电厂循环水系统的优化运行

第53卷第3期2011年6月汽轮机技术TURBINETECHN0LOGYV0153NO3JUN2011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10015884201103023003OPTIMALOPERATIONOFCIRCULATINGWATERSYSTEMINPOWERPLANTMIA0GUOJUNGEXIAOXIASCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING，NINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY，NAJING211167，CHINAABSTRACTITWASDISCUSSEDABOUTKEYPROBLEMSINOPTIMALOPERATIONOFCIRCULATINGWATERSYSTEMINPOWERPLANTFIRSTOFALL，ITWASALYZEDFORTHREECIRCULATINGWATERFLOWDETERMININGMETHODSOFINSTRUMENTMEASURE、CHARACTERISTICCURVEINTERSECTIONPOINTASWELLA8OPERATIONDATACALCULATEANDPOINTTHEIRCHARACTERISTICSAFTERTHATITWABSTUDIEDDIFFERENTOPTIMALCRITERIONOFOPTIMALVACUUM、CONSIDERCOOLINGWATERPRICEASWELLASINTEGRATEDCOSTCOALCONSUMPTIONRATEWHICHAFFECTOPTIMALOPERATIONRESULTSFINAL，ITWASCALCULATEDTHATOPTIMALOPERATIONRESULTSOFCIRCULATINGWATERSYSTEMWEREINFLUENCEDBYCOOLINGWATERTUBEPRODUCEDIRTYKEYWORDSPOWERPLANT；CIRCULATINGWATERSYSTEM；OPTIMALVACUUM；OPTIMALCRITERION；COOLINGWATERTUBEPRODUCEDIRTY0前言火电厂的汽轮机排汽如果采用水冷凝汽器凝结，每台机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较大的设备之一，机组运行中有的循泵运行、有的循泵备用。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，竟价上网意义重大。众所周知，影响凝汽器真空的主要因素有循环水进口温度、机组负荷、循环水流量等，其中，大机组循环水流量很大，其确定存在一定的困难；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研究。1循环水量的确定方法11采用仪器测量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温度下，在不同的机组负荷下，循环水泵为不同组合时实测循环水泵的流量。某电厂在测量过程中，循环水流量的测量采用日本产FLC型超声波流量计，该流量计的精度为10，超声波流量计的安装位置位于凝汽器进口阀门井内两根循环水进口管道上。记录循环水流量的同时记录循环水泵的功率，图1是某600MW机组循环水流量与循环水泵的功率试验记录收据绘制的曲线，横坐标是循环水流量MS。纵坐标是循环水泵的功率KW。瓣瓣单机流量MSS图1循环水流量与循环水泵的功率的关系12泵的特性与管路特性交点得到循环水量循环水系统由循环水泵和循环水管路组成，水泵特性一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作者简介缪国钧1965一，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。循环水泵出口压头与流量的平方成正比。当多台循环水泵并列运行时，根据扬程不变，流量叠加的原理得到多台泵并列运行的扬程曲线。循环水泵运行时的工作点由泵的特性曲线和管路特性曲线来确定，将流量一扬程曲线和管路特性曲线画在同一张图上，两者交点就是水泵的运行工况点。循环水量还可通过循环水泵的特性方程和管路特性方程求解得到。13运行数据计算法确定循环水量在无条件试验及管路特性和循环水泵特性不明确的情况下，可以通过长期的运行数据，推算出凝汽器冷却水量D其原理如下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Q1000DH一H1000DNH14187DAT1式中，Q为凝汽器的传热量，KJH；D、D为进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量，TH；H、H为蒸汽和凝结水的比焓，KJKG；H、HW2为冷却水出口比焓和进口比焓，KJKG。在低温范围内，水的比焓H、H在数值上约等于水温T、T则由式1可得2DWS告3根据式3，在不同泵组合、不同负荷、不同冷却水进口温度下记录冷却水温升，可以计算出凝汽器冷却水量。目前大机组均采用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。例如通过对600MW机组计算。2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。21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，增加循环水流量D使汽轮机发电量的增量与循泵的耗电量的增量P。之间的差值达到最大时所对应的循环水流量即为最佳循环水流量。汽轮机的净增功率P为PP一PE4当最佳真空目标函数4为最大值时循环水系统的运行方式为最佳。22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，冷却水是需要费用的，这也是将来的趋势。如果考虑冷却水的价格后，当冷却水流量发生变化时，汽轮机的净收益为ZLCRDAPTRAD5式中，P为汽轮机输出功率PF与循泵功率P间的差值，KW；OR为系数，当冷却水为开式循环时OT1，冷却水为闭式循环时OT为冷却水的补水率；D为冷却水流量，KGS；RD为上网电价，KWH；为冷却水价格，T；R为运行时间，H。23综合成本煤耗率法对于既定机组，在机组负荷和冷却水温一定的条件下，改变循环水流量，使综合成本煤耗率最低，此时的循环水流量即为最佳值尺BB0。106儿M式中，B为综合成本煤耗率，KGKWH；B。为发电煤耗率，KGKWH；为标煤价格，T；为厂用电率，。24算例某火电厂的2台600MW机组配4台循环水泵，可有2机2泵、2机3泵和2机4泵3种运行方式。上网电价取为043元KWH，标煤单价取为700元T，冷却水价格取05T，唧取P与P的比值。将每种优化运行方式编制成计算机程序，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1一表3。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。表1基于最佳真空的循环水系统优化结果表2考虑冷却水价格的循环水系统优化结果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安全经济运行。参考文献5，将整台机组作为一个热力系统，Q为外界输入锅炉的热量，Q为凝汽器的放热量，Q，为汽轮机、蒸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功率。则根据热力学第一定律得Q1Q2Q3N81由热力学第一定律，计算凝汽器的放热量0。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，水侧放热系数及汽侧放热系数。3确定汽轮机排汽温度升高。先假设一个排汽温度T计算出凝汽器的放热量Q。计算出冷却水管结垢情况下的冷却水出水温度T，凝汽器的放热量Q。如果I，1NF10，说明假定的排汽温度正确，否则重新V2L假定排汽温度进行计算，直至满足要求为止。凝汽器冷却水管清洁时及结垢时的凝汽器真空、机组功率减少。经计算600MW机组在额定负荷下，当凝汽器冷却水管结垢04MM时，将使凝汽器真空下降36310MPA，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4结论1循环水流量确定的各种方法各有特点，应根据机组具备的条件采用不同的方法。2在3种不同的循环水系统优化判断准则下，循环水系统优化运行方式的转换温度不同。其中综合成本煤耗率法可以最大限度地选择2机2泵和2机3泵的运行方式。3凝汽器冷却水管的结垢会使凝汽器的传热效果下降，凝汽器真空下降。冷却水管的结垢厚度达一定值时，会使循环水系统优化运行方式的转换温度升高。参考文献1葛晓霞，缪国钧，钟澎，等双压凝汽器的循环水系统的优化运行JJ动力工程，2009，2943893932胡洪华，黄廷辉，艾卫国，等大型火电机组运行优化目标值的研究和确定J中国电力，2004，37922253李勇，董玉亮，曹祖庆考虑节水因素的凝汽器最佳真空的确定方法J动力工程，2001，214133813414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，2004，46169745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J汽轮机技术，2005，472105107F上接第172页6对于单个空冷单元，在所研究的平台单元高度范围内，平台高度对通风量和换热效果的影响很小，平台高度只是通过侧向风速度的变化对换热略有影响。参考文献IKDUVENHAGE，DGKROGERTHEINFLUENCEOFWINDONTHEPERFORMANCE0FFORCEDDRAUGHTAIRCOOLEDHEATEXCHANGERSJJOURNALOFWINDENGINEERINGANDINDUSTRIALAERODYNAMICS，1996，6212592772CJMEYERNUMERICALINVESTIGATIONOFTHEEFFECTOFINLETFLOWDISTORTIONS0NFORCEDDRAUGHTAIRCOOLEDHEATEXCHANGERPERFORMANCEJAPEDTHERMALENGINEERING，2005，2511163416493CJMEYER，D，GKROGER，NUMERICALINVESTIGATIONOFTHEEFFECTOFFANPERFORMANCEONFORCEDDRAU【SHTAIRCOOLEDHEATEXCHANGERPLENUMCHAMBERAERODYNAMICBEHAVIOURJAPPLIEDTHERMALENGINEERING，2004，2423593714JRBREDELL，DGKROGER，GD。THIARTNUMERICALINVESTIGATIONOFFANPERFORMANCEINAFORCEDDRAFTAIRCOOLEDSTEAMCONDENSERJAPPLIEDTHERMALENGINEERING，2006，2688468525PJHOTEHKISS，CJMEYER，TWVANB