电厂循环水系统的优化运行

第53卷第3期汽轮机技术Vol 53 No. 32011年6月TURBINE TECHNOLOGYJun.2011电厂循环水系统的优化运行缪国钧,葛晓霞南京工程学院能源与动力工程学院,南京211167)摘要:对电厂循环水系统优化运行涉及到的几个关键问题进行探讨。首先对循环水流量的确定的仪器测量法特性曲线交点法及运行数据计算法进行分析指出了各种方法的特点。然后计算研究了基于最佳真空、考虑冷却水价格及基于综合成本煤耗率的3种优化准则对优化运行结果的影响。最后计算分析了冷却管结垢对循环水系统的优化运行结果的影响。关键词:电厂;循环水系统;最佳真空;优化准则;冷却水管结垢分类号:TK39文献标识码:A文章编号: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循环水泵的流量。某电厂在测量过程中循环水流量的测量0前言采用日本产HC型超声波流量计,该流量计的精度为1.0%,超声波流量计的安装位置位于凝汽器进口阀门井内火电厂的汽轮机排汽如果采用水冷凝汽器凝结,每台机两根循环水进口管道上。记录循环水流量的同时记录循环组都配有两台或两台以上循环水泵循环水泵是电厂中耗电水泵的功率图I是某600MW机组循环水流量与循环水泵较大的设备之一机组运行中有的循泵运行、有的循泵备用。的功率试验记录收据绘制的曲线,横坐标是循环水流量在不同季节、不同负荷等条件下运行的循环水泵如何合理配(m3/s)。纵坐标是循环水泵的功率(kW)。置,对机组经济性有较大影响因此确定循环水系统优化运行方式对电厂降低能耗,竞价上网意义重大。众所周知影s0282泵响凝汽器真空的主要因素有循环水进口温度、机组负荷、循4s2机3泵环水流量等山,其中,大机组循环水流量很大,其确定存在X2机4定的困难;随着经济的发展,煤、电的价格经常在变化,因此循环水系统优化运行的准则有所变化;另外,冷却水管结垢对循环水系统优化运行方式有影响,本文将对以上内容进行循环水量的确定方法图I循环水流量与循环水泵的功率的关系1.I采用仪器测量循环水量1.2泵的特性与管路特性交点得到循环水量采用仪器测量循环水量,即在不同的季节下,也就是在循环水系统由循环水泵和循环水管路组成,水泵特性一当地循环水最低进口温度、平均温度和当地循环水最高进口般利用制造厂提供的性能曲线或根据试验结果绘成管路水温度下,在不同的机组负荷下循环水泵为不同组合时实测力阻力特性可采用经验公式计算和实验两种方法获取。实收稿日期:20100621作者简介;缪国钓(1965-),男汉族,江苏如东人,副教授硕士,从事电厂优化运行技术及热工过程自动控制的教学和研究工作第3期缪国钧等:电厂循环水系统的优化运行231际情况下,现场试验有一定困难,一般采用经验公式求取要费用的,这也是将来的趋势。如果考虑冷却水的价格后,循环水泵出口压头与流量的平方成正比。当多台循环当冷却水流量发生变化时汽轮机的净收益为:水泵并列运行时,根据扬程不变,流量叠加的原理得到多台△C=RAPr-RcD泵并列运行的扬程曲线。式中△P为汽轮机输出功率AP与循泵功率AP,间的差值循环水泵运行时的工作点由泵的特性曲线和管路特性kW;a为系数,当冷却水为开式循环时a=1,冷却水为闭式曲线来确定将流量-扬程曲线和管路特性曲线画在同一张循环时a为冷却水的补水率;D.为冷却水流量,kg/s;R4为循环水泵的特性方程和管路特性方程求解得到还可通过图上,两者交点就是水泵的运行工况点。循环水量还可通过上网电价,元/(kW·h);R为冷却水价格,元/t;T为运行时1.3运行数据计算法确定循环水量2.3综合成本煤耗率法在无条件试验及管路特性和循环水泵特性不明确的情对于既定机组,在机组负荷和冷却水温一定的条件下,况下可以通过长期的运行数据,推算出凝汽器冷却水量改变循环水流量使综合成本煤耗率最低此时的循环水流D-,其原理如量即为最佳值根据凝汽器内传热的热平衡方程,蒸汽在凝结时放出的热量等于冷却水吸收的热量,即b=b+1+102(6)Q=1000(k.-h,)=100.(b-h)=4187DA式中,b为综合成本煤耗率kg/(kW·h);b为发电煤耗率(1)kg/(kW·h);Rn为标煤价格,元1;为厂用电率,%。式中,Q为凝汽器的传热量kJ/h;D、D为进人凝汽器的蒸2.4算例汽量与冷却水量∽h;h、h为蒸汽和凝结水的比焓,kJ/kg某火电厂的2台600MW机组配4台循环水泵,可有2h、ha为冷却水出口比和进口比焓kJ/kg。机2泵2机3泵和2机4泵3种运行方式。上网电价取为在低温范围内,水的比焓h、h在数值上约等于水温水温0.43元/(kW·h),标煤单价取为700元/冷却水价格取0.5则由式(1)可得:元/,n取P与P的比值。将每种优化运行方式编制成计4·动算机程序,结合电厂实际情况得出各种负荷下4种循环泵优化调度方案的循环水进口转换温度,分别列于表1~表3。525D表中转换温度1表示由2机2泵转换为2机3泵的循环水进△t=(2)口转换温度转换温度2表示由2机3泵转换为2机4泵的循环水进口转换温度。D.=525(3)表1基于最佳真空的循环水系统优化结果根据式(3),在不同泵组合、不同负荷、不同冷却水进口负荷转换温度1转换温度2温度下记录冷却水温升M,可以计算出凝汽器冷却水量。前大机组均釆用DCS系统,因此,具有充足的原始数据计算循环水流量。采用此法确定循环水流量关键是要正确计算出汽轮机的排汽量D,这一点通过热平衡计算可以实现,或认为排汽量D与机组负荷成比例6例如通过对600MW机组计算17.62不同优化准则对循环水系统优化运行方式的影响确定循环水系统优化运行方式的优化准则,目前主要有表2考虑冷却水价格的循环水系统优化结果3种:最佳真空法、考虑冷却水价格的最大收益法和综合成本煤耗率法。负荷转换温度1转换温度22.1基于最佳真空的循环水系统优化方法对于既定机组,在机组负荷和冷却水温一定的条件下25.634.7增加循环水流量D。使汽轮机发电量的增量AP与循泵的耗23.9电量的增量AP之间的差值达到最大时所对应的循环水流32.6量即为最佳循环水流量。汽轮机的净增功率AP为2120.5AP AP-AP18.329.2当最佳真空目标函数(4)为最大值时循环水系统的运行16.2方式为最佳。62.2考虑冷却水价格后的最大收益法电厂循环水又称为冷却水,在缺水的地方,冷却水是需232汽轮机技术第53卷表3综合成本煤耗率法的循环水系统优化结果各负荷下循环水系统运行方式的转换温度有所提高,具体结负荷转换温度2果见表4所示表4考虑冷却水管结垢的循环水系统优化结果26.8转换温度1转换温度231.922,119.614.512.3冷却水管结垢对循环水系统优化的影响冷却水管的结垢将导致传热系数的变化使得凝汽器的4结论传热效果下降,冷却循环水出口温度上升、凝汽器的传热端差升高,从而凝汽器真空的下降。真空降低会影响到机组的(1)循环水流量确定的各种方法各有特点,应根据机组安全经济运行。具备的条件采用不同的方法参考文献[S],将整台机组作为一个热力系统Q1为外(2)在3种不同的循环水系统优化判断准则下,循环水界输入锅炉的热量,Q2为凝汽器的放热量,Q3为汽轮机、蒸系统优化运行方式的转换温度不同。其中综合成本煤耗率汽管道及发电机等的散热量,N为汽轮发电机组对外输出的法可以最大限度地选择2机2泵和2机3泵的运行方式。功率。则根据热力学第一定律得(3)凝汽器冷却水管的结垢会使凝汽器的传热效果下Q1=Q2+Q3+N(8)降凝汽器真空下降。冷却水管的结垢厚度达一定值时,会(1)由热力学第一定律,计算凝汽器的放热量Q2使循环水系统优化运行方式的转换温度升高(2)根据传热方程、传热系数计算式等分别计算凝汽器冷却水管清洁时的传热系数k,冷却水量D,水侧放热系数参考文献a2及汽侧放热系数ax1[]葛晓徼缪国钩钟澎等.双压凝汽器的循环水系统的优化(3)确定汽轮机排汽温度升高。先假设一个排汽温度运行[].动力工程,200,29(4):389-39a,计算出凝汽器的放热量Q。计算出冷却水管结垢情况2】胡洪华,黄廷辉艾卫园等大型火电机组运行优化目标值的下的冷却水出水温度la,凝汽器的放热量Q2。如果研究和确定[].中国电力2004,37(9):22-25[3]李勇薰玉亮,曹祖庆.考虑节水因素的凝汽器最佳真空的≤103,说明假定的排汽温度正确,否则重新确定方法[刀].动力工程,2001,21(4):13381341.假定排汽温度进行计算,直至满足要求为止。[4]陈国年.发电厂冷端系统最优运行方式的研究[J].汽轮机技术,2004,46(1):69-74.凝汽器冷却水管清沽时及结垢时的凝汽器真空机组功(5]王运民定量分析凝汽器冷却水管结垢对机组经济性的影响[刀].汽轮机技术,2005,47(2):105-107水管结垢04mm时,将使凝汽器真空下降3.63×103MPa,上接第172页)[3] C J. Meyer, D G. Kroger. Numerical Investigation of the Effect of(6)对于单个空冷单元,在所研究的平台单元高度范围Fan Performance on Forced Draught Air-cooled Heat Exchanger内,平台高度对通风量和换热效果的影响很小,平台高度只Aerodynamic Behaviour[J]. Applied Therma是通过侧向风速度的变化对换热略有影响。Engineering,2004,24(2):359-371-.[4] J.R. Bedell, D G. Kroger, G. D. Thiart. Numerical Investigation of参考文献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]胡汉波.直接空冷式凝汽器翅片散热器流动传热性能及单元tortions on Forced Draught Air-cooled Heat Exchanger Perform-流场特性研究[D].重庆:重庆大学,2006,10ancel[. Applied Thermal Engineering,2005,25(11):1634-[7]张遐龄杨旭李向群等火电厂空冷平台换热的数值模拟1649[刀]水动力学研究与进展,2005,20(1):874-880