第53卷第3期汽輪機技術(shù)Vol 53 No. 32011年6月TURBINE TECHNOLOGYJun.2011電廠循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行繆國鈞,葛曉霞南京工程學(xué)院能源與動力工程學(xué)院,南京211167)摘要:對電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行涉及到的幾個關(guān)鍵問題進行探討。首先對循環(huán)水流量的確定的儀器測量法特性曲線交點法及運行數(shù)據(jù)計算法進行分析指出了各種方法的特點。然后計算研究了基于最佳真空、考慮冷卻水價格及基于綜合成本煤耗率的3種優(yōu)化準則對優(yōu)化運行結(jié)果的影響。最后計算分析了冷卻管結(jié)垢對循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行結(jié)果的影響。關(guān)鍵詞:電廠;循環(huán)水系統(tǒng);最佳真空;優(yōu)化準則;冷卻水管結(jié)垢分類號:TK39文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10015884(2011)03023003Optimal Operation of Circulating Water System in Power PlantMIAO Guo-jun, GE Xiao-xia(School of Energy and Power Engineering, Nanjing Institute of Technology Nanjing 211167, China)Abstract: It was discussed about key problems in optimal operation of circulating water system in power plant, First of allit was analyzed for three circulating water flow determining methods of instrument measure, characteristic curve intersectionpoint as well as operation data calculate and point their characteristics. After that, it was studied different optimal criterionof optimal vacuum consider cooling water price as well as integrated cost coal consumption rate which affect optimaloperation results. Final, it was caleulated that optimal operation results of circulating water system were influenced byKey words: power plant; circulating water system; optimal vacuum; optimal criterion; cooling water tube producedirty循環(huán)水泵的流量。某電廠在測量過程中循環(huán)水流量的測量0前言采用日本產(chǎn)HC型超聲波流量計,該流量計的精度為1.0%,超聲波流量計的安裝位置位于凝汽器進口閥門井內(nèi)火電廠的汽輪機排汽如果采用水冷凝汽器凝結(jié),每臺機兩根循環(huán)水進口管道上。記錄循環(huán)水流量的同時記錄循環(huán)組都配有兩臺或兩臺以上循環(huán)水泵循環(huán)水泵是電廠中耗電水泵的功率圖I是某600MW機組循環(huán)水流量與循環(huán)水泵較大的設(shè)備之一機組運行中有的循泵運行、有的循泵備用。的功率試驗記錄收據(jù)繪制的曲線,橫坐標(biāo)是循環(huán)水流量在不同季節(jié)、不同負荷等條件下運行的循環(huán)水泵如何合理配(m3/s)?？v坐標(biāo)是循環(huán)水泵的功率(kW)。置,對機組經(jīng)濟性有較大影響因此確定循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式對電廠降低能耗,競價上網(wǎng)意義重大。眾所周知影s0282泵響凝汽器真空的主要因素有循環(huán)水進口溫度、機組負荷、循4s2機3泵環(huán)水流量等山,其中,大機組循環(huán)水流量很大,其確定存在X2機4定的困難;隨著經(jīng)濟的發(fā)展,煤、電的價格經(jīng)常在變化,因此循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的準則有所變化;另外,冷卻水管結(jié)垢對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式有影響,本文將對以上內(nèi)容進行循環(huán)水量的確定方法圖I循環(huán)水流量與循環(huán)水泵的功率的關(guān)系1.I采用儀器測量循環(huán)水量1.2泵的特性與管路特性交點得到循環(huán)水量采用儀器測量循環(huán)水量,即在不同的季節(jié)下,也就是在循環(huán)水系統(tǒng)由循環(huán)水泵和循環(huán)水管路組成,水泵特性一當(dāng)?shù)匮h(huán)水最低進口溫度、平均溫度和當(dāng)?shù)匮h(huán)水最高進口般利用制造廠提供的性能曲線或根據(jù)試驗結(jié)果繪成管路水溫度下,在不同的機組負荷下循環(huán)水泵為不同組合時實測力阻力特性可采用經(jīng)驗公式計算和實驗兩種方法獲取。實收稿日期:20100621作者簡介;繆國釣(1965-),男漢族,江蘇如東人,副教授碩士,從事電廠優(yōu)化運行技術(shù)及熱工過程自動控制的教學(xué)和研究工作第3期繆國鈞等:電廠循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行231際情況下,現(xiàn)場試驗有一定困難,一般采用經(jīng)驗公式求取要費用的,這也是將來的趨勢。如果考慮冷卻水的價格后,循環(huán)水泵出口壓頭與流量的平方成正比。當(dāng)多臺循環(huán)當(dāng)冷卻水流量發(fā)生變化時汽輪機的凈收益為:水泵并列運行時,根據(jù)揚程不變,流量疊加的原理得到多臺△C=RAPr-RcD泵并列運行的揚程曲線。式中△P為汽輪機輸出功率AP與循泵功率AP,間的差值循環(huán)水泵運行時的工作點由泵的特性曲線和管路特性kW;a為系數(shù),當(dāng)冷卻水為開式循環(huán)時a=1,冷卻水為閉式曲線來確定將流量-揚程曲線和管路特性曲線畫在同一張循環(huán)時a為冷卻水的補水率;D.為冷卻水流量,kg/s;R4為循環(huán)水泵的特性方程和管路特性方程求解得到還可通過圖上,兩者交點就是水泵的運行工況點。循環(huán)水量還可通過上網(wǎng)電價,元/(kW·h);R為冷卻水價格,元/t;T為運行時1.3運行數(shù)據(jù)計算法確定循環(huán)水量2.3綜合成本煤耗率法在無條件試驗及管路特性和循環(huán)水泵特性不明確的情對于既定機組,在機組負荷和冷卻水溫一定的條件下,況下可以通過長期的運行數(shù)據(jù),推算出凝汽器冷卻水量改變循環(huán)水流量使綜合成本煤耗率最低此時的循環(huán)水流D-,其原理如量即為最佳值根據(jù)凝汽器內(nèi)傳熱的熱平衡方程,蒸汽在凝結(jié)時放出的熱量等于冷卻水吸收的熱量,即b=b+1+102(6)Q=1000(k.-h,)=100.(b-h)=4187DA式中,b為綜合成本煤耗率kg/(kW·h);b為發(fā)電煤耗率(1)kg/(kW·h);Rn為標(biāo)煤價格,元1;為廠用電率,%。式中,Q為凝汽器的傳熱量kJ/h;D、D為進人凝汽器的蒸2.4算例汽量與冷卻水量∽h;h、h為蒸汽和凝結(jié)水的比焓,kJ/kg某火電廠的2臺600MW機組配4臺循環(huán)水泵,可有2h、ha為冷卻水出口比和進口比焓kJ/kg。機2泵2機3泵和2機4泵3種運行方式。上網(wǎng)電價取為在低溫范圍內(nèi),水的比焓h、h在數(shù)值上約等于水溫水溫0.43元/(kW·h),標(biāo)煤單價取為700元/冷卻水價格取0.5則由式(1)可得:元/,n取P與P的比值。將每種優(yōu)化運行方式編制成計4·動算機程序,結(jié)合電廠實際情況得出各種負荷下4種循環(huán)泵優(yōu)化調(diào)度方案的循環(huán)水進口轉(zhuǎn)換溫度,分別列于表1~表3。525D表中轉(zhuǎn)換溫度1表示由2機2泵轉(zhuǎn)換為2機3泵的循環(huán)水進△t=(2)口轉(zhuǎn)換溫度轉(zhuǎn)換溫度2表示由2機3泵轉(zhuǎn)換為2機4泵的循環(huán)水進口轉(zhuǎn)換溫度。D.=525(3)表1基于最佳真空的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果根據(jù)式(3),在不同泵組合、不同負荷、不同冷卻水進口負荷轉(zhuǎn)換溫度1轉(zhuǎn)換溫度2溫度下記錄冷卻水溫升M,可以計算出凝汽器冷卻水量。前大機組均釆用DCS系統(tǒng),因此,具有充足的原始數(shù)據(jù)計算循環(huán)水流量。采用此法確定循環(huán)水流量關(guān)鍵是要正確計算出汽輪機的排汽量D,這一點通過熱平衡計算可以實現(xiàn),或認為排汽量D與機組負荷成比例6例如通過對600MW機組計算17.62不同優(yōu)化準則對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式的影響確定循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式的優(yōu)化準則,目前主要有表2考慮冷卻水價格的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果3種:最佳真空法、考慮冷卻水價格的最大收益法和綜合成本煤耗率法。負荷轉(zhuǎn)換溫度1轉(zhuǎn)換溫度22.1基于最佳真空的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化方法對于既定機組,在機組負荷和冷卻水溫一定的條件下25.634.7增加循環(huán)水流量D。使汽輪機發(fā)電量的增量AP與循泵的耗23.9電量的增量AP之間的差值達到最大時所對應(yīng)的循環(huán)水流32.6量即為最佳循環(huán)水流量。汽輪機的凈增功率AP為2120.5AP AP-AP18.329.2當(dāng)最佳真空目標(biāo)函數(shù)(4)為最大值時循環(huán)水系統(tǒng)的運行16.2方式為最佳。62.2考慮冷卻水價格后的最大收益法電廠循環(huán)水又稱為冷卻水,在缺水的地方,冷卻水是需232汽輪機技術(shù)第53卷表3綜合成本煤耗率法的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果各負荷下循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的轉(zhuǎn)換溫度有所提高,具體結(jié)負荷轉(zhuǎn)換溫度2果見表4所示表4考慮冷卻水管結(jié)垢的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果26.8轉(zhuǎn)換溫度1轉(zhuǎn)換溫度231.922,119.614.512.3冷卻水管結(jié)垢對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的影響冷卻水管的結(jié)垢將導(dǎo)致傳熱系數(shù)的變化使得凝汽器的4結(jié)論傳熱效果下降,冷卻循環(huán)水出口溫度上升、凝汽器的傳熱端差升高,從而凝汽器真空的下降。真空降低會影響到機組的(1)循環(huán)水流量確定的各種方法各有特點,應(yīng)根據(jù)機組安全經(jīng)濟運行。具備的條件采用不同的方法參考文獻[S],將整臺機組作為一個熱力系統(tǒng)Q1為外(2)在3種不同的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化判斷準則下,循環(huán)水界輸入鍋爐的熱量,Q2為凝汽器的放熱量,Q3為汽輪機、蒸系統(tǒng)優(yōu)化運行方式的轉(zhuǎn)換溫度不同。其中綜合成本煤耗率汽管道及發(fā)電機等的散熱量,N為汽輪發(fā)電機組對外輸出的法可以最大限度地選擇2機2泵和2機3泵的運行方式。功率。則根據(jù)熱力學(xué)第一定律得(3)凝汽器冷卻水管的結(jié)垢會使凝汽器的傳熱效果下Q1=Q2+Q3+N(8)降凝汽器真空下降。冷卻水管的結(jié)垢厚度達一定值時,會(1)由熱力學(xué)第一定律,計算凝汽器的放熱量Q2使循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式的轉(zhuǎn)換溫度升高(2)根據(jù)傳熱方程、傳熱系數(shù)計算式等分別計算凝汽器冷卻水管清潔時的傳熱系數(shù)k,冷卻水量D,水側(cè)放熱系數(shù)參考文獻a2及汽側(cè)放熱系數(shù)ax1[]葛曉徼繆國鉤鐘澎等.雙壓凝汽器的循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化(3)確定汽輪機排汽溫度升高。先假設(shè)一個排汽溫度運行[].動力工程,200,29(4):389-39a,計算出凝汽器的放熱量Q。計算出冷卻水管結(jié)垢情況2】胡洪華,黃廷輝艾衛(wèi)園等大型火電機組運行優(yōu)化目標(biāo)值的下的冷卻水出水溫度la,凝汽器的放熱量Q2。如果研究和確定[].中國電力2004,37(9):22-25[3]李勇薰玉亮,曹祖慶.考慮節(jié)水因素的凝汽器最佳真空的≤103,說明假定的排汽溫度正確,否則重新確定方法[刀].動力工程,2001,21(4):13381341.假定排汽溫度進行計算,直至滿足要求為止。[4]陳國年.發(fā)電廠冷端系統(tǒng)最優(yōu)運行方式的研究[J].汽輪機技術(shù),2004,46(1):69-74.凝汽器冷卻水管清沽?xí)r及結(jié)垢時的凝汽器真空機組功(5]王運民定量分析凝汽器冷卻水管結(jié)垢對機組經(jīng)濟性的影響[刀].汽輪機技術(shù),2005,47(2):105-107水管結(jié)垢04mm時,將使凝汽器真空下降3.63×103MPa,上接第172頁)[3] C J. Meyer, D G. Kroger. Numerical Investigation of the Effect of(6)對于單個空冷單元,在所研究的平臺單元高度范圍Fan Performance on Forced Draught Air-cooled Heat Exchanger內(nèi),平臺高度對通風(fēng)量和換熱效果的影響很小,平臺高度只Aerodynamic Behaviour[J]. Applied Therma是通過側(cè)向風(fēng)速度的變化對換熱略有影響。Engineering,2004,24(2):359-371-.[4] J.R. Bedell, D G. Kroger, G. D. Thiart. Numerical Investigation of參考文獻Fan Performance in a Forced Draft Air-cooled Steam Condenser[J. Applied Thermal Engineering, 2006, 26(8):846-852(1 K Duvenhage. D. G. Kroger. The Influence of Wind on the Per [5] P.J. Hotchkiss, C.l. Meyer, T. W won Backstrom. Numerical In.formance of Forced Draught Air-cooled Heat Exchangers[J]estigation Into the effect of Cross-flow on he performance of Axi.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1996, 62al Flow Fans in Forced Draught Air-cooled Heat Exchanger[ J][2]C. J. Meyer. Numerical Investigation of the Effect of Inlet flow Dis-[6]胡漢波.直接空冷式凝汽器翅片散熱器流動傳熱性能及單元tortions on Forced Draught Air-cooled Heat Exchanger Perform-流場特性研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006,10ancel[. Applied Thermal Engineering,2005,25(11):1634-[7]張遐齡楊旭李向群等火電廠空冷平臺換熱的數(shù)值模擬1649[刀]水動力學(xué)研究與進展,2005,20(1):874-880