循环水泵优化运行计算模型的优化及应用实例

写电方机械发电技术循环水泵优化运行计算模型的优化及应用实例傅程燕，郭栋，鄢传武，温诗伟(华电电力科学研究院，浙江杭州310030)摘要:基于试验的循环水泵优化运行计算模型是以试验数据作为基础，对已完成的试验工况下的循环水泵运行方式进行优化计算,而不能对未开展的试验工况进行经济性评价，本文介绍了一种计算方法,可以对此类计算模型进行优化,并用实例进行验证。关键词:循环水泵;优化运行;算法优化中圍分类号: TH3, 0242.1文献标识码:B文章编号: 1006 -8449(2011 )01-0082- -030引言循环水泵优化运行是降低厂用电率的有效方法之算:一,其分析计算过程中所构建的计算模型的准确性,是R=f(N,t,W)确保优化效果的重要因素。对循环水泵优化运行的计式中t,-冷却水进口温度C;算通常以试验作为基础，但受试验条件和试验成本等W一冷却水流量,m/s。的限制，部分试验工况不能进行，用基于试验的计算方(3)最佳运行背压计算:以机组功率、冷却水进口法不能对未进行的工况进行经济性评价，影响优化效温度和冷却水流量为变量的目标函数，在量值上为机果。本文介绍了一种计算方法,可以由已完成工况的试组功率的增量与循环水泵耗功增量之差最大时的凝汽验数据,推导出未能开展的试验工况的经济特性,并通器压力,即:过实例验证其方法可行。F(N.,t,W )= AN-AN,(3)式中AN,- -循环水泵耗功,kW。1基于试验的计算模型在数学意义上,当aF(N,t,W)=0时,凝汽器冷却oW传统循环水泵优化运行计算模型采用的计算方法水流量对应的机组背压为最佳值,即:如下:f(N,P) . dP__ dON(4)(1)微增出力与机组背压的关系:通过机组微增出OP力试验,得出机组在不同负荷下,微增出力与背压的关最后依据最佳背压确定循环水泵最佳组合运行方系式。ANr=f(N,P)(1)但在试验过程中，可能遇到因为循环水进口温度式中AN+一机组微增出力,kW;过高,不能做高负荷下的低循环水流量工况;或者机组N-机组负荷,kW;临时性需求，不能完成所有循环水泵组合运行工况等P -机组背压,kPa。限制因素。基于试验的凝汽器变工况特性计算,就不能(2)凝汽器变工况特性:由试验可得出当前冷却水包含全部负荷点下的所有循环水泵组合运行方式,计进口温度条件下,凝汽器压力与冷却水流量的关系,当算模型也就不够完整。冷却水进口温度改变时，由凝汽器变工况特性予以换发电技术2计算模型优化算法R! =01)*|R(10)如果已完成每个负荷点下的某- -种循环水泵组合由于除开管侧热阻之外的其它热阻在循环水流量方式的试验,得出试验数据;且已测量出每种循环水泵改变后变化很小，可以将其作为不变量。则流量改变后组合方式下的凝汽器冷却水流量和循环水泵耗功。可的凝汽器总体传热系数:按以下步骤得出其它循环水泵组合方式下的凝汽器变工况特性。u" =[R+R(9)- ,则LMTD' =h(1)由试验数据得出各负荷点下的凝汽器热负荷、于是可得出循环水流量改变后的凝结水饱和温总体传热系数和管侧热阻"。度:Q = wcp(2-1|)(5),' =一A’-+ Ot2'(11)式中Q一凝汽器热负荷,W;1-exP(LMTDYw -冷却水流量,kg/s;然后可由水蒸气函数得出凝结水饱和温度对应的t,h -冷却水进、出口温度,C;凝汽器压力P,=f(')。于是循环水流量改变后的凝汽cp -冷却水定压比热容,J/(kg*K)。器特性P'=f'(N,t, W')即可确定。U=A。LMTD(6)最后由F(N" ,t,W' )= AN'- AN'得出最佳运行其中LMTD=- 5-6背压曲线",则其它循环水泵组合方式下的经济特性也In(5-个得以考虑。"t,-t式中U一总体传热系数, W(m2.K);Ao- -凝汽器传热面积,m2;3应用实例1,-凝汽器压力下饱和水温度,C。某机组设计出力为300MW,配置1台表面式、横R=(0.0158年(ed )094 )]“(7)向布置、双流程凝汽器,再配置2台高.低速循环水泵。3.1基于试验的计算模型式中R,一管侧热阻,m2.K/ W; .k-导热系数, W(m.K);根据机组情况,完成了100%、90%、80% .70%和d-冷却管内径,m;.60%额定负荷下，并且在2低速.1高1低、2高速,三o-冷却管内水流速, m/s;种循环水泵组合方式下的试验工况。由试验得出机组ρ-冷却水密度，kgm';的凝汽器特性。以1台高速、1台低速循环水泵组合方μ - -动力黏度,kg/(m.s)。式下的数据为例，得出其凝汽器绝压特性数据见表1。则可得出除了管侧热阻之外的其它热阻:由此得出的循环水泵优化运行结果见表2。(8)表1凝汽器绝压特性数据kPaR.一R出)式中d.-冷却管外径,m;冷却水进水温度机组负荷.MWC300270240210 180R, -管侧热阻之外的其它热阻,m2.KW。2377 2.1792.04 1.844 1.706(2)其它循环水泵组合运行方式下的不同循环水103.219 2.9612.779 2.521 2.339流量工况下的凝汽器变工况特性的计算。4.310 3.9763.741 3.406 3.169由于流量改变后凝汽器热负荷变化很小，则流量205.709 5.2824.981: 4.550 4.246改变后的冷却水温升":57.486 6.9466.563 6.015 5.62709.721 9.0438.563 7.873 7.382A'=h'-n=_O(9)w'cp3311.320 10.547 9.999 9.209 8.647则出水温度6'= Al'+iy,对应平均温度n'= (2'+12.508 11.65 11.067 10.2059.5911)/2下的p'、μ'、c,'及循环水流量改变后的v'均可得3.2基于优化算法的计算模型出。则流量改变后的管侧热阻:由试验得出2台高速循环水泵组合运行方式下的与电力机械发电技术凝汽器特性，然后根据1高速1低速循环水泵组合方3.3两种优化模型比较式下,试验测量所得循环水流量及耗功,采用上述优化优化算法得出的凝汽器特性数据偏离实际情况的算法得出的凝汽器特性数据见表3。由此得出的循环水泵优化运行结果见表4。百分比:n=P-P2 x 100%，即优化算法与实际情P。表2循环水泵优化运行结果况相比较的凝汽器压力计算误差见表5。可见采用优化算法的计算模型得出的计算结果，偏离基于试验的冷却水进水温度机组负荷,MW30270 240210180计算模型得出的实际结果较小(<1%)。且最终优化所2低速2低速2低速2低速2低速得最佳循环水泵运行方式也基本-致。2低速2低速2低速2低速 2低速表5优化算法与实际情况相比较的凝汽器压力计算误差%1低速1低速 1低速 .152高速1高速1高速 1高速 :2低速机组负荷MW2高速2高速 2高速 2高速1低速300270240801高連0.84-0.690.93-0.22 -0.122高速2高速 2 高速2高速2高速100.90-0.64 0.94-0.20 -0.132高速2高速 2高速2高速 2高速-0.21-0.13332高速2高速 2高速 2高速 2高速0.82-0.62 0.86-0.20 -0.092高速2高速 2高速2高速2高速 ，25-0.59 0.820.87-0.580.79-0.18 -0.09表3优化算法得出的凝汽器绝压特性数据Pa0.85 :-0.57 0.78-0.17 -0.0935-0.56 0.77-0.18 -0.08402.3572.1942.0211.848 1.7084结语3.1902.9802.753 2.526 2.3424.2744.0023.7083.4133.173通过对传统循环水泵优化运行的计算模型进行算5.6625.315 4.938 4.559 4.250法优化后,可提高其适用性。通过实例验证其理论计算7.4236.987 6.5096.0275.632结果和实际试验结果有- -定误差， 但可作为对试验计9.6369.095 8.4957.887 7.389算的一个补充。特别是在试验期间，因为某些特殊工1.22210.607 9929.225 8.655况,如高负荷下低循环水流量工况等不能进行时,可用12.406 11.730 10.982 10.223 9.599此计算模型评价各种工况下的经济特性。表4优化算法后循环水泵优化运行结果参考文献:[1]DLT 1078- 2007.表面式凝汽器运行性能试验规程(S].2007.[2]CB/T50102- 2003,工业循环水冷却设计规范[SI].2003.2低速2低速 2低速 2低速 2低速[3]齐复东，贾树本.马义伟.电站凝光设备和冷却系统[M}.北京:水利电力出版社.1992.[4]郏丙然最优化技术在电厂“热力工程中的应用[M,北京:水利电力1低速1低速1低速2低速2低速出版社，1986.1高速1高速 1高速1低速1低連[5]葛晓霞缪国钧.循环水系统运行方式优化分析[I].电站辅机.2000.202高速2高速 2高速 .(3):28-32.1高速 1高速2:2高速2高速2高速收稿日期:2010-11-18修回日期:2010-12-15(下转第81页)发电技术利冷空调原理,选取了R600a/R123 非共沸混合工质作为本文讨[4] 徐卫荣.杜垲自然复叠式热泵循环系统热力计算与分析[.低温工论系统的循环工质，通过模拟计算得到了最高热泵程，2009,171(5):31-36.COP值下的最佳配比浓度，并在该值下计算分析了热[S] KAZUO NAKATANI, MITSUHIRO IKOMA， KOJIARITA, es al.Development of high-temperature heat pump using alernative mitures[I]泵系统的热力性能。结果表明,利用这种自复叠热泵系National TechnicalReport, 1989 .35(6): 12-16.统回收电厂循环水余热在理论上是可行的，且平均[P]odibiniak WJ US, 2041725[PI.1936.COP值可达3.09。[7]张雷.胡连营中高温热泵工质应用的现状与选择[]节能20.30(1):66-68.[8]史琳，昝成中高温热泵工质的研究方法及性能分析[]技术科学，参考文献:2009.39(4)-603-608.[]郭小丹,胡三高，杨昆,等热泵回收电厂循环水余热利用问题研究[9]王晓东,赵力,高攀一种新型中高温热泵非共沸工质的理论与实验D现代电力.2010, 27(2): 58-61.分析[J工程热物理学报,2008.29(7): 1095- ,1098.2]清华大学凝汽式发电机组循环水余热利用技术研究与应用[RI]. 项目总结报告，2008-05.收稿日期:2010-11-19[3]周湘江,连之伟叶晓江，等.高温热泵在我国应用的可行性分析[]，修回日期:2010-12-14流体机械,2003, 31(7): 55-58.Discussion and Analysis on Recycling the Waste Heat of Circulating Water inPower Plant by the Mixing Refrigerant Auto cascade Heat PumpZHOU Chong -bo'，MIAO Li，XU Hou -da'，HU Feng- ja'(1. Huodian Elecrie Pouer Research Intitue ,Hanghou 310030, China; 2. Xi an Aviation Compute Technologo Institue ,Xian 710040 ,China;3. School of Energp&Pomer Enginering,Xian Jootong Unirersity ,Ximn 710049 ,China)Abstract: The circulating water in power plant is a large environment friendly energy source which temperature ismoderate and stable. The heat pump technology would be efective for the recycle of the waste heat during the winter in thenorth. To provide the hot water that the temperature above 80 degree ,a kind of auto cascade heat pump system wasproposed , and a new binary non -azeotropic mixing refrigerant composed of R600a/R123 was selected. Then using Malabind Refprop 7.1 mixed programming, the simulation of theoretical cycle for auto- cascade heat pump system wasconducted. The results showed that the heat pump system to utilize the circulating water waste heat was feasible in theory.Key words: auto- cascade heat pump; waste heat of circulating water; simulation; mixing refrigerant;thermodynamic property作者简介:周崇 波(1984-),男,浙江温州人,硕士,从事电厂余热利用及热泵研究。(上接第84页)Optimization in Calculating Models of the Circulating Water PumpOperation and ApplicationsFU Cheng-yan，GUO Dong，YAN Chuan-wu，WEN Shi-wei(Huadion Elecnie Power Research Institule ,Hanghou 310030.China)Abstract: The eirculating water pump operation calculation models which was based on performance test utilizing thetest data to calculate and optimize the pump operation under the working conditions which had been tested. For thoseworking conditions which had not been tested , the models would not give the operating economic analysis. A calculatingmethod had been introduced in this paper as an improvement of that kind of models and the results had been verified withexamples.Key words: eirculating water pump; optimal operation;algorithm optimization作者简介:傅程燕(1982-),男,本科,重庆人,从事工作范围为火电厂 系统优化;郭栋(1983-),男 ,硕士,安徽人,从事工作范围为火电厂系统优化;鄢传武(1979-),男,本科,江西人,从事工作范围为火电厂系统优化。