循环水泵双速改造后的冷端优化试验研究

浙江电力42ZHEJIANG ELECTRIC POWER2011年第9期循环水泵双速改造后的冷端优化试验研究董益华，楼可炜,孙永平，秦攀(浙江省电力试验研究院，杭州310014)摘要:介绍了循环水泵双速改造后的冷端优化试验情况，并结合理论分析对凝汽器进行了变工况计算。在理论计算过程中，引人了凝汽器传热综合修正因子对别尔曼公式的传热系数进行了修正，使计算结果更加符合实际试验情况，取得了较好的效果。根据循环水泵双速改造后增加了高、低速切换运行功能的实际情况，重新进行冷端优化计算，得出不同机组负荷、不同循环水进水温度条件下的循环水泵最优组合，分析了循环水泵双速改造后可能产生的经济效益。关键词:循环水泵;双速改造;冷端优化;传热计算;修正方法中图分类号: TK264.1文献标志码: B文章编号: 1007-1881 (201 1)09 -0042-05Research on Optimization Tests of Cold-end System After Double-speed Retroftof Circulating Water PumpDONG Yi-hua', LOU Ke-wei', SUN Yong-ping', QIN Pan'(Zhejiang Electric Power Test and Research Istitute, Hangzhou 310014, China)Abstract: This paper introduces the optimization tests of cold-end system after the double-speed retroft of thecireulating water pump and carries out the calculation of variable working condition for the condenser throughthe theoretical analysis. It modifes the BTM heat transfer coefficient by introducing the comprehensive corec-tion factor of condenser heat transfer during theoretical calculation to make the calculation result conform toactual test situation and the desirable efect is achieved. The cold end system optimization calculation is per-formed again according to the actual situation that high and low-speed switching operation function is addedafter the retofit. The oplimal combination under different unit loads and circulating water inlet temperatures isobtained and the economic benefit after the retrofit is analyzed.Key words: eirculating water pump; double-speed retroft; optimization of cold- end system; heat transfercalculation; correction method式的选择余地,从而可以获得明显的节能臧排效0引言益。从热力循环角度可以认为冷端损失是制约发浙江省内陆、沿海各有1台600 MW超临界电厂热效率的主要影响因素，因此，如何降低冷机组于2010年进行了循泵的双速改造,并进行端损失一直是节能降耗的重要方向。循环水泵(简了冷端优化试验。内陆机组的循环水系统为闭式称循泵)的双速改造是近些年一些发电厂循环水系系统，沿海机组为开式系统。每台机组均配置2统优化的热门方向之一，对原先仅靠增减循泵台台循泵，相邻机组之间设中间联络阀，由此形成数来调节循环水流量的方式而言,将单转速循泵了扩大单元制供水系统。改造成双转速后，丰富了调节手段,提供了不同两家发电厂的循泵均为长沙水泵厂生产的立机组负荷、不同进水温度下多种循泵组合运行方式单级导叶式"中国煤化工KXA-25.4YHCNMHG2011年第9期浙江电力43和88LKXB- -19,电机分别为由上海电机厂生产的对表1中的各种循泵组合试验数据进行比较YLKS1250-16和湘潭电机厂生产的YKSL2500-后可知，循泵从高速切换至低速运行后，循泵功16。通过改变电机内部绕组接线方式，进行了变率的下降幅度基本达到了预期效果，而流量、扬极改造，由原先的16极改为16和18极,转速由程的变化却与设计预期有一-定的偏差。主要原因370 r/min改为370 r/min与330 r/min。在循泵双是循泵的扬程受循环水管路特性条件限制而降低速改造完成后，通过专项试验，得出循泵在各种得不多，这使得循环水流量的实际下降幅度为高、低速切换运行方式下的各项性能参数，然后15.5%左右，与理论降幅10.8%相比是明显增加.由机组冷端系统的优化计算结果比较，得出循泵了。由于循环水流量的降低使凝汽器运行压力升双速改造对沿海机组与内陆机组的经济效益差异。高,对机组出力会有一定的负面影响，也会使循泵双速改造的经济效益受到影响,机组背压与负1双速改造后的冷端优化试验荷的关系曲线见图2。为了探明双速改造后不同运行工况下的最优组合以及经济效益,按照汽轮机、水泵性能试验, 100%额定负荷规程的要求对内陆600 MW超临界机组进行了冷; 80%额定负荷.端优化试验。试验期间凝汽器进出口蝶阀保持全,50%颗定负荷开，在300~600 MW负荷区间进行了8种循泵组合的试验工况。循泵特性试验结果见表1,表中的循环水流量为流经凝汽器的流量。根据试验获-10得的数据，也可绘制出如图1所示的循泵高、低10131619背EkPa速运行特性曲线以及管路阻力曲线。图1中的循环水流量为循环水泵总出口流量,包括了进入凝图2机组背压与负荷的关系曲线汽器的冷却水流量和开式冷却水流量。2凝汽 器变工况分析表1600MW机组循泵特性试验结果进入1台机组凝分摊到1 台机组2.1凝汽器 变工况计算方法冷端优化试验覆盖了300~600MW负荷区间循泵组合汽器的循环水流的循泵 综合耗功量(.h)/kW和8种循泵组合,但受试验时间条件的限制，不一机两泵两高72 2807 950能覆盖整个进水温度变化范围，因此必须依靠建一机两泵一高一低65 9376 795两机三泵=高62 0665895立全范围的凝汽器变工况模型来确定其他进水温-机两泵两低60301.5671度条件下的凝汽器压力值。两机三泵两高一低57 2265 201凝汽器的传热计算是其变工况热力计算的核两机三泵一高两低54 9644 785-机一泵-商440943 658心，计算方法有很多,都是根据试验而得到的经-机一泵一低37 2832587验公式,较具代表性的有前苏联别尔曼公式BTH注:“一机两泵两高"表示1台机组2台泵高速运行,其余以此类推。和美国传热学会公式HEI1-21。无论用BTH还是HEI来计算凝汽器传热系数,结果相差不多，都2S能比较准确地反映凝汽器的传热特性。HEI公式相对简单明了，对各种冷却管材料品种、规格及冷却水温的修正系数较为齐全; BTH公式考虑了F路影响传热系数的众多因素,特别是考虑了各因素之间的相互联系和影响。综合比较分析后，采用低速梨17510822BTM公式来计算凝汽器的传热系数。流量(m2-e")2.2凝汽器 传热综合修正因子的引入图1流量与扬程关系 曲线应用凝汽器;中国煤化工人及前文fHCNMHG44董益华，等:循环水泵双速改造后的冷端优化试验研究2011年第9期描述的试验数据对凝汽器进行变工况计算后，可-◆修正后理论背压-景试验背压以计算得出在试验机组负荷、循环水流量以及循环水进水温度等参数下的凝汽器理论背压。各个试验工况计算得出凝汽器理论背压与试验背压的对比情况如图3所示。对图3中的2条曲线进行对比后可知，各个试验工况下凝汽器理论背压与.试验背压之间的平均偏差约为0.14 kPa。进行细i520致比较分析后可知，引起偏差的原因主要在于试验工况编号BTK公式中的一些系数与试验机组凝汽器的管图4模型修正后理论背压与试验背压曲线对比束布置、管路结垢程度、凝汽器内聚集空气量等状况不符，致使理论计算的传热系数与试验传热近凝汽器的实际背压，提高了凝汽器变工况理论系数之间存在一些偏差。为了对这些偏差因素进计算结果的准确性。行修正，引人了凝汽器传热综合修正因子，用来2.3最优循泵组合的计算结果对BTH理论计算的传热系数进行修正，使其更在一定机组负荷、循环水进水温度条件下,加符合凝汽器的实际传热性能。进行冷端优化计算的目的是:通过改变循环水流量，使机组负荷的增加值与循泵所耗功率的增加◆理论背压. 试验背压值之间的差值达到最大，此时对应的循泵组合称之为最优组合。循泵组合方式的寻优计算涉及两方面的资料准备:-.是必须掌握如表1所列的不4-同循泵组合下的循环水流量、循泵耗功等数据;二是必须掌握如图2所列的凝汽器背压变化对机组负荷的影响关系曲线。这些基础数据可以从机组循环效率试验、变背压微增出力试验以及循泵试验T况编号特性试验等试验数据中整理得出。图3理论背压与试验背压曲线对比通过试验得出某600 MW机组8种循泵组合运行方式对应的循环水流量和循泵耗功后，以其凝汽器实际传热系数的修正计算公式如式中某一组合方式作为基准，其他任- -运行方式与(1)所示，其中凝汽器传热综合修正因子可以看作之比较，就会出现循环水流量以及耗功的偏差。是反映凝汽器结构特性、运行条件与理论值之间采用凝汽器修正后的变T况模型,可以计算得出偏差影响的1个综合函数，可以通过每个试验工由于循环水流量增加而影响凝汽器压力的数值,况计算得出凝汽器传热综合修正因子后，再经过.再查取图2中不同负荷曲线所对应的机组负荷变数学回归分析的方法计算得到。化数值，即机组微增出力数值。当然,这些出力微K=cxKp(1)增是以循泵耗功增加为代价而获得的，若是在机式中: K为凝汽器实际传热系数; c为凝汽器传组出力微增中扣除循泵耗功增加值，则可以得到热综合修正因子; Kg为BTH公式计算的凝汽器由于循泵运行调整而获得的净收益。进行相互比传热系数。较后,能够获得净收益最大的循泵运行组合方式。采用凝汽器传热综合修正因子对BTY计算选取较具代表性的机组负荷以及循环水进水公式进行修正后，重新进行凝汽器变工况计算,温度，通过上述计算方法进行不同循泵组合方式计算得出的凝汽器理论背压与试验背压对比情况的寻优计算，从而得出如表2所示的循泵最佳组如图4所示。图4中的2条曲线已基本重合,由合计算结果汇总表。此表明,采用试验数据对凝汽器传热理论进行修2.4对循泵组合 寻优计算结果的讨论正后，可以使推算得出的凝汽器理论背压更加接表2所推中国煤化工几组负荷影.TYHCNMHG2011年第9期浙江电力45表2双速改造后最佳循泵组合汇总行循泵的优化组合。先对每一旬的机组负荷和循进水温300 MW 360MW 420MW 480 MW 540 MW 600 MW环水进水温度进行统计平均,然后对照表2选择度/心最佳的循泵组合。参照双速改造后的计算方式对≤I5 组合8 组合8 组合8 组合8 组合8 组合8双速改造前循泵最佳组合的经济效益进行计算。17组合8组合8 组合7组合7组合7组合 7在经济效益比对计算过程中，以10min为1个l9组合8组合7 组合6 组合6 组合6组合6采样点进行累计积分，上网电价参照0.365元/21 组合8 组合6组合6组合6 组合6 组合423组合6组合6 组合6组合6 组合3组合 3kWh(不含税)。按此方法计算得出的循泵双速改组合6组合6 组合6 组合3 组合3 组合 3造经济效益评估结果见表3。27 组合6 组合6 组合3组合3 组合3 组合330 组合6 组合6 组合3 组合3 组合3 组合3表32009年10月-2010年9月期间经济效益评估组合6组合3 组合3 组合3组合3 组合 1双速改造前双速改造后双速改造的注:组合编号对应的运行方式见表1。发电量收益经济效益 发电量收益 经济效益 经济效益/万元/kWh历元响与循泵耗功比较的基础上得出的。由于机组参_7 763 518283.48 705 902317.834.4与的调峰状况偏多,循泵启停、高低速切换都需要一定的时间，实际操作过程中不可能强求如表改造1台循泵的费用约为30万元,从表32所列的最佳组合,应当根据一段时间内的机组中的经济效益比较结果来看，若双速改造后循泵负荷率、循环水进水温度变化规律进行循泵运行运行方式合理，一年即可收回成本。由此可见,方式的合理选择,尽量避免循泵的频繁启停。对循环水泵进行双速改造后的经济效益较为理想。在机组实际运行过程中，机组负荷受省调指沿海的1台600MW超临界机组双速改造完令而改变，所以不同循泵组合产生的机组负荷收成后,发现循泵在高速、低速运行之间切换运行益其实反映了机组煤耗的变化，由此产生一个燃时的功率差值并不大。对有关试验数据进行比较料成本费用的变化;与此同时，由于循泵耗功变分析后，认为在循泵切换为低速运行状态后,运化引起厂用电率的改变，也会产生一个用电费用行人员为了避免循环水管路压力过低的情况，而的变化，将这两个费用叠加后形成一个综合的费关小了循环水出口阀开度，形成了额外的节流损用变化，也可以用来进行不同循泵组合之间的经失,这是造成循泵双速改造后功率下降幅度受到济性比较。经初步核算,采用费用比较方法得出限制的主要原因。的结果与表2中采用出力比较的寻优结果是十分该沿海机组完成循泵双速改造之后，也进行接近的，只有当人厂煤价、上网电价取值发生较了全面的冷端优化计算分析,依据循泵最优组合大变化时，最佳循泵组合的工况点才会发生一些计算结果确定出高、低速切换的循环水进水温度整体偏移。当入厂煤价明显上涨时,通过表2选时机。为了便于作效益比较,表4列出了沿海与择最佳组合时应略偏向于考虑循泵运行台数较多内陆这2台超临界600MW机组通过循泵双速改或循环水运行流量较大的寻优趋势;而当上网电造所能产生的经济效益。从表4所列的计算结果价上调时，则应偏向于考虑循泵运行台数较少或数据可以看出:沿海机组的年平均进水温度较循环水运行流量较小的寻优趋势。低，循泵在低速状态的运行时间要略多于内陆机组。总体而言,沿海机组进行循环水泵双速改造3节能效益评估分析可以获得的经济效益要稍好于内陆机组。为了评估循泵双速改造后的经济效益，对内4结语陆600MW超临界机组--年的历史数据进行了统计分析,发现循泵运行方式的管理较为粗放简对内陆和沿海600MW超临界机组循泵双速单: 7-8月为两机三泵三高组合，其余月份均为改造后进行了冷端优化试验,建立了凝汽器变工. - -机一泵一高组合。与优化组合方式相比,有较况计算模型,并在模型中引入了凝汽器传热综合大的节能潜力可以挖掘。为此，以一旬为单位进.修正因子,用来中国煤化工出的凝汽YHCNMHG46董益华，等:循环水泵双速改造后的冷端优化试验研究2011年第9期表4内陆与沿海循泵双速改造后年经济效益对比低速泵参与组合参考文献:双速改造.一机一泵一低运行机组类型的经济效运行时 平均经济效 的其他运行方式[1]齐复东.电站凝 汽设备和冷却系统[M].北京:水利电力益/万元长/月_ 水温/心C 益/万元的经济效益1万元出版社, 1990.沿海机组45.92.33 8.27 27.918.0[2]翦天 聪.汽轮机原理[ M ].北京:水利电力出版社, 1992.内陆机组2.00 13.98 18.515.9[3]朱玉娜.大型电站汽轮机的性能监测模型研究及应用[D]南京:东南大学, 999.器传热系数，使之更加符合凝汽器的实际运行状[4] 朱玉娜， 王培红凝汽器变工况核算及其传热系数的确况,应用效果较好;对不同机组负荷、不同循进定方法[J]电站系统工程, 1998, 14(6):9-11.水温度下的各种循泵组合进行了经济性比较,得出了最优的循泵组合。利用机组历史数据，对内陆和沿海机组循泵收稿日期: 2011-07-04进行双速改造前、后的最佳组合运行方式进行了作者简介:董益华(1979-),男，浙江奉化人，工学硕士。工经济效益计算和比较。计算结果表明双速改造后程师，主要从事火力发电厂热力试验及性能优化工作。循泵若采取最佳组合方式运行，则一年即可收回(本文编辑:陆莹)成本。相比之下，沿海机组循泵双速改造的经济效益要稍好于内陆机组。(上接第33页)无法直接从海里取水和排水，将引起机组发电煤环水出水门开度分别处于50%，60%和100%这耗成本的明显上升，这是为保护环境而付出的经3个通常的开度位置而计算得出的。若是改变海济代价。水潮位、凝汽器出水门开度这些边界条件,则图在机组日常运行过程中，为了提高机组效率,2中管路阻力线与循泵特性线的3个交点就会出需根据机组循环水系统的设备配置特点,合理选现相应微调。借助循泵和管路特性试验曲线，就择循泵和循环水系统的运行方式。建议发电厂以可以确定循环水系统在不同运行方式下的扬程、试验得 出的机组循环水系统特性参数为依据，根流量和功率等运行参数,然后进一步开展机组冷据各自的循环水温度变化规律,合理确定循泵的端设备的寻优计算和分析工作。切换时机。同时利用循泵定期切换等机会,做好运行数据的收集和分析，对循泵运行方式调整可5结论与建议以获得的收益与付出进行比较和评估，从而确定结合上述循环水系统设计特性与试验结果的机组循环水系统的优化调整模式。比较分析，对开式循环和闭式循环这两种不同的循环水系统进行工作特性差异比较如下:(1)两种不同的循环水系统对循泵提出了不[1]徐传海.双背压凝汽器选型计算及建议[J]电站辅机,2005 ,26(2):5-10.同的选型要求，开式循环系统的循泵运行特点是[2]包劲松.1000MW机组性能分析[J}浙江电力,2011,30扬程低、流量大，电机功率较小;而闭式循环系(4):1-3.统的循泵扬程需克服冷却塔配水管与水池水面之间的高度差，所以循泵运行特点是扬程高、流量小，电机功率较大。(2)闭式循环导致了机组全年循环水平均温作者简介:孙永平(1968-),男,浙江富阳人，高级工程师,度升高,凝汽器压力偏高，这是引起机组供电煤长期从事汽轮机性能试验及节能研究工作。耗率偏高的主要原因。沿海发电厂因环保限制而中国煤化工:MYHCNMHG