fù)攻2 : Interactions with the Secondary Flom[ J ] ASME Journal of Tur-角下出現(xiàn)的分離泡是由輪箍壁面附近的流體流入葉片通道bomachinery ,2002 , 124 393 - 409.時形成的。其閉式分離特性有效抑制了輪箍處壓力面大面[5]朱光宇,俞茂錚.大負(fù)攻角下汽輪機末級動葉柵二維分離流特性的數(shù)值分析J]汽輪機技術(shù),2000 ,42(5) 282 - 286.積分離流動的發(fā)生。三維柱狀分離泡作順時針螺旋上升運[6] 張宏武袁新葉大均.透平葉柵大攻角流動特性的三維數(shù)動并保持封閉的死區(qū)"結(jié)構(gòu),在與頂部間隙的泄漏流體摻中國煤化工科學(xué)版) , 2000 ,40( 10)92混后流出。(2 )對本文算例采用可調(diào)導(dǎo)葉使變幾何動力渦輪的透[7]CHCNMH Gvicosit turul - ence models平葉柵處于大攻角范圍內(nèi)運行因此必須對變幾何動力渦輪for engineering applications[ J ]. AIAA Journal. 1994 ,32( 8 ):1598 - 1605.的氣動特性和優(yōu)化設(shè)計進行足夠精度的多級粘性流匹配計[8] Charles G S , Ridha Abid , Anderson E C. Critical Evaluation of算分析。選擇良好沖角適應(yīng)性的葉柵是應(yīng)用變幾何渦輪技Two - Equation Models for Near - Wall Turbulence[ J ]. AIAA術(shù)的關(guān)鍵。Joumal ,1992 30(2 ) 324 -331.