（热能工程专业论文）循环水泵的最优化调度.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 循环水泵的最优化调度涉及到汽轮机低压系统、凝汽器系统、循环水泵和管路 系统三大部分。本文在深入理论研究基础上分别对三个子系统的运行特性进行了具 体分析。并以山东胜利电厂3 0 0 m w 机组为例，通过计算得出了汽轮机出力与背压关 系曲线，汽轮机背压与排汽量关系曲线，汽轮机功率与冷却水进口温度关系曲线。 然后以三组曲线为基础，用系统观点得出了循环水泵的最优运行方式，确定了机组 在不同循环水温、不同负荷下最经济的循环水泵运行方式。还编制了循环水泵最优 运行工况图，为科学的指导循环水泵优化运行提供了坚实的基础和依据。 关键词：循环水泵，经济运行，汽轮机，凝汽器，优化 a b s t r a c t o p t i m i z a t i o nd i s p a t c h i n gs t u d yo fw a t e rc i r c u l a t i n gp u m pi n c l u d e sl o wp r e s s u r e s y s t e mo fs t e a mt u r b i n e ，c o n d e n s e rs y s t e m ，w a t e rc i r c u l a t i n gp u m pa n dp i p es y s t e m t h i st h e s i sh a sm a d eac o n c r e t ea n a l y s i so f n m n i n gc h a r a c t e r i s t i c so f t h r e es u b s y s t e m so nt h e b a s i so fp r o f o u n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h a n dt a k es h a n d o n gs h e n g l ip o w e rs t a t i o na sa n e x a m p l e ，t h er e l a t i o n a l c u l ei so b t a i n e dt h r o u g hc a l c u l a t i o nw h i c hb e t w e e nt u r b i n e p o w e ra n db a c kp r e s s u r e ，b a c kp r e s s u r ea n de x h a u s ts t e a ma m o u n t ，t u r b i n ep o w e ra n d i n l e tw a t e rt e m p e r a t u r eo fc o o l i n gw a t e r t h e n0 1 1t h eb a s i so ft h r e eg r o u p so fc u r v e ，t h e o p t i m u mo p e r a t i o nm o d ei so b t a i n e dw i t ht h es y s t e m a t i cv i e w ，t h a ti st os a yt h eo p t i m u m o p e r a t i o nm o d ei nd i f f e r e n tc i r c u l a t i n gw a t e rt e m p e r a t u r e sa n dl o a d si sa p p r o a c h e d a n d t h eo p t i m u mc o n d i t i o nf i gi sr e g i m e n t e d i ts u p p l i e sc o m p a c t e db a s i sa n de v i d e n c e sf o r s c i e n t i f i ci n s t r u c t i n ge c o n o m i cd i s p a t c ho f w a t e rc i r c u l a t i n gp u m pi nr u n n i n g d o n gl i - j u a n ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gc h u n - f a k e yw o r d s ： w a t e rc i r c u l a t i n gp u m p ，e c o n o m i co p e r a t i o n ，s t e a mt u r b i n e ， o p t i m i z a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文循环水泵的最优化调度，是本人在 华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据 本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他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。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 曰期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景和意义 第一章绪论 电力工业中的节能是发展国民经济的一项重要的长期任务。从我国当前的电厂 现实情况来看，节能的潜力很大常见的有效节能措施有：改进通流部分来提高汽 轮机效率；提高主蒸汽压力、温度，降低背压等来提高机组循环效率；减少故障， 提高机组运行可靠性等。随着优化理论、计算科学以及计算机技术的发展，又产生 了一种新的节能方法一优化运行【1 】。这种方法不需要对现有的设各进行改造就可确 定系统当前工况下的最优运行状态点，在保证安全和运行的前提下，以最小的代价 获得收益。与以往的节能措施不同，优化运行方法是一种比较新的节能理念，这种 方法的优点是可为运行人员提供调度依据，不仅可以帮助运行人员摒弃经验性的习 惯调度方法，加强运行人员的节能意识，也有利于提高电厂的科学运行管理水平。 机组的运行经济性，不仅与主设备有关，而且还与辅助设备的性能和运行状况 有关【2 l 。火电厂的循环水泵是耗电量较大的辅梳之一，它消耗的电能约占总发电量 的1 一1 5 ，循环水泵运行方式对汽轮机排汽压力和厂用电率等指标影响较大，因 此研究与改善循环水泵的运行方式，对于节约厂用电、提高电厂运行经济性具有重 要意义。电厂的循环水泵不是一个单独的孤立系统，而是与循环水管路、汽轮机以 及凝汽器联合运行的一个复杂系统。循环水系统可分为开式循环水系统和闭式循环 水系统，又可分为母管制循环水系统和单元制循环水系统。对于靠近江河湖海的电 厂，一般采用开式循环水系统，即不设冷却塔：对于用水紧张的地区，一般采用闭 式循环水系统，循环水经冷却塔冷却后循环使用。母管制循环水系统是几台循环水 泵并列运行，通过一根供水母管集中向各台机组凝汽器供水：对于单元制循环水系 统，各台机组循环水量的调节互不影响，可以单独进行调节，这种系统中，每台机 组宣装设2 x 5 0 容量的循环水泵，在运行过程中常常是单台泵单独运行或两台并联 运行，这样，当主机负荷变化或环境条件变化时，泵的调整方案不同。因此，为了 使这些泵在整个负荷变化范围内实现全方位经济运行，以及取得最佳的经济效益， 在决策之前就必须进行系统分析，在可能的方案中择其最优方案。 对于整个机组而言，循环水泵的最优运行方式直接影响到汽轮机真空和循环水 泵耗功，而汽轮机真空是其运行经济性好坏的综合体现，直接影响到机组运行的经 济性和安全性。提高真空的手段在凝汽器进汽量一定时，通常是增加冷却水流量， 提高冷却水携带排汽热量的能力，这就要求增大泵功的投入。也就是说，在真空提 高，汽轮机末级做功能力增加的同时，循环水泵的耗功也在增加，当前者大于后者 时，调整是有利的，而后者大于前者时，调整是不合算的。在满足机组负荷变化运 1 华北电力大学硕士学位论文 行对背压需要的前提下，根据季节性水温的变化情况对循环水泵的运行方式进行调 配，通过调节泵的运行台数来调节循环水流量，以适应不同负荷不同季节主机的运 行要求。但是在不同季节不同负荷下应开几台循环水泵最经济，许多电厂却没有经 过认真的研究和论证，这无疑使得循环水泵优化运行在节能降耗方面大有潜力可 挖，特别在目前电厂走向市场，竞价上网的形势下，更加显得意义重大。如果实现 了循环水泵的经济运行，则能使电厂净电能输出增大，节省能耗，降低供电成本， 提高发电厂的经济性。 1 2 国内外的发展概况 随着世界范围内的能源紧缺和市场竞争的加剧，节能降耗已成为电力公司和电 站开展各项工作的主要目标，电力工业中的节能是发展国民经济的一项重要的长期 任务p j 。关于火电厂循环水泵的运行经济性问题，国内外已投入了大量的精力，并 在许多电厂进行过研究和探讨，取得了一定的成果。 国内研究进展：国内从八十年代开始进行火电厂经济性诊断系统的研究取得了 很大的进步，使人们认识到了系统对节能的重要性。循环水泵的优化调度首先引起 研究人员的重视，继而开式供水系统的循环水优化调度为电站经济运行带来了可观 的经济效益，从此科研人员才重视到调整循环水系统运行参数可提高电站的运行经 济性。循环水泵运行经济性诊断的研究，其目的是确定现已运行的循环水系统在其 内部设备工作正常的条件下，给机组提供最佳的凝汽器压力和最小的厂用电率并诊 断出实际循环水系统存在的节能潜力m i 。 国外研究进展：循环水泵的优化运行在国外取得了很大的进展，循环水系统中 的凝汽器的运行工况是影响电站效益的重要因素之一，而且一直受到电站科研人员 的重视。e p r i 正在资助发展的一个在线凝汽器性能监测系统，通过在线分析监测凝 汽器运行的数据来确定凝汽器对循环水系统的影响【5 1 。影响因素包括凝汽器传热管 污染、冷却水流量变化和冷却水入口温升。通过这些信息，系统能确定满负荷或部 分负荷时的最佳背压和凝汽器清洁因子，从而为管理人员制定停机计划提供依据。 e p r i 对i n d i a n a p o l i s 电力公司在p e t e r s b u r g 电厂3 号机的凝汽器进行了实际测试，给出 了一个改善凝汽器性能的实验方法及步骤。这个实验利用了最新的实验数据和研究 技术，提供了一组最完全的凝汽器性能分析资料。此研究激起了科研工作者在完善 凝汽器性能、降低机组热耗率方面的兴趣俄罗斯乌拉尔国立技术大学研制了汽轮 机凝汽器装置的诊断系统应用在t - 2 5 0 3 0 0 - 2 4 0 汽轮机组的k 1 4 0 0 凝汽器上，这是一 个具有性能监测和故障诊断的专家系统。美国s a nd i e g o 电力公司在s o u t hb a y 电站安 装了凝汽器性能在线监测系统，这个系统通过判别凝汽器性能降低的程度，消除了 在安排凝汽器性能维修方面的不确定性。 2 华北电力大学硕士学位论文 综合国内外的研究状况和发展趋势，循环水泵运行方式近十年来引起电站科研 人员的高度重视，他们对循环水系统内的各组成设备诸如凝汽器、循环水泵等进行 了大量的研究，但由于研究这些设备的目的不同，所监测和诊断的项目也有所差异， 循环水系统经济性的诊断体系和诊断方法还有待于进一步的研究。 1 3 本课题的主要研究内容 该课题的研究涉及到汽轮机低压系统、凝汽器系统、循环水泵和其管路系统三 大部分。研究循环水泵的最优化调度问题，事实上是研究三个子系统的各自运行特 性和三者的相互配合运行问题。本文在深入理论研究基础上分别对三个子系统的运 行特性进行具体分析，并以山东胜利电厂3 0 0 1 h 机组为例，通过计算得出三者之间 的相互关联和制约关系，为循环水泵的最优运行方式确定打下基础。 根据以上的综合阐述。本文的主要研究内容可分为以下几部分： 1 、研究汽轮机特性根据汽轮机末级变工况特性，推导出末级在不同工况下 计算功率增量的公式，并绘制出背压变化影响汽轮机功率增量的通用曲线；通过对 汽轮机厂家给定修正曲线的一系列计算与拟和，得到汽轮机的通用曲线。然后将末 级交工况计算方法所得通用曲线与汽轮机厂家给定修正曲线( 或通用曲线) 进行比 较，研究其曲线形式是否一致。 2 、研究凝汽器特性。确定凝汽器压力与环境温度、循环水量和蒸汽负荷之间 的关系式，拟和出不同循环水量下凝汽器的特性越线。 3 、研究循环水泵特性和其管道特性。采用图解法或者解析法，分别对循环水 泵及其管道特性进行研究。 4 、根据山东胜利电厂的现场运行数据，研究机组在不同环境温度、不同负荷 时，循环水泵的最优运行方式。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章汽轮机特性 电厂运行中，由于受到机组负荷、循环水流量、循环水入口温度、凝汽器清洁 度、真空严密性等诸多因素的影响，运行中凝汽器压力经常变化，从而影响机组的 出力和经济性。因此，研究凝汽器压力变化对机组经济性影响是一项十分重要的工 作。当不计排汽缸的损失和凝汽器喉部的阻力损失时，则认为凝汽器压力等于汽轮 机的背压【6 1 ，在正常运行时，可认为凝汽器压力变化对机组功率的影响等同于汽轮 机背压变化对机组功率的影响。 汽轮机特性可表述为汽轮机在某一新蒸汽参数和流量下，汽轮机输出的功率与 排汽压力之间的关系，即： 只= f ( p o ，t o ，d o ，见) 式中：矗为主蒸汽的压力；t o 为主蒸汽的温度；d o 为主蒸汽的流量；a 为汽轮 机排汽压力。 目前，汽轮机背压变化对机组功率增量的研究可以通过三种方法得到：( 1 ) 通过 汽轮机末级变工况计算孚寻到背压变化与功率变化之间的关系； 2 6 7 0 c 时，取x = 0 鸳。 蛾主要取决于冷却水温 ，但也与修正系数f 及凝汽器比蒸汽负荷有关，当f ls 3 5 0 c 时，按式( 3 - 1 5 ) 确定： 呤l 一等阮) z ( 3 - 1 5 ) 其中：b = 0 5 2 0 0 0 7 2 9 , ，上式中& 为凝汽器比蒸汽负荷，g ( m 2 s ) 可见，采用别尔曼公式计算总传热系数时，要预先假定g ，值，通过逐步逼近方 法，最终确定总传热系数。 当3 5 0 c ，l 4 5 0 c 时，g 按式( 3 1 6 ) 确定： 口。= i + 0 0 0 2 ( f 。l - 3 5 ) ( 3 1 6 ) 兜按式( 3 1 7 ) 确定： 叫一等( 1 一考t i ( 3 - 1 7 ) 可以看出，当z = 2 时，吐= 1 0 ，但当z = i 且f l 4 5 0 c 时，兜 1 0 。 或用于考虑凝汽器变工况计算时蒸汽负荷的修正。当凝汽器在设计负荷研下 或每1 的情况下，嚷= 1 o 当每 1 时有 哝2 每p 净 江 式中：d _ 为凝汽器的临界负荷，它和设计负荷有着如下关系： 联7 = ( o 8 一d o l t 。，) d ? ( 3 - 1 9 ) 华北电力大学硕士学位论文 3 3 2 传热端差算法二 8 t 之值也可用a b 雪格里雅夫提出的经验公式进行计算卯，其式为； 6 扣东3 15 焉擘a 啪 ( 3 2 0 ) + 0 l 、 。 式中：甩表示凝汽器工作状况的系数，n = 5 - 7 ，它与凝汽器的工作情况有关，对 清洁的空气严密性好的凝汽器可取较小丹值，当d c 较大时用较大的行值，否则误差 将增大，一般”取6 ；0 。为冷却水入口水温，o c ；d c 为进入凝汽器的排汽量，k g h ； 4 为凝汽器冷却面积，m 2 。 3 4 饱和蒸汽温度f i 根据前面分析只要分别求出0 。、a t 、6 r 的值，即可得饱和蒸汽温度f ，的值，即： t , - - - - t 。+ 4 h 1 8 7 0 - h 所, , + 坠： ( 3 - 2 1 ) 4 1 8 7 m ( e 。, o ：- 0 或 - t 一+ h 邶。- 7 h i , + 意啬e + 7 5 ) ( 3 - 2 2 ) 3 5 凝汽器压力p 。 凝汽器压力可由对应的饱和蒸汽温度来确定，查水蒸汽表或用其经验公式【1 6 】： p k = 堞广x 9 8 1 0 。( k p a ) ( 3 - 2 3 ) 依次改变冷却水温、冷却水流量d ，、及机组热负荷q ，即可得到不同负荷、 不同冷却水温、不同循环水流量下机组的排汽压力，便可找出凝汽器变工况特性。 华北电力大学硕士学位论文 第四章循环水泵及其管道特性 循环水系统是由水泵和循环水管道系统组成，它的特性是用循环水流量、水温 和压头与消耗厂用电之间的关系来表示的。 4 1 泵的性能 泵的基本性能参数包括流量q 、扬程日、功率、效率，7 、比转数一。、汽蚀 余量【n p s h 】等1 1 7 】，它们从不同角度表示泵的工作性能。任一台泵的基本性能参数 之间都存在着一定的内在联系。在循环水泵的六个基本性能参数中，我们通常选定 转速作为常量，列出扬程、轴功率、效率等随流量而变化的函数关系式，而若用曲 线形式表示该泵性能之间的相互关系，则称这类曲线为泵的特性曲线。泵的性能曲 线可全面、综合、直观的反映出该泵的工作性能。泵的主要性能曲线有：扬程一流 量、轴功率一流量和效率一流量的关系曲线。 4 1 1 泵的扬程计算 根据泵的扬程的定义1 7 1 ：单位重量流体从泵迸1 3 截面1 经叶轮到泵出口截面2 所获得的机械能( 或势能和动能) 的增加值，用日表示，单位是n l 。其数学表达式 可写为： h = e 2 一墨 式中；互一泵出口截面处单位重量液体的机械能，m ； e 一泵进口截面处单位重量液体的机械能，m 。 由流体力学知道，单位重量液体的机械能通常是由压头( 旦) 、速度头( 芸) 和位 腭z g 置头( z ) 三部分组成，即： 丘：旦+ 堕+ z ， ( 4 1 ) 店2 9 五2 磊噶+ z i ( 4 - 2 )铭z g 式中；e ，只分别为泵入口和出口处流体的静压力，p a ；啊，v 2 分别为流体在泵 入口和出1 3 处的流速，n g ss z i ，z 2 分别为泵入口处和出口处管道标高，m ：p 为水 的密度，l 【g m 3 。 因此，泵的扬程可写为： 华北电力大学硕士学位论文 日= 秀蝎+ 争秀+ z - + 毒 将( 4 3 ) 式整理可得： 酬乙一z 1 ) + 警+ 警 ( 4 3 ) ( 4 4 ) 式中：z 2 一z l 为泵进出口断面的位能差：墨三墨为泵进出口断面的压能差； 店 掣22 为泵进出口断面的动能差。 。 z g 流体在泵入口和出口处的流速分别为： 驴毒2 并 ( 4 5 ) ( 4 6 ) 式中；q 为循环水流量，i n 3 s ；d l ，如分别为泵入口和出口处的管道直径，m 。 将h 、屹的表达式代入( 4 4 ) 式中，可得； 一吲+ 蘸一黥+ 警 似7 ， 4 1 2 泵的有效功率计算 、 泵的有效功率是指通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的能量，即泵的实际 做功量； e = q p g 日 ( 4 8 ) 将( 4 7 ) 代入( 4 8 ) 中得： 以嘲 c 最+ z 2 舀p g 一彘+ z 1 + 知 9 ， 式中：而，吐分别为泵进口、出口管道直径，m 。 2 1 旦彬 卫母 垆 华北电力大学硕士学位论文 4 1 3 泵的总效率计算 根据热力学原理，泵矸轮旋转对流体做功，除了使流体获得有用功率之外，还 用于各种损失转换为热能，使流体温度升高，导致进出口液体存在温差。根据泵效 率的定义，水泵的效率可用下式表示【1 8 】： 行：箜煎匡堕鲨壁塑鎏签笪女垦量 实际压缩过程供给泵的能量 应用热力学知识，从这一基本定义式出发，可推导出进一步的效率计算公式： 1 ( 一啊) - i - 去( c ；一c ；) + g ( ：一z ，) r = _ 生一 ( 4 1 0 ) ( 1 | 2 一啊) q - 去( c ；一c ；) + g ( z 2 一z 1 ) 式中：( 琏一呜) 。为等熵过程的焓升；矗：， q 分别为水泵出口和入口处的平均速度；乃， 重力加速度。 ，1 分别为泵出口和入口处的焓；c2 ， 1 分别为泵出口和入口处高度；g 为 在一般情况下毛= z 2 , c l = c 2 ，这样式( 4 - 1 0 ) 可简化为： ，：! 塾二鱼2 1 一岛 水在泵内的实际热力学过程如图4 - i 所示： 图4 - i 泵内过程水的焓熵图 即： ( h 2 一啊) 。= 矿( p 2 - p 1 ) 由热力学关系式和熵的一般关系式： 砌= t d a + 吻 华北电力大学硕士学位论文 a s = c p 丁d t 一，劫 锨 趾【卜z 白，坳+ c p 刀 记a = v - r 嚼a v ) ，n a h = f o + r c p 刀，若在研究范围内d 、c p 变化不大， 可用平均值三、来代替，因此： 幽= 2 1 , 1 - - a o , 2 一p i ) + 瓦( 巧一正) 可以得驯祷塞计笪吉 町= ! 竺2 二型 ( 4 i i ) a ( p 2 一，i ) + 瓦( 瓦一正) 式中：可为水的平均比容；d 为水的平均比热；万为水压缩性系数，在国际标 准中称为等熵因子。从上式中可以看出，只要测得水泵出口和入口的温度、压力， 并确定相应的瓦，矿和万等物性参数，就可以计算出泵的效率，这是热力学法测定 水泵效率的最普遍、最基本的关系式。热力学法测量水泵效率简便易行，但泵出口 与入口的温差很小，而这一温差的测量精度对泵效率精度的影响又很大。据资料介 绍，石英温度计用于热力学泵效率测量工作上，它的分辨率可达0 0 0 0 1o c 。 泵的效率还可表示为输入的轴功率被流体的利用程度，用来衡量轴功率和有 效功率之差即泵内产生的损失功率。 r = 也i n 将其变化写为： 刁= 等= 等器= 芈罟葺，仉 nn q t h t n q th t 即泵的总效率等于机械效率、容积效率r l ，、流动效率巩之积。 4 1 4 泵的轴功率计算 泵的轴功率是指原动机传到泵轴上的功率，由效率的计算公式1 7 = n 变换得 到；e r l 。将式( 4 - 9 ) 、( 4 - i i ) 代入上式中，便可得到轴功率的计算公式。 每一水泵都有其固有的特性曲线，这种曲线反映了该水泵潜在的工作能力。泵 特性曲线上的每一点都对应着一个工况，泵在最高效率点工况上运行最理想的。然 而泵在实际的运行中，并不能保证已定在最高效率点上工作，要发挥泵潜在的工作 能力，就必须结合管路系统一起来考虑。 2 3 华北电力大学硕士学位论文 4 2 管道特性 泵的管路系统，指泵整个装置中除泵以外的所有附件、吸入管路、压出管路及 吸入容器和压出容器的总和。循环水管在输送不同流量的冷却水时所产生的流动损 失之间的关系称系统阻力特性。研究管道特性的主要作用是为寻找各种泵组合工作 方式下的工作点傲准备的。 管路系统性能曲线是指管路系统能头与通过管路中流体流量的关系曲线。而管 路系统能头是指把单位重量流体自吸入表面移至压出表面所需做的功。管路系统能 头应等于下列几项之和： ( 1 ) 流体位能的增加值，即流体吸入表面与压出表面的高度差，用日，表示； ( 2 ) 流体压能的增加值，即型| 二卫，矿为压出表面管道出口的压力；为压 p g 入表面管道进口压力； ( 3 ) 流体自吸入表面至压出表面途中各项损失的总和_ l 。主要包括：沿程阻 力损失和局部水头损失，前者是克服管线摩擦阻力而损失的水头，它随着管线长度 的增加而增加；后者是水流经过弯管、渐缩管、分流、合流、阀门或其它附件时产 生的水头损失。 循环水系统管道阻力以由静压头以、管道阻力风和凝汽器水阻风组成。 4 2 1 静压头 对于给定的系统，( 见+ 瑙是一个定值且不随流量改变而变化，我们称此 p g 为静压头并用日。表示 4 2 2 管道阻力 水流经过管道时，一定存在管道水头损失。其值为： 巩= 甄+ 魂 ( 4 - 1 3 ) 式中：纸为管道中沿程损失之和，单位p a ；k 为管道中局部损失之和，单 位p a 。 4 2 2 1 沿程损失 沿程损失是每段缓变流区域内单位重量流体所损失的能量。研究表明，沿程损 失与单位重量流体所具有的动能和流程长度成正比，与通道的直径成反比【1 9 1 。通常 表示为： 2 4 华北电力大学硕士学位论文 i4 ，1 ，2 嚏乱i + 瓦 ( 4 1 4 ) 式中：名为管段的摩擦阻力系数；d 为管道直径( m ) ；1 ，为流体流速( m s ) ； z 为管道长度( m ) 。 流体在管内流动的摩擦阻力系数五取决于流体流动状态和管内壁粗糙度，一般 名= f ( r e ， r e ；堕，占：毒 ( 4 1 5 ) ， a f 式中：r r c 为雷诺数；1 ，为流体流速，m s ；d 为管道直径，m ；，为运动粘性系 数；k 为管壁的当量绝对粗糙度；为管壁的相对粗糙度。 4 2 2 2 局部损失 局部损失是当管道中因截面面积或流动方向的改变所引起的流动急剧变化时， 单位重量流体的能量损失，通常表示为【1 9 】： 乓= 云 “。1 6 ) 式中：孝为管道局部阻力损失系数，无量纲；v 为管道截面的平均流速，m s 。 循环水系统中，弯头、阀f - i 、三通等可以引起局部阻力损失的部分众多，而且 这一部分的流动相当的复杂，难以进行逐一的考察，它们的局部阻力损失系数很难 求得，我们可以采用试验的方法。 设整个系统由行段管道和m 个局部阻力组成。则： 矾= k = 喜 苦芝+ 荟磋( 4 - 1 7 ) 4 2 3 凝汽器水阻 冷却水流过凝汽器时，由于进出凝汽器水室时流动截面突然扩大和突然缩小， 又由于冷却管进出口的涡流、转向以及冷却管的摩擦等而形成了冷却水的流动阻力 损失，通常称作凝汽器的水阻。循环水泵总扬程的一部分即用于克服这一阻力。 凝汽器的总水阻日。可认为是下述三部分阻力之和【2 0 】： h 。= z + 也) + h 3 ( m ) ( 4 - 1 8 ) ( 1 ) 冷却管的摩擦阻力( 或沿程阻力) ，以h 。表示，它的大小与冷却水在管内流 速、管径、管长以及管内壁的表面状态有关； 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 冷却管端部阻力，以h ：表示，它与管内流速、管内流速进出口端部结构以 及冷凝管与管板的装配方式有关； ( 3 ) 进出水室阻力，以h3 表示，它与进出水室温度、水室形状以及冷却水的流 程有关； ( 4 ) 冷却水流程数，以z 表示。 根据以上分析可知管路系统能头表达式为： 皿= 皿+ 等+ 矗 ( 4 - 1 9 ) 式中： 为总的流动损失，即z h = h ，+ 以 总的流动损失通常情况下与流量的平方成正比，即： 玉= 艘2 式中：妒是综合阻力系数，它与管路的沿程阻力系数、局部阻力系数、阀门开 度及管道的几何形状有关。 由式日。= h ：+ z r 二p g 和式 = 鲤2 管路系统能头可表示为珥= 风+ 幻2 4 3 单台泵运行的工作点 泵的实际工作点是由泵本身性能与管路特性共同决定的。泵的性能和管路性能 是完全不同的两个概念，前者表征了泵本身的性能，而后者则是表征了管路系统的 性能。它们之间的关系为供求关系，只有当两条曲线相交时，在交点上两者的数值 才相同。本文采用图解法和解析法分别对循环水泵及其管道特性进行研究 4 3 1 图解法 将管路性能曲线和泵本曳的性能曲线用同样的比例尺画在同一张图上，两条曲 线的交点即为泵的运行工况点，亦称工作点。如图4 3 中的m 点，它是稳定的运行 工况点，泵的扬程等于管路系统的扬程，即这时单位重量流体流经泵时，从泵中获 得的能量正好等于把单位重量流体自吸入表面到压出表面所需要的功。图解法有直 观，方便等优点，根据泵的性能曲线和管路特性曲线图可以快速得到单泵和双泵运 行时工作点处的流量、扬程和效率，进而根据轴功率的计算公式可以计算出轴功率 的大小。 4 3 2 解析法 泵工作点的解析法其数学依据是由水泵及管道特性曲线方程式中求出q 和日。 2 6 华北电力大学硕士学位论文 眦州z 2 - z i ，+ 蘸一为+ 警以+ 等埘联立 求解，但由于有些参数涉及到的因素比较多，因此，采用解析法计算变工况时循环 水泵轴功率的大小是非常复杂的，建议采用图解法。 图4 - 2 管路性能曲线 4 4 泵的并联运行 口q 图4 - 3 泵的工作点 两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体时的运行方式称为并联运行。并 联运行的目的主要是：单台泵的流量不够，通过并联增加流量；根据工作要求改变 运行台数来调节流量：从工作的安全可靠性考虑，并联运行时，若其中一台泵出故 障时，仍有其余的泵在运行。基于以上原因，循环水泵等多采用两台或数台并联运 行方式。由并联运行的定义可知，并联运行时的特点是：并联运行时的流量等于各 单台泵在扬程相等点的流量之和，故由泵的性能曲线俾g 做并联后的性能曲线 僻q ) 。的原则是：在相同扬程点的流量相加而得出。即若有玎台泵并联时： h 并= h 1 = h z = = 月j = e ( 4 - 2 0 ) q 并= q l + q 2 + + 统= q ( 4 - 2 1 ) ，一t - i 式中：羁为第f 台泵的扬程；q 为第i 台泵的流量。 并联工作的泵数量越多，总的t t o o 曲线越平坦，并联后所能增加的流量将减少， 则每台泵的流量也相应减少，使泵均处于小流量下工作，所以并联数量过多并不经 济。一般情况下应选两台泵并联为宜，不应超过四台，而且应尽量选择特性曲线较 陡的泵，以使并联机组可以获得较大的流量增量。 现在以两台泵并联为例进行讨论，多台泵并联的情况可同理摧得。 华北电力大学硕士学位论文 4 4 1 同型号泵并联工作 如图4 - 4 所示，曲线i 、u 为两台性能相同泵的性能曲线。根据同一扬程下流量 相加的原理，可以绘制出两台泵并联后的性能曲线i + i i ，它与管路特性曲线i i i 相交， 交点m 就是并联泵的工作点，此时的流量纨，扬程为口。从交点m 作横轴平 行线，与单台泵性能曲线相交于b 点，即为单台泵在并联工作时的流量输出工作点， 其工作参数流量为q b ，且q l m = 2 q b 。而c 点为未并联运行时泵单独运行时的运行 工况点，流量为驮，扬程为也。f h 图4 4 可以看出：绕 绞 纨 2 线 两台同型号泵并联运行流量比单台泵运行流量有所增加但并非成倍增加，就是 说流量要比这些泵在同一系统中单独运行时的流量之和小，增加的幅度随单台泵流 量的增大而增加，其增加值为5 9 8 ，2 6 3 8 ；由于并联以后通过共同管段的流量增 大，管路阻力也增大，这就需要每台泵都提高它的扬程来克服这个增加的阻力损失， 所以泵并联运行后其扬程比单台泵运行扬程有所增加。 4 4 2 不同型号泵并联工作 如图4 5 所示，两台不同性能的泵并联工作，i ，分别为两台泵的各自的性能曲 线，i i i 为管路性能曲线，i + i i 为两台泵并联性能曲线，两台泵并联性能曲线依然为 两台泵各自性能曲线流量在扬程不变的情况下叠加而成。两台泵并联运行特性曲线 与管路特性曲线相交于m 点，该点即为两泵联合运行时的工作点。此时的流量为q m ， 扬程为日。与两台性能相同的泵并联运行方法相同，两台不同性能泵并联时的单 台泵工作点也可以通过m 点作横轴平行线，之所以这么做是因为并联运行时两台泵 需要克服的管道阻力是相同的，与两台泵各自的性能曲线相交于a 、b 两点。对应 的流量分别为q 、q b ，对应的扬程为巩。由此可以看出，并联运行时循环水量大 于每台泵单独运行时的循环水流量，并联工作点扬程也大于每台泵单独运行时工作 点的扬程。以上的并联前后的流量、扬程变化趋势和同性能泵并联工作前后的变化 趋势是相同的。 q bq c “ 图4 - 4 同型号泵并联 q h 巩 致 如 a bq bo 如 图4 5 不同型号泵并联 华北电力大学硕士学位论文 第五章山东胜利电厂循环水泵最优运行方式的确定 由于火力发电厂循环水泵的运行方式直接影响到机组真空，而且在给水泵用小 汽轮机驱动的大型机组中，循环水泵的耗电量占有较高的份额，因此，研究和改善 循环水泵的运行方式便成为提高电厂经济性的措施之一。循环水经济调度就是根据 冷却水温的季节变化，通过调整循环水泵台数组合来调整冷却水量使其达到最佳水 量，在电厂的日常运行管理中，由于缺乏这方面的量化考核指标，因而无法保证维 持最佳真空运行。因而有必要对循环水的调度方法进行研究，以便能方便、准确地 确定循环水调度方案【2 2 】。 5 1 循环水泵的优化运行原理 电厂循环水系统按照供水方式一般可分为单元制和母管制( 扩大单元制) ，对 于只有1 2 台机组的电