火电厂600MW机组循环水系统优化运行的研究

发电技术司冷空寿电力机械火电厂600MW机组循环水系统优化运行的研究曲智超，却燕平(华电电力科学研究院,浙江杭州310000)摘要:介绍了变频调节的原理和泵的相似原理,建立了泵的工况点的求解方法。并以某电厂600MW机组的循环水系统为例建立开式循环水系统最优化运行的数学模型，并分别对各工况下在变频与非变频的情况下就行了最优化寻解,得到了逐月的在各个工况下的最优调节方式。关键词:循环水系统;凝汽器; 运行优化;变频中图分类号:TM621.6文献标识码: A文章编号:1006 -8449(2011 )05 0089 -040引言火电厂循环水系统是一个庞大的动力系统，其耗f一电源频率,Hz;电量较大,约占电厂本身发电量的1.5% -2% ,对循环p一电动机磁极对数;水系统进行优化是降低厂用电量、提高电厂经济效益s-转差率。.的主要措施。一般而言循环水量过大,则背压降低,机由于异步电动机的转速与电源频率成正比，所以组出力增加,同时循环水泵耗功增加;循环水量过小则当改变电源频率时,转速也会随之改变,这就是变频调真空恶化、机组出力降低,因此寻找最佳循环水量对降速。低厂用电量具有重要意义。传统的节流调节方式虽然由于高频变压器只需将变频器串在电源回路之中比较简单,但是增加了管道的阻力,易使水泵脱离高效而不需要另加输人输出设备,故采用高频变压器进行区运行,降低了水泵的效率"。简单的用开闭循环水泵变频。在选择变频器时主要注意容量匹配的问题,同时的方式也过于粗糙。随着变频技术的发展,循环水泵的也要考虑泵的机械特性与变频器的特性相适应。通过变频调节逐渐成为近几年热门的研究方式，但是冷却选择,所取变频器变频范围为0.2 60Hz。将变频调速器水温度,河流水位逐月的周而复始的变化,用电负荷也直接串接在电源的输人回路中,接法如图1所示。时常发生改变，并且在变频和传统的控制泵的台数相组合的方式下，如何寻找实时最佳频率和开启水泵台l整流变频输出数已成为运行人员的难题。本文详细给出了建立循环交流电源电机:水系统的模型并且求解出实时最优化运行方式。控制单元1变频调节的原理改变水泵的转速可以改变泵的性能曲线，这种调圈1变频调速的逻辑接线节方式称为变频调节。由电机学知识可知异步电动机的转速表达式为:在泵的变中国煤化工速发生了改变而泵本身没有:MYHCNMHGq可进行特性曲n=60f(1-s)(1)线的相似变换。当转速改变时四:式中n-异步电机转速,r/min;.总14路第2 89| 制冷罕发电技术与电力机械TrinQ=丛(2)总流量等于各个并联管道流量之和，各个并联管道流Qz n动阻力相等。为了体现模型的精确度,应充分考虑气候景;=(品)(3)变化和负荷变化对管路阻力的影响,即江河水温、水位都是逐月变化的，如某电厂取水口水位、水温逐月变骨=(出)(4)化,见表1。可见冬夏水位、水温差异极大,尤其是水位最大相式中Ql,Q2- 转速改变前、后的流量,m/s; .差达到10m,必须要加以考虑,因此阻力计算必须逐月n,n--改变前、后的转速,r/min;离散进行。同时凝汽器水阻受负荷、水温、流速综合影H,H2 -转速改变前、后的扬程,m;响了建议采用美国传热学会推荐的HEI公式查表拟P,P.-转速改变前、后的功率,MW。即当同一台泵改变转速时,流量与转速成正比,扬合成函数。程与转速的平方成正比,功率与转速的三次方成正比。3开式循环水 系统的数学模型实测的等效曲线和理论上的等效曲线是有差异的,只在高效区两者才吻合。因此在选取变频器时不仅要注在开式循环水冷却的热力发电厂中，在一定的外意容量匹配的问题，同时也要考虑泵的机械特性与变部条件下,即在蒸汽流量不变、循环水初温确定、取水频器的特性相适应。通过选择，所取变频器变频范围口水位确定，这样在整个机组确定的情况下适当的加30 60Hz。尽管如此,在工程实践中采用调速的方法,还大循环水量,会降低凝汽器内的凝结压力,从而加大汽是大大扩展了叶片泵的高效率工作范围轮机末级的有效焓降,提高机组的相对内效率,会适当假设原水泵的的扬程与功率特性曲线公式分别为的增大汽轮机的出力，当循环水量加大到- -定 的程度,H =f(q),P=g(q)那么变频后的水泵的数学模型可表会由于背压过低，而汽轮机末级叶片长度有限而余速示为:损失加大,故相对内效率是降低的,汽轮机出力反而减H=/(p.q1).5(5)少。无论在哪种情况下,增大循环水量就意昧着需要增加循环水泵的耗功。在这种矛盾情况下必然存在-一个R=(fq)赫(6)最佳值的水量,即在低压缸排气量冷却水进口温度一定、水位- -定的情况下,汽轮机功率的增加值与循环水式中H-变频后水泵的扬程,m; .泵多消耗的电能的差额最大时的真空称为机组的最佳P一变频后水泵的功耗，,MW;真空。传统的建立在最佳真空上的循环水系统优化运qr一变频后水泵的流量,m2/s。行的数学模型为典型的有约束的非线性规划模型,具体表达式为": .2循环水泵工作点的求解(7)首先应该得到泵的扬程特性曲线H =f(q )和管道MauxEZNe-之咖的阻力计算公式R =z(q),单泵运行时其泵的特性可该模型需要控制的条件:由制造厂提供的泵特性曲线图表拟合而成，计算表明Ng:=f(Dk,Pk;)i=1,2,..,m .三次曲线就足以保持曲线的精确度,但实际运行中常Np: =f(H,Q;)j =1,2,*",n常是多台水泵并联运行,且供水管道也是多分支的。多Pk;=f(Q,w,Dk,F) i=1,2,.",m台同类型水泵并联运行的数学模型是:流量叠加、功率Q=Q1+ Q+..*+ Qm叠加、扬程不变。对于多分支的供水管道其阻力计算应H,=H、把握以下原则:流经串联管道时其流量沿程不变,流动Qm≤Q≤Qm阻力等于各个串联管道阻力之和;流经并联管道时其式中 Ng:- 该电厂某台汽轮机的发电量,MW,下角i为机组台数;表1水温、水位逐月统计褒Nn:一该申厂某台水泵耗费的月份中国煤化工ww,下角j为水项目12789101aMHCNMH Gq;平均温度,C 6.4 7.1 10.6 163 21.3 25.2 27.5 28.3 24.6 19.8 14.7 9.Pk;一该电厂某台机组凝汽器平均水位,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.发电技术与电力机械中的背压, kPa;Qm一循环水泵稳定运行最大流量, m's。Dk;一该电厂某台汽轮机低压缸末级排汽量,m'/e;4优化结果与分析Q; -第i台机组凝汽器的循环水的流量, m2/s;以某电厂2台600MW超临界机组循环水系统为two1 -凝汽器循环水进口的某月平均水温,C;例,编制了一套程序对模型进行了求解。根据现场的情E一第i台机组凝汽器冷却面积,m2?;况，分别对目标函数值采用了三泵并联运行和四泵并Q; - -第j台循环水泵的流量,m/s;联运行两种运行方式在变频与未变频情况下，求解了H;-第j台循环水泵的扬程,m;目标函数值并且相互比较得到了最优化运行方式和运H,- -循环水泵的总扬程,m;行频率。图2分别选取了THA工况.75%额定工况、H一整个管道阻力;50%额定工况下的逐月的计算结果。Q. - -循环水泵稳定运行最小流量,m2/s;45.2+ "十醺瓶R 45.1: + -四篆井联+四泵井雅9s -甘三漂井联30-+三裂并联4.9+四累安频地448一三氧女频一三軍颊44.98一41234567 89111221234567891011121 234 567 89101112月份月份.a)e)圈2各工况优化结果a)THA工况b)75%顿定负荷 c)50%额定负荷由图2可知在任何情况下变频调节最优方式的净基本- -致,而冬季运行时的频率相对偏低,基本都降频发电功率都要高于不变频的调节的最优方式。其中变到 30-~40Hz。这是因为夏天冷却水温高,需要加大循环频调节的冬季净功率要比不变频调节在THA工况下水量来强化冷却,但是江河水位高,考虑到循环水泵本可以高出2MW以上,节能效果相当明显,而在夏季两身的设计是有- -定的余量，基本上泵能够在设计的高者相比较前者大约比后者多出4MW左右，有一定的效区运行。但是冬季冷却水温低,需要减少泵的功耗,节能效果但不是很明显。同样在低负荷工况下,采用变同时河流水位降低与丰水期相差10m,泵会偏离高效频调节的节能效果比THA工况下更加明显。区运行，这时候相应降低泵的频率，改变泵的特性曲从变频调节的最佳频率上看，每个月每种工况下线,使之重回高效区运行。的最佳运行频率都在变化。如图3所示,以THA工况随着机组负荷降低到75%、50%负荷时,其最佳的为例，当机组的循环水泵运行台数确定时，机组夏季泵的组合方式与最佳的运行频率大致与满负荷时相(6~9月)运行时水泵的最佳频率比较高,与额定频率同, 只是频率稍有些改变。从经济效益来分析,如果以THA工况为例,假设6全年机组运行时间为5500h，假定平均多发电1.52MW,火电脱硫上网电价为0.405元/kWh,那么2台生4- + THA工祝机组变频后工作- -年可为电厂节约334万元左右,而册3卜-75%负荷1台变频器的售价约为几百万元，可以看出使用变频离2(-★50%负荷调节在几年就可以收回成本,经济效益明显。中国煤化工01234567891011125结语YHCNMH G .(1)在负荷、外界条件- -定 的情况下,寻找汽轮机圈3各工况优化运行的频率优频辜No.5/2011发电技术与电方机城的最佳背压就是寻找最佳循环水量。各种循环水量调参考文献:节方式的核心就是调节泵的运行工况点，因此循环水[1]闫桂焕,顾昌,郑李坤.300MW机组循环水系统优化运行的研究[仍汽轮机技术, 2002.446):345-347, 368.系统模型的核心为求解泵的工况点。(2)从变频调节循环水泵和传统的通过开闭循环[2]毛正孝,赵友君.泵与风机[M].北京:中国电力出版社, 1990.176.[3]高峰，白焰,吴晓洪.基于变频调速技术的电厂循环水系统改造[0水泵的方式相比较可知，变频调节具有明显的经济效中国电力教育,2006,研究综述与技术论坛专刊:269-272.益,但是实际运行中,不同的负荷下,具体的最优化频[4]张善达,顾晶,费广雄,丁燕,方琼.带尾水电站母管制循环水系统优率和泵的组合台数逐月都不相同需要及时调整才能取化运行的研究[J.汽轮机技术, 2004,3:220~225.收稿日期:2011-08- -24得最佳的经济效益。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作者简介:曲智超(1984-),男,黑龙江人,工学学士,助理工程师,从事汽轮机优化改造项目管理工作;却燕平(1986- -),男,湖北人,硕士,从事汽轮机优化改造工作。(上接第94页)[9] 王字露.论我国风电设备制造企业的自主创新能力提升[J,能源技术2008,20(1);19-23.经济.2011,23(3):63-66.[14] 郭伊琳风电发展的关键问题与挑战贝电力技术经2008,20();[10]谢国辉.李琼意,高长征.基于Balmorel模型的风电消纳能力研究办37-40.能源技术经.201.235);29-33.[15] 白建华辛颂旭,贾德香.我国风电大规模开发面临的规划和运行问[1]李娜,荣振威.我国风电设备制造业的现状和发展前景[].电力技术题分析[D]电力技术经济2009,212);7-11 .经.2005,17<5):5-10.收稿日期:2011-07-20[12] 施鵬飞关于中国风电发展的恩考[们].电力技术经济2006181():4-6.修回日期:2011-08- -21[13]仇卫东,王智冬,李隽.我国风电发展相关问题分析[I].电力技术经济,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;中国煤化工资作者简介:张瑞君(1973- -),男,内蒙古和林格尔县人,硕士研究生,工程师,THCN M H G新能源技术研究。92|总第41用第32潘No.52011