（动力机械及工程专业论文）火力发电厂机组优化运行与辅机节能改造研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 本文以火电机组节能增效为主题开展研究，主要内容分为两部分：一是研究 火电机组的运行优化，即研究机组运行的优化方法和运行模式，以便指导现场运 行；二是研究以水环真空泵代替射水抽气器和以汽动给水泵代替电动给水泵为代 表的辅机节能改造。 对于机组的优化运行，论文阐述了火电机组滑压运行方式的概念，并详细分 析了机组滑压运行方式的特点和经济性。同时，本文针对典型的1 2 5 m w 和2 0 0 w m 机组进行了完整的优化运行试验，得出了机组在变工况条件下的最佳运行方式和 定滑压转换曲线，明确了“部分阀门全开”的滑压运行方式要优于“所有阀门 全开”的滑压运行方式。 论文介绍了所开发的火电机组热力性能分析计算软件，详细阐述了软件的功 能和特点。由于大型火电机组热力系统极其复杂，且不同类型的机组系统差别较 大。论文在研制计算软件时充分考虑这些因素，保证从数学模型上实现通用性和 适用性，采用综合修正曲线迭代法解决低压缸相对内效率计算困难的问题。所开 发的软件具有功能完备、容错性和可移植性好、用户界面友好等特点，为计算机 组优化运行时的热经济性指标提供了有力的工具。 论文对机组的凝汽器真空抽气器设备开展分析研究，指出抽气器设备节能改 造的方向。通过大量的调研、理论计算和试验研究，结合机组的实际真空状况和 运行水平，提出了凝汽器真空抽气系统的改造优化设计方案，满足了机组安全、 稳定、经济运行的需要。论文进一步对改造完成后的抽气系统进行了性能试验研 究，这对其它厂真空抽气系统的改造具有很好的指导、借鉴作用。 论文还利用有效能量分析法对国产2 0 0 m i j 机组电动给水泵改为汽动给水泵 进行研究，对实施改造后的给水系统进行了完整的性能试验，通过试验计算改造 前后的机组综合成本，确认了采用汽动给水泵后的机组经济性好于改造前的系 统，也提高了给水泵的运行可靠性和灵活性。 关键词优化运行性能软件真空改造 东南大学硕士学住论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho ft h i sa r t i c l ei sa i m e da te n e r g yc o n s e r v a t i o no ft h ep o w e rp l a n t u n i t s t h em a i nc o n t e n tc o n s i s t st w o p a r t s ：t h ef i r s ti st h er e s e a r c ho f t h eo p t i m i z a t i o n o p e r a t i o n o f u n i t s ，w h i c hi sr e s e a r c h i n gt h em e t h o d sa n dm o d eo f t h eu n i to p e r a t i o nt o d i r e c tt h eo p e r a t i o ni ns i t et h es e c o n di st h er e f o r m a t i o no f e n e r g yc o n s e r v a t i o n i n t h i sp a r t ，w a t e rr i n gt y p ev a c u u mp u m pr e p l a c i n gw a t e r - j e ta i r e j e c t o r a n ds t e a m d r i v e nf e e dw a t e rp u m pr e p l a c i n gm o t o rd r i v e nf e e dw a t e rp u m pa r et a k e na s r e p r e s e n t a t i v e i nt h ef i r s tp a r t ，t h ec o n e l c ：p to f t h e s l i d i n gp r e s s u r eo p e r a t i o nm e t h o d i s f o r m u l i z e d ，a n dt h es p e c i a lf e a t u r e sa n de e o n o m i c a le f f i c i e n c ya r ea n a l y z e di nd e t a i l m e a n w h i l e ，a i m e da tt h et y p i c a ll2 5 m wa n d2 0 0 m w u n i t s o p t i m i z a t i o n e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o nw a se n t i r e l yc a r r i e dt h r o u g h t h eo p t i m i z a t i o nm e t h o da n d c u i v eo f 山ec o n s t a n t p r e s s u r ea n ds l i d i n gp r e s s u r ec o n v e r s i o n i nm a n e u v e r i n g c o n d i t i o na r ee d u c e da f t e rt h ee x p e r i m e n t 1 1 l cc o n c l u s i o nt h a tt h eo p e n p a r to ft h e g o v e r n i n gv a l v e i ns l i d i n go p e r a t i o nm e t h o di sb e t t e rt h a nt h eo p e na l lt h eg o v e r n i n g v a l v ei ns l i d i n go p e r a t i o nm e t h o di sa r r i v e d t h ea r t i c l er e c o m m e n d st h es o f t w a r eo fa n a l y z ea n dc a l c u l a t i o no ft h e r n l a l p e r f o r m a n c ef o rp o w e rp l a n tu n i t s f o rt h ec o m p l e x i t yo f t h et h e r m o d y n a m i cs y s t e m o f l a r g eu n i t sa n d t h ed i f i e r e n c eb e t w e e na l lk i n d so f t h e m i nt h ed e v e l o p m e n to f t h e s o f t w a r e ，t h ea r t i c l et o o kt h e s ei n t oa c c o u n ts u f f i c i e n t l ys oa st oe n s u r et h ev e r s a f i l i t y a n dt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h em a t h e m a t i c a lm o d e l c o r r e c t i o nc a r v ei t e r a t i o nm e t h o d w a st a k e nt os o l v et h e d i f f i c u l t y o fc a l c u l a t i n gt h er e l a t i v ei n n e re f f i c i e n c yo f l o w - p r e s s u r ec y i i n d e r t h ed e v e l o p e ds o f t w a r eh a st h ec h a r a c t e ro fp e r f e c tf u n c t i o n ， s t r o n gf a u l t - t o l e r a n c e ，g o o dp o r t a b i l i t ya n df r i e n d l yi n t e r f a c e i ti sap o w e r f u lt o o lt o c a l c u l a t et h ep a r a m e t e r so f h e a te c o n o m yf o ro p t i m a lo p e r a t i o no f u n i t t h ea r t i c l ea n a l y z e st h ee q u i p m e n t so ft h ev a c u u l l la l r - e j e c t o ro fc o n d e n s e ra n d t h ew a yo fr e f o r m a t i o no f e n e r g yc o n s e r v a t i o no f i t a t i e ral o to fr e s e a r c ha n ds t u d y , t h e o r e t i c a la r i t h m e t i ca n de x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n , c o n s i d e r i n g 血ea c t u a lc o n d i t i o n o fu n i tv a c u n n la n do p e r a t i o nl e v e l ，t h ea r t i c l eb r i n g sf o r w a r dt h er e f o r m a t i o no p t i m a l d e s i g ns c h e m eo f v a e n u r na i r - e j e c to fc o n d e n s e rs y s t e mt om e e tt h es a f e t y , s t a b i l i t y a n de c o n o m i c a ld e m a n do fo p e r a t i o n t h ep e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no f t h er e f o r m e d a i r e j e c ts y s t e mi sag o o d d i r e c t i o na n dr e f e r e n c ef o ro t h e r p l a n t s a tl a s t t h ea r t i c l eu s ea v a i l a b l ee n e r g ya n a l y s i sm e t h o dt or e s e a r c ht h es t e a m d r i v e nf e e dw a t e rp u m p r e p l a c i n gm o t o r d r i v e nf e e dw a t e r p u m p o f2 0 0 m wu n i t 1 1 l e i n t e g r a lp e r f o r m a n c e t e s tw a st a k e na f t e rt h er e f o r m t h eu n i t se c o n o m i c a le f f i c i e n c y a f t e rr e f o r mw a sb e t t e rt h a nu n - r e f o r m e do l ds y s t e mt h r o u g h c a l c u l a t i n gt h ea g g r e g a t e c o s to ft h eu n i tb vt e a td a t a 0 t h e r w i s e t h er e f o r ma l s oi m p r o v e st h er e l i a b i l i t ya n d f l e x i b i l i t yo f t h ef e e dw a t e rp u m p k e y w o r d s ： o p t i m i z a t i o no p e r a t i o n ，p e r f o r m a n c e ， s o f t w a r e ，v a c u u m ， r e f o r m i i 东南大学硕士学位论文 学位论文独创。性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名日期：旦丝! ：碰 东南太学硕士学位论文第一章绪言 第一章绪论 1 1 我国的能源状况 我国是能源相对短缺的国家，人均能源拥有量很低，节约能源是我国的基本 国策。当前我国的主要一次能源产品是煤炭、石油和天然气，其中煤炭占有重要 地位。电力工业是我国的基础能源工业，电力工业的健康发展对国民经济起到至 关重要的作用，安全性和经济性一直是电力工业发展的两大主题。随着安全性不 断提高，发电厂的节能降耗已成为主要研究方向。 经过建国后5 0 多年的大发展，我国发电装机容量达到了3 8 亿千瓦( 2 0 0 3 年末) ，装机容量和发电量均处于世界第二位。其中火电装机容量占到2 8 亿千 瓦以上，火电机组又以燃煤机组为主。火力发电厂将化学能转化为电能，在我国 当前的电力工业格局中占有主要地位，是一次能源消耗大户，大量的煤和石油用 于发电，我国生产的煤炭约有6 0 用于发电，2 0 0 3 年电煤的消耗量大概是7 亿 吨，随着火电装机容量的不断增加，一次能源的消耗量面临紧缺危机。能源在现 代国际关系中具有战略意义，我国又是能源消耗和进口大国，所以大力开展节能 工作，降低火电厂能源消耗，提高经济效益，保护环境，具有十分重要的现实意 义。在新的形势下，电力工业的发展由过去的“速度型”、“粗放型”向“质量型”、 “集约型”转变，和美国、欧洲、日本等一些发达国家相比，我国的电力成本较 高，而且浪费很大，这不仅有碍于一次能源的节约、电力的可持续发展，而且导 致电价偏高，不利于其他行业生产成本下降及经济的发展。因此电力企业需要寻 找降低成本的种种办法，提高机组的经济性，这是火电厂自身为了适应当前电力 体制改革的迫切要求。 节能增效、降低发电成本是每个发电企业最关心的课题之一，在目前每个机 组均采用分控制系统d c s 的现状下，节能增效的二个主要途径为：火电机组的 优化运行和对辅机进行节能改造。 东南大学硕士学位论文 第一章绪言 1 2 火电机组的优化运行 火电机组的运行优化和节能研究，是节能降耗的重要手段，国内外的高校和 科研院所进行了大量的研究探索，积累了相当多的宝贵经验。美国的e p r i ( 电 力研究院) 、国内的清华大学、西安热工研究院等机构在该项研究领域中处于领 先地位。随着理论研究的突破和计算机技术的广泛应用，优化研究工作又将有深 入的进展。 在当前国家能源供应十分紧张的情况下，提高节能意识，加强能源管理，以 降低电厂能源消耗，提高经济效益，具有十分重要的意义。锅炉、汽轮机和发电 机是火电厂的主要设备，锅炉将煤炭、石油和天然气等燃料的化学能转化为热能， 汽轮机将热能转换为机械能，发电机把机械能转换成电能输至电网。原电力工业 部于1 9 9 8 年下文，要求“各火电厂要按电网调度要求“确定本厂和机组的运 行方式，进行电，热负荷的合理分配，使全厂经济运行。”，“在运行中对 主辅机进行经济调度”。因此，对火电机组进行优化运行、合理调度，以达到节 能降耗的目的，已成为愈来愈重要的课题。 火力发电机组运行优化研究是以最优化理论为指导，依据机组主辅机设备实 际运行情况，进行全面优化试验，根据试验结果及综合分析总结，建立一整套运 行优化操作程序，指导电厂运行，使机组能在各种负荷范围内保持最佳的运行方 式和最合理的参数匹配。 火力发电机组优化运行试验研究主要包括锅炉、汽轮机组及其辅机调整、机 组整体联合优化调整和热控系统优化调整。锅炉侧的优化试验主要包括风量标定 试验、制粉系统优化、燃烧器配风优化等。汽轮机侧的优化调整试验主要包括定 滑压运行优化方式选择、给水泵组优化运行、真空和循环水泵优化运行等。机炉 联合优化运行试验是按照锅炉和汽轮机调整结果分别设定参数，进行机炉联合试 验，确定不同负荷下机组的最佳供电煤耗率。热控系统优化主要是将锅炉和汽轮 机试验结果结合机组控制系统的特点，绘成曲线，修改原有的控制参数，使优化 试验结果能直接应用到机组的运行中，从而提高机组经济性。 东南大学硕士学位论文第一章绪言 1 3 辅机的节能改造研究 除了三大主机以外，火电厂还有众多的辅助设备和复杂的系统，如送、引风 机、磨煤机、给煤机、给水泵、循泵等，还有烟风系统、制粉系统、回热系统、 真空系统等等。辅助系统是火力发电厂的重要设备，系统庞大复杂，其运行状况 的好坏对机组的热经济性具有重要影响。目前对于辅机的节能研究主要表现在降 低厂用电耗方面。如使用变速电机、电驱动改为汽驱动和选用匹配的先进设备， 具有代表性的是送、引风机采用变频或液偶调速，电泵改为汽泵，真空泵替代射 水抽气器等。 我国大型火电机组从1 9 8 7 年开始进行通流改造，1 9 9 4 年白马电厂第一次实 现低压缸通流部分全部改造，1 9 9 7 年大同二电厂实现了高、中、低压缸全部改 造，迄今为止，全国已经改造的国产大型火力发电机组1 2 5 m w 、2 0 0 m w 、3 0 0 m w 近百台，汽轮机通流部分的现代化改造进入了全面展开对期。随着主机性能水平 的提高，老机组的辅机系统已经不能满足主机运行的要求，需要进行相应的改造， 进行节能挖潜。 1 4 本文主要研究内容 本文以火电机组节能增效为主题开展研究，由于节能增效的二个主要途径为 火电机组的优化运行和对辅机系统进行节能改造。因此，将论文的主要研究内容 分为两部分：一是研究机组的运行优化研究，即研究机组运行的优化方法和运行 模式，以便指导现场运行；二是研究以汽动给水泵代替电动给水泵和以水环真空 泵代替射水抽气器为代表的辅机节能改造。 对于机组的优化运行研究，论文阐述了火电机组滑压运行方式的基本概念， 并详细分析了机组滑压运行方式的特点。同时，论文针对典型的1 2 5 k l v 和2 0 0 w i 机组进行了完整的优化运行试验，根据试验结果，全面计算了各种工况下的机组 热经济性，分析了定压运行方式下的调节阀门开度和压损关系，得出了机组在变 工况条件下的最佳运行方式和定滑压转换曲线。论文还对不同滑压运行方式下的 机组热经济性进行了详细的分析计算，明确了“部分阀门全开”的滑压运行方 东南大学硕士学位论文 式要优于“所有阀门全开”的滑压运行方式。 论文进一步介绍了所开发的火电机组性能分析计算软件，详细阐述了软件的 功能和特点。由于大型火电机组热力系统极其复杂，且不同类型的机组系统差别 较大。这要求在进行软件设计时充分考虑这些因素，保证从数学模型上实现通用 性和适用性。论文在研制计算软件时采用综合修正曲线迭代法解决低压缸相对内 效率计算困难的问题。所开发的软件具有功能完备、容错性和可移植性好、用户 界面友好等特点，为计算机组优化运行时的热经济性指标提供了有力的工具。 论文对机组的凝汽器真空抽气器设备进行了分析研究，比较了当前经常应用 的三种抽气器设备的优点和缺点，指出抽气器设备节能改造的方向。通过大量的 调研、理论计算和试验研究，结合机组的实际真空状况和运行水平，提出了凝汽 器真空抽气系统的改造优化设计方案，满足了机组安全、稳定、经济运行的需要。 论文进一步对改造完成后的抽气系统进行了性能试验研究，并对试验结果进行了 详细的分析，以验证改造效果，得出设备的运行特性，这对其它厂真空抽气系统 的改造具有很好的指导、借鉴作用。 论文还利用有效能量分析法对国产2 0 0 m w 机组电动给水泵改为汽动给水泵 进行研究，对实施改造后的给水系统进行了完整的性能试验，通过试验计算改造 前后的机组综合成本，确认了采用汽动给水泵后的机组经济性好于改造前的系 统，也提高了给水泵的运行可靠性和灵活性。 东南大学砸士学柱论文第二章火电机纽优化运行的概念及内容 第二章火电机组优化运行的概念及内容 2 1 机组优化运行的概念 火力发电机组运行优化试验研究是以最优化理论为指导，依据机组主辅机设 备的实际运行情况，进行全面优化试验，根据试验结果及综合分析总结，指导电 厂运行，使机组能在各种负荷范围内保持最佳的运行方式和最合理的参数匹配。 电站优化运行的工作前人已经做过不少研究，积累了许多宝贵经验。如：在 循环水系统的管理中使用循环水泵台数的经济调度；在汽轮机并列运行时按微增 率曲线分配负荷等，都是提高火电机组运行水平和经济性的方法。近年来随着计 算机在电厂的普及和数学规划理论在技术开发领域的推广应用，火电厂优化运行 的研究前景更为广阔。 火电厂的优化运行是指在几乎不增加新投入的情况下，通过调整运行参数、 运行方式和减少泄漏，达到提高运行效率的目的。优化运行分为两类：一种是全 厂优化，即以包括全厂各机组在内的总的热经济性最佳为目标进行优化；另一种 是单机优化，即以单机热经济性指标达到最优为目标的优化。 2 2 全厂优化与单台机组优化 2 2 1 全厂优化 随着峰谷差日益加大，大型机组参与调峰不可避免，对于拥有多台机组的电 厂，在调峰工况下，当所有机组均不在额定负荷下运行时，带来的经济损失将是 巨大的。各台机组间的负荷如何分配才能保证全厂总能耗最小是电厂迫切需要解 决的问题。当前全厂优化运行主要有如下方案： l 、采用动态规划法来优化机组的组合，其实质为在某个全厂总负荷下，寻 求瞬时并列机组的最优负荷组合，但这种方法并没有考虑机组启停限制及启停耗 量，所确定的组合方案只是在某一时段上各机组运行耗量最小。 东南大学硕士学位论文 第二章火电机组优化运行的概念度内容 2 、启停优化法，其方法是应用网络规划法确定各台机组在一个调度周期中 各时段上运行的优化问题，它不仅考虑了机组运行耗量，而且计及机组启停耗量， 同时可以满足机组的启停限制。 3 、等微增率法，该方法不仅是优化分配的基础，而且也是优化组合和优化 启停所必需的。运用等微增率法进行全厂优化时的目标函数是全厂煤耗最小，即： m i n f = f i f 是全厂总煤耗，f i 为每台机组的煤耗 约束条件是全厂总负荷等于单台机组负荷之和，即： p = p i p 是全厂总负荷，p i 是各台机组的负荷 各台机组的煤耗特性曲线是该法的基础，煤耗曲线可以通过性能试验得到， 在机组性能变化较大或外界条件变化较大( 季节变化j 时进行试验，取得典型的 煤耗特性曲线。 2 2 2 单台机组优化 对单台机组的优化通常采用供电煤耗评价机组的整体运行水平，供电煤耗与 锅炉效率、机组热耗率、管道效率、厂用电率有着直接的关系。机组的整体运行 优化试验的目的是通过调整主机和辅助设备的主要运行参数，使得机组的供电煤 耗最小，达到最大限度的降低运行成本。为了优化运行，应对影响机组热效率的 因素进行分析，将各种因素区分为由客观条件造成的不可控因素和由运行原因造 成的可控因素。在可控因素中，既有可调整可控因素，即可通过在运行期间调整 机组的运行状态，以提高效率；也有不可调整( 即可维修性) 的可控因素，它们 是设备在一段时间的运行后，性能发生变化造成的，通过改造或检修可使之恢复 性能，达到提高机组热效率的目的。对可调整可控因素的优化提供支持是运行优 化的重要目标，将其定量化就是对可控运行参数的优化调整决策提供支持，其中 关键性问题就是如何确定机组运行时主要可控参数的优化目标值，这在运行优化 中占有十分重要的地位。 锅炉的优化调整试验是通过对制粉系统与燃烧系统的调整，寻求各负荷点上 东南大学硕士学位论文第二章火电机组优化运行的概念及内容 的最佳运行方式，并且修正相应的自动控制曲线。 汽轮机的优化调整试验是通过在不同负荷点下的定、滑压运行试验、电动给 水泵运行方式试验和循环水泵功耗试验和机组微增出力试验等，寻求汽轮机在不 同负荷点下的最佳机组运行方式( 即汽轮机最佳初参数的选择) 和运行参数，确 定汽轮机的最佳运行背压和电动给水泵运行方式。 机、炉联合试验，根据锅炉、汽轮机优化试验的结果进行机、炉联合试验， 确定机组的最佳运行方式，验证优化试验的结果。 通过上述优化调整，使机组整体供电煤耗有不同程度的下降。 单台机组的优化运行是全厂优化的基础，同时在现有的电力紧缺、峰谷差不 明显、煤炭涨价的形势下显得格外重要，本文重点研究单台机组的运行优化f o l 题， 寻找机组运行能够达到的最佳性能。单台机组运行优化的可控参数的目标值是依 据现有设备和控制条件下可以达到的性能来确定的，目标值不等于设计值。在优 化试验研究时主要考虑以下可控参数： 主汽压力 主汽温度 再热蒸汽温度 给水温度 凝汽器压力 热井过冷度 过量氧气量 未燃尽物含炭量 排烟温度 空气预热温度 过热减温水流量 再热减温水流量 厂用电率 机组优化是以降低和控制机组供电煤耗为目标，通过对机组热力系统节 能潜能的分析、诊断，进行优化调整，确定在不同负荷下的最佳运行工况。 优化调整试验的目的主要通过调整试验优化主辅设备的运行方式，确定机组 东南大学硕士学位论文第二章火电机组优化运行的概念及内容 在调峰范围内达到最佳性能的基准运行方式。 2 3 优化试验的内容及试验标准 火电机组经过多年的运行或者通流部分改造，机组的特性已经和设计工况发 生了很大的偏差，如果仍然按照原有的方式运行，存在相当大的弊端，不能发挥 机组的经济潜能。需要通过理论分析和试验研究对机组运行方式和参数进行相应 的调整，以使机组在各种工况下经济指标能够保持最佳，同时能够为运行人员提 供运行指导。 优化运行试验项目很多，本文主要涉及的内容为： 2 3 1 机组定、滑压的试验 机组在不同工况下需要采用不同的运行方式，定压运行方式是指：汽轮发电 机组在正常运行时，主蒸汽压力保持额定压力，不随负荷变化而变化，负荷通过 阀门开度变化调节进汽量来确定。汽轮机滑压运行时，调节汽门开度保持不变， 根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使锅炉出口汽压和流量 随负荷升降而升降，但出口汽温不变，因此汽轮机的进汽温度维持额定值不变， 而进汽压力与流量都随负荷升降而增减，可借以调节汽轮机的功率。滑压运行分 为全滑压和部分滑压。该项试验研究机组运行时的定、滑压转换点如何确定，不 同的滑压运行方式中哪一种更佳，节能的潜力是多少等。 2 3 2 电动给水泵运行方式的试验 电动给水泵是电厂辅助设备中的耗电量最大的一种，占厂用电的t 3 以上， 其耗电量直接影响到机组运行的经济性( 本文的第二部分将研究电动给水泵改造 成汽动给水泵的节能问题) 。所以进行不同负荷定、滑压运行工况下的泵组效率 和耗电量试验，确定主机的最佳滑压参数和电动给水泵的最佳运行方式。 东南大学硕士学位论文第二章火电机组优化运行的概念及内容 2 3 3 机组微增出力和循环水泵的优化调整试验 凝汽式机组的真空对机组出力影响很大，进而影响整个机组的煤耗率。在主 蒸汽流量和主蒸汽、再热蒸汽参数一定的条件下，凝汽器压力降低，机组出力增 加，凝汽器压力增加，机组出力下降。机组的背压与机组功率、微增出力有着密 切的关系。机组的真空由机组真空严密性、机组排汽量、冷却水温度和循环水流 量等因素决定的。其中循环水流量的变化直接影响到循环水泵的耗功，循环水流 量增加，机组真空度变大，机组出力相应增加，同时循环水泵的耗功也会增加。 当循环水流量增加太多时，循环水泵耗功的增加就会与机组出力的增加相抵消。 因此，循环水泵耗功和机组微增出力之间必然存在最佳匹配，使得凝汽器运行真 空保持在最经济的运行条件下。 2 3 4 优化试验的标准 优化试验研究采用美国机械工程师协会的汽轮机性能试验规程( a s m e p t c 6 1 9 9 6 和h s m ep t c 6 1 ) 标准进行。试验研究涉及的水和水蒸汽性质采用国 际公式化委员会i f c 一1 9 6 7 公式。 2 。4 与优化试验相关的性能指标 对于机组优化运行来讲，主要涉及的经济性指标有主蒸汽流量、热耗率、高、 中、低压缸相对内效率、电动给水泵组效率及最佳真空。 2 4 1 主蒸汽流量 主蒸汽流量计算是以实测的主凝结水流量为依据，通过对高压加 热器和除氧器的质能平衡计算，求得给水流量，再计入过热器减温水 和炉侧不明泄漏量，求出主蒸汽流量。 g 。h = g f 。+ g m g 。b 式中： 东南大学硕士学位论文第二章火电机组优化运行的概念及内容 g , h 一一主蒸汽流量 g f , 一主给水流量 g 。一一过热器减温水流量 g 。一一系统不明泄漏量中计入锅炉部分 2 4 2 汽轮机热耗率 汽轮机热耗率是反映汽轮机组热经济性的重要的综合指标。 h r = ( ( g 。、一g 。) h 。一gr h ，+ g 。，。h 。一g o , h h 。，。+ g 。( h 。h 。、：) + g 。( h 。一h ，。) ) w “ 式中： g 一汽机高压缸入口处过热蒸汽流量 g r - 末级高加出口迸锅炉给水流量 g 一汽机中压缸入e l 热再热蒸汽流量 g 。：冷再热蒸汽流量 g 。：过热器减温水量 g 。：再热器减温水量 h 一汽机高压缸入口过热蒸汽焓 h “末级高加出口进锅炉给水焓 h 一热再热蒸汽焓 h 一：冷再热蒸汽焓 h 。：给水泵中间抽头水焓 h 一：给水泵出口水焓 w 。：发电机出线端予处电功率 2 4 3 汽轮机相对内效率 汽轮机相对内效率是衡量火电厂运行性能的一项重要指标，随着汽轮机 长期运行，各缸的相对内效率通常较设计值有着较大差别，因此准确测量各 缸的相对内效率具有实际意义。 高、中压缸内效率： 叭鲫娜娜_薹枷一一帆帆 东南大学硕士学位论文 第二章火电机组优化运行的概念厦内容 r l h 5 赢 h ：汽缸进口焓 h ：汽缸出口焓 h “汽缸进出口等焓 在计算凝汽式机组低压缸相对内效率时，因为低压缸排汽甚至末级或末 两级抽汽为湿蒸汽，很难直接测量排汽焓，需要预测低压缸排汽焓值h e n r i 作 为迭代初值，通过能量平衡和流量平衡来迭代计算。 先计算低压缸排汽热量： 9 一a = q m 一q 一9 i _ q 9 “：低压缸排汽热量k j k g q , o ：进入汽轮机的热量，包括主蒸汽和再热蒸汽带入的热量k j k g q f ：各级抽汽带走的热量k j k g 9 f ：各轴封漏汽和其它辅助汽水带走的热量k j k g 缈：高压缸排汽带走的热量k j k g 再计算低压缸排汽流量： d e n d = d m 一d i 一d s i 一d h 公式中为各种蒸汽和水的流量，其下标参数含义同上。 这样计算低压缸排汽焓值： 矗l e n d ：q e n d d 嘲d 将计算出来的 o 和预测迭代初值 “一进行比较，如果 坠! 二型s 占 h e ，l d j 为选定的精确度 成立，则用h e 。d 作为排汽焓值进行低压缸相对内效率计算，否则以硝“代替 。一作为迭代初值重复计算，直至精度满足要求为止。 东南大学硕士学位论文第二章火电机组忧化运行的概念及内容 2 4 4 电动给水泵组效率 电动给水泵是厂用电的大户，对现役国产1 2 5 m w 、2 0 0 m w 大多采用液力偶合 器调速，给水泵组效率计算如下： 前置泵和给水泵总扬程 觑：p i - p 2 p x g 式中： h p ：前置泵和给水泵总扬程， m p 。，p i ：给水泵出口、前置泵进口压力，p a p ：前置泵入口给水密度，k g m 3 给水泵抽头扬程 尼：p c - p i p g 式中： n ：给水泵抽头扬程，m p ，：给水泵抽头压力，p a 泵组效率 r l ：= ( g p x h p + g c x h c ) x g 3 6 0 0 x p g r 式中： 函：给水泵出口流量，t h g c ：给水泵抽头流量，t h _ p ，：电动机输入功率，k w 2 4 5 最佳真空计算模型 机组运行时提高真空可以使汽轮机的比焓降增大，功率增大，但是在机组状 况稳定的情况下，提高真空的手段主要靠增大循环水量，然而循环水泵是厂用电 东南太学硕士学位论文 第二幸火电机纽优化运行的概惫厦内容 的大户之一，耗电量占到机组发电量的1 一4 ，过分增大循环水量，可能使 得汽轮机真空提高而多发的电反而少于循环水泵多耗的电，得不偿失，因此需要 求得最佳真空点。 机组运行最佳真空点是通过机组微增出力试验和机组循环水泵耗功试验优 化得到，计算的数学模型如下： 微增出力与机组背压的关系 通过机组微增出力试验，得出机组在不同负荷下微增出力与背压的关系： m = f i ( n t 0 式中： a n t ：机组微增出力，k w n ：机组负荷，k w a ：机组背压，k p a 凝汽器变工况特性 由试验可以得出当前循环水温度条件下，凝汽器背压与循环水流量的关系， 当循环水温度改变时，由凝汽器变工况特性予以修正： p k = ，2 ( ，f ，) 式中： n ：机组负荷，k w n ：机组背压，k p a t ：循环水温度， w ：循环水流量，m 3 s 循环水泵功耗 通过改变循环水泵的运行方式，得出循环水泵在不同台数运行时流量与其功 耗的关系： m = f s ( w ) 式中： 坼：循环水泵耗功，k w 最佳真空计算 东南托学硕士学位论文第二章火电机组优化运行的概念及内容 最佳运行真空是以机组功率、循环水温度和循环水流量为变量的目标函 数，在量值上为机组功率的增量与循环水泵耗功增量之差： f ( n ，f ，) = a n t 一坼 在数学意义上，当警= 。时的循环水量对应的机组背压即为最 佳值： o f l ( n , p k ) 。堡：堂 2 5 本章小结 本章阐述了机组优化运行的概念，阐明了锅炉的优化调整试验、汽轮机的优 化调整试验及机、炉联合试验的具体内容，也明确了机组运行优化试验的目标及 所要考虑的主要可控参数。同时，本章也阐明了火电机组优化运行的主要项目、 试验所采用的标准，以及与试验研究相关的经济性指标。 本文所涉及的机组优化运行试验，主要是以单台机组的优化试验为目标，而 且由于优化运行的试验内容相当多，本文将主要针对国产1 2 5 m w 和2 0 0 m w 机组， 有针对性的进行优化试验，并主要集中研究机组定、滑压运行的最佳模式，并分 析不同方式下滑压运行的经济性和特点。 东南大学硕士学位论文 第三章必电机组优化运行方式研究 第三章火电机组优化运行方式的试验研究 对于大型火电机组来讲，其热力系统复杂，影响机组性能的因素很多，纯粹 进行理论分析，需要进行很多的假设和简化，很难准确得出最经济的运行方式。 因此在工程上，主要是采用试验方法，测量出具体机组在不同工况下的各种运行 方式的数据，进行分析、计算，得到最佳运行方式，用以指导电厂运行。 本文将主要针对国产1 2 5 m w 和2 0 0 姗机组，有针对性的进行优化试验，并主 要集中研究机组定、滑压运行的最佳模式，并分析不同方式下滑压运行的经济性 和特点。 3 1 滑压运行的概念及特点 3 1 1 滑压运行的概念与方式 现代汽轮机主要有两种运行方式，一是定压运行方式，二是滑压运行方式。 滑压调节方式是火电机组经常采用的一种调节手段，具有效率高、无节流损失、 对汽轮机负荷变化速度限制小等优点。滑压调节的传统定义为：“在任何负荷下 将调节阀全开，使部分负荷下节流损失最小”。这样依靠主汽压力变化柬调节 负荷。 汽轮机滑压运行时，调节汽门全开或者开度保持不变。根据负荷大小调节进 入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使得锅炉出口汽压和流量随负荷升降而升降， 但是出口汽温不变，因此汽轮机的进汽温度t o 维持额定值不变，而进汽压力与流 量都随负荷升降而增减，这样来调节汽轮机的功率。汽轮机的进汽方式随外界负 荷增减而上下“滑动”，故称为滑压运行，也叫做变压运行。 滑压运行又分为三种方式： 纯滑压运行方式 纯滑压运行的汽轮机不需要调节级，第一级全周进汽，调节门全开，只 东南大学硕士学住论文 第三章火电机组优化运行方式研究 依靠锅炉出口的蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷。由于锅炉存在热惯 性，汽轮机负荷迅速上升时锅炉燃烧不可能立即加大，出口压力不能立即升 高；降低负荷时情况也是这样。也就是负荷调节存在滞后现象。 节流滑压运行方式 如同纯滑压运行方式的汽轮机，同样节流滑压运行汽轮机也不需要调节 级，压力级第一级全周进汽，节流调节汽门预先关小5 一1 5 ，进行滑压 运行。负荷急剧升高时，开大节流调节汽门应急调节，负荷突降时，也可关 小调节汽门加以调节，等到锅炉燃烧状况跟上后，再将节流调节汽门开度恢 复到原位，这样可以避免锅炉热惯性对负荷迅速变化的限制。这种调节方式 的缺点是节流调节汽门中有较大的节流损失。 复合滑压运行方式 随着运行技术的发展，现代大型汽轮机运行已经很少纯滑压运行和节流 滑压运行方式，主要应用复合滑压运行，即平常所说的“定一滑一定”方式。 大型汽轮机大多采用喷嘴配汽，在高负荷区域内( 如8 0 以上负荷，具体负 荷点根据各机组特性决定) 进行定压运行，用启闭调节汽门来调节负荷，汽 轮机组初压较高，循环热效率较高。较低负荷区域内( 如8 0 - - 9 5 与2 5 5 0 额定负荷之间，视各机组特性而定) 保持调节汽门开度不变，进行 滑压运行，这时没有部分开启汽门，节流损失相对最小，全机相对内效率接 近设计值，负荷急剧增减时，可通过启闭调节汽门进行应急调节。在滑压运 行的最低负荷点之下( 如2 5 一5 0 额定负荷之下，视各机组特性而定) 又 进行初压水平较低的定压运行，以免经济性降低太多。这是滑压与定压相结 合的一种运行方式，是目前机组变工况运行主要方式，这样能够使机组在所 有变负荷区域内都有较高的热经济性。 3 1 2 滑压运行的热经济性 在部分负荷时采用滑压运行方式时，再热蒸汽参数、排汽参数和定压运行时 基本相同，这样中、低压缸热力过程线都一样，汽轮机的热经济性也就只需要比 较高压缸即可。 东南大学顾士学位论丈第三章火电机组优化运行方式研究 滑压运行机组高压缸在部分负荷时的相对内效率高于定压运行。这是因为从 热力循环的理论分析，机组在低负荷滑压运行时，由于进汽节流损失小，漏汽损 失也小，使得机组的相对内效率比定压运行有较大的提高。虽然低负荷时，机组 滑压运行的循环热效率要减小，但是相对内效率的增加幅度要大于循环热效率的 下降幅度，使得机组的绝对内效率增加，因而在低负荷工况下，滑压运行的经济 性优于定压运行。 现代大型汽轮机为了保证机组的运行效率，通常采用定一滑一定的运行方 式，即：在高负荷区采用定压运行方式，以保证较高的循环效率；而当负荷降低 时，采用滑压运行方式，以减少高压调节阀的节流损失。当机组负荷降低到更低 负荷时，要求采用定压方式，保证进汽压力。机组定压运行时，运行人员只需要 保持主蒸汽压力为额定值或某一定压值即可，对调门的开度不需过多关注。滑压 运行时，会出现调门开度与机组负荷、进汽压力之间的寻优问题。在日常运行中， 由于存在调门重叠度等问题，运行规程不对滑压运行时调门开启数目和开度进行 规定，运行人员一般也带有随意性的控制调门开度。因此需要通过试验确定在某 一负荷条件下调门的开度和主蒸汽压力为多少时，机组的耗量最小。这对电厂具 有重要意义，也很具有研究价值。 3 1 3 滑压运行方式的安全性和灵活性 定压运行机组部分负荷时，如果迅速改变负荷，则在高压缸各级，特别时调 节级引起过大的温度变化和热应力，这会限制机组快速相应负荷调度，也是影响 机组安全可靠运行的一个关键问题。而滑压运行机组在负荷变化时高压缸各级温 度几乎不变，热应力和热变形很小，这就大大增强了机组调峰的灵活性与安全性。 同时，滑压运行机组负荷下降时，能够保持中间再热温度t ，稳定。而定压运 行机组负荷下降时，因为高压缸排汽温度下降，中压缸进汽温度也有所下降，这 不仅影响效率，而且引起热应力和热变形。滑压运行机组高压缸排汽温度稳定， 中压缸进汽温度也稳定。 可见，滑压运行机组在安全性和灵活性方面都优于定压运行。 第三章欠电机组优化运行方式研究 3 2 二种滑压运行方式的比较 滑压运行方式在理论和实践两方面存在分歧。按照传统的滑压运行定义“汽 轮机滑压调节，在任何负荷下将所有调节阀门全开，使部分负荷下节流损失最 小。”也就是说所有调节阀门全开，在任何负荷下都是通过调节主汽压力来调节 负荷。实际上，火电机组滑压运行主要采用是将所有调节阀门全开方式。当然也 有电厂采取调节阀门不开足，保持一定开度进行滑压运行，这样会带来节流损失， 应用情况较少。还有一种滑压运行方式，即不是所有调节阀门全开，而是一部分 调节阀门全开，一部分全关，这样在部分负荷时满足进汽量要求，也可以维持一 定的主汽压力。现场运行实际采用的三种滑压运行方式中，第二种方式明显在经 济性阀门劣