最佳真空和最佳循环水流量传统确定方法的改进探讨.docx

最佳真空和最佳循环水流量传统确定方法的改进探讨王保力(北京国际电气工程有限责任公司, 北京 100089)摘 要: 提出了对凝汽器最佳真空和最佳循环水流量计算过程的修正。即在计算凝汽器最佳真空和循环水泵的最佳组合方式时考虑了循环水的费用、汽轮机排汽阻力损失、锅炉补充水、抽气器 ( 或真空泵) 耗功率、凝结水的 溶氧、凝汽器的清洁系数、极限真空、循环水最低流速这些因素。关键词: 汽轮机; 凝汽器; 最佳真空; 最佳循环水流量中图分类号: t k 264. 1文献标识码: a文章编号: 100329171 (2007) 0120007203d iscuss ion on d e term in ed m e thod of o p t im umvacuum an d rec ircula t in g w a ter f loww an g b ao 2li(b e ijing in te rna t io na l e lec t r ica l e ng inee r ing co. l td. , b e ijing 100089, c h ina)a bstrac t: t h e am enden t o f op t im um co nden se r vacuum and recyc le2w a te r f low ca lcu la t io n w a s p re sen ted inth is p ap e r. t h a t is to say th e rec ircu la t ing w a te r fee, th e lo ss in exh au st steam , m ak e2up w a te r in bo ile r, pow e r lo sse s in vacuum p um p , o xygen 2d isso lu t io n in co nden sa te, c lean ing co eff ic ien t o f co nden se r, vacuum bo unda ry and th e m in im um f low ve lo c ity o f rec ircu la t ing w a te r w e re a ll co n side red in th e be st com b ina t io n o f op t im um vacuum and rec ircu la t ing w a te r ca lcu la t io n in co nden se r.key words: steam tu rb ine; co nden se r; op itm um vacuum ; op t im um rec ircu la t ing w a te r f low和循环水温升, 然后计算出凝汽器的饱和温度 tc ,并依据水蒸汽程序得到相应的凝汽器压力 p c。最佳真空和循环水流量的传统定义虽然提高凝汽器的真空可使汽轮机的理想比 焓降增大, 电功率增大, 但无论从设计角度还是从 运行角度来看, 都不是真空越高越好。 传统定义, 即当改变循环水量使机组电功率的增加值 p 与 循环水泵所耗功率 p p 的增加值之间的差值达到 最大时所对应的真空称为最佳真空。12最佳循环水流量确定方法及存在的问题2. 1最佳真空和循环水泵最佳组合方式的确定本文以 1 台汽轮机配 2 台定速离心循环水泵 为例, 来说明在某一确定的汽轮机排汽量和循环 水入口温度下最佳循环水流量计算方法的步骤。( 1) 在某一循环水入口温度、循环水流量下, 当汽轮机排汽量或最末段回热抽汽压力取不同的 值时, 通过对凝汽器的传热计算, 算出凝汽器端差图 1 确定循环水泵组合的最佳运行方式(2) 同理, 当循环水泵运行台数改变后, 计算 出循环水流量改变后的凝汽器压力, 然后由等效 热降方法算出循环水流量改变前后汽轮发电机组 电功率的变化值 p 。在图 1 (a ) 的汽轮发电机组电功率的变化(3)值 p 与汽轮机排汽量d c 坐标系中并将循环水入口温度相同的点连接起来, 这样就得到不同的循 环水入口温度 tw 1m in tw 1m ax 下, 由单台泵变为 2 台8华北电力技术n o r t h ch in a el ec t r ic pow ern o. 1 2007泵运行时, 汽轮机各个排汽量或最末段回热抽汽压力与汽轮发电机组电功率增加值之间关系的一 簇曲线 p = f (d c , tw 1 )。( 4) 测量由单台泵变为 2 台泵运行时的循环水泵耗功增量 p p = p p 1 - p p 2 , 并在图 1 (a ) 的纵坐 标上表示该点。由该点做平行于横坐标的虚线, 与 p = f (d c , tw 1 ) 相交, 这些交点表示当循环水泵 台数由单台变为 2 台时, 汽轮发电机组电功率的增加值等于循环水泵功耗的增加值的工况。 把这些交点描在d c = f ( tw 1 ) 坐标图上 (如图 1 (b ) )。(5) 图 1 (b ) 为我们提供了在某一循环水入口 温度下, 根据排汽量或最末段回热抽汽压力经济地选择双泵运行的判定依据。2. 2以传统方法确定最佳真空和循环水泵最佳 组合存在的问题上述计算方法为确定凝汽器最佳真空和循环水泵最佳组合方式提供了重要的理论依据。 但此 方法存在许多不严密之处, 忽略了许多重要的因素, 例如: 循环水的费用、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器 ( 或真空泵) 耗功率、凝结水溶氧量、 凝汽器清洁系数、极限真空、循环水最低流速等,使所得到的最佳真空和最佳循环水流量并不是真 正的最佳值。费用以后, 单泵和双泵的运行区间发生了改变, 其结果如图 2 所示。图 2 循环水泵的运行区间由图 2 可以看出, 由于考虑了循环水的费用,使一部分原本应该投入 2 台循环水泵的运行区间 变成单泵运行区间了, 这样就使单泵运行的区间范围增大了。3. 2排汽阻力对汽轮发电机组电功率的影响d 2c p c = k式 中, k 为 考 虑 结 构 尺 寸 及 阻 力 的 系 数, 1m ; 为排汽密度, k g m 。43本文以某 300 m w 机组为例, 循环水流量d w= 24 645 th、循环水入口温度 tw 1 = 20时, 计算 在不同的排汽量情况下排汽阻力对汽轮机背压的影响, 结果如表 1 所示。最佳循环水流量确定方法的改进3表 1排汽阻力对汽轮机背压的影响3. 1循环水费用对循环水泵组合方式的影响例如, 某电厂采用江水作为循环水, 每用 1 t水需要向自来水公司交纳 2 分 ( 人民币) , 循环水 经过凝汽器后, 由于温度升高, 再排回到江里时,环保部门又收取 1 分t。这样, 该电厂每用 1 t 循 环水就需付 3 分的费用。 某 300 m w 汽轮机额定循环水流量为 28 162 th , 按照年运行 7 000 h 计 算, 则该厂 1 台 300 m w 汽轮机每年因为循环水费用而支出 591 万元 ( 人民币)。 对于循环水采用闭式循环的凝汽器, 需要用地下水作为循环水的 补充水, 而地下水的价格更高。排汽量( th - 1)凝汽器压力k p a排汽阻力p a汽轮机背压k p a601. 40491. 94382. 69273. 446. 3615. 3524. 4863. 7959. 0010. 7312. 3014. 036. 3705. 3634. 4983. 809由表 1 可以看出, 由于排汽阻力的存在使汽轮机的背压升高, 从而减小了蒸汽的作功能力, 且 排汽量越小, 排汽阻力对汽轮机背压的影响越大。因此在计算凝汽器最佳真空时有必要把排汽阻力 所带来的影响考虑进去。3. 3 极限真空当汽轮机背压降低到一定数值时, 再降低背 压, 汽轮机出力已不再增加, 汽轮机末级叶栅发生“阻塞”, 即动叶斜切部分的膨胀能力已经被利用 完, 如果再降低背压, 蒸汽将在动叶斜切部分之外 膨胀, 末级焓降不再增加, 汽轮发电机组电功率不 再增加, 反而由于背压降低, 对应的饱和温度下 降, 使最低压力级加热器的抽汽量增大, 致使末级5c b 5p p 5p 5d w = r 5d w- r d - r w = 0d5d w式中, r d 为上网电价, 元kw h; 为机组运行时 间, h; r w 为 循 环 水 本 身 的 价 格, 元t; 为 系 数, 对于循环水开式循环, = 1; 对于循环水闭式循环, 为循环水系统的补水率。为便于说明, 本文以某配 2 台定转速离心式循环水泵的 300 m w单元机组为例。当考虑水的华北电力技术9n o. 1 2007n o r t h ch in a el ec t r ic pow er功率减小, 此时汽轮机的背压称为极限背压, 对应的真空即为极限真空。 运行人员了解汽轮机的极限背压, 对指导经济运行具有重要意义。如冬季循环水温很低, 同样 循环水量可以达到更低的凝汽器压力 ( 比夏季)。如果此时的凝汽器压力已经低于极限背压, 则增 加循环水流量就没有任何效益了, 此时应减少循 环水量, 减少循环水泵耗功, 使凝汽器压力高于极引起的电功率减小值, kw ; c ch 为背压降低所引起的单位时间内化学除氧费用的增加值; p b 为锅炉 补充水所引起的汽轮机的电功率的变化值。实际上随着循环水流量增加使汽轮机背压降 低, 虽然使汽轮发电机组电功率增加, 但同时使拖动循环水泵所需的能量消耗增大, 以及消耗在真 空泵 (抽气器) 上电能所带来的能源浪费等都要增 大。而且随着背压的大限度降低, 凝汽器中的压力 还有可能达到极限压力, 而使电功率减小。由于考 虑了以上各因素使凝汽器最佳真空和最佳循环水流量的确定更加合理、准确, 更接近于最佳值。限压力。 计算出的某 300 m w下, 其极限背压为 3. 7 k p a。3. 4循环水最小流速机组, 在设计工况目前对最佳循环水量的确定一般都是从电厂效率和维持凝汽器最佳真空的角度来考虑的, 而 没有考虑凝汽器冷却水管堵塞问题。实际上, 当冬 季循环水入口温度低, 而机组负荷又比较小时, 用少量的循环水流量就能维护凝汽器的最佳真空。 但是, 当循环水量降低到一定值时, 会发生凝汽器 冷却水管堵塞, 危及机组正常运行的情况。实际上 当采用低速泵时, 由于凝汽器两端水压减小, 会发 生凝汽器冷却水管堵塞现象。因此, 在确定最佳循环水量的时候, 有必要考虑循环水量的下限值。3. 5 最佳真空及最佳循环水流量的确定方法通过上述对各因素的分析, 可以得到凝汽器 综合最佳循环水流量的确定应该是使汽轮机综合 净收益最大, 即:最佳循环水流量计算方法的应用实例本文以某火电厂 2 台 300 m w 中间再热式、 双缸双排汽凝汽式汽轮机为例来进行说明最佳循 环水流量的计算方法。4. 1 循环水流量和循环水泵耗电量的测量该火电厂 2 台 300 m w 汽轮机配置 4 台定转 速循环水泵, 2 台机组的循环水管道之间具有联络门。4 台循环水泵有 6 种组合方式, 将其符号标 示及说明列于表2, 同时列入测量的循环水流量和 循环水泵所消耗的电功率。4. 2 凝汽器最佳真空和最佳循环水流量的计算在循环水泵某一组合方式下, 对应不同的循 环水入口温度和汽轮机排汽量, 分别计算 2 台机 组的循环水温升和凝汽器端差, 进而得到 2 台汽 轮机的排汽压力。改变循环水泵的组合方式, 分别 计算循环水流量改变后的汽轮发电机组电功率增加值、循环水泵消耗功率、由于汽轮机排汽阻力增 大所减少的功率以及由于过冷度增大所减少的电 功 率, 并计算由于凝结水含氧量增加所增加的化45c b 5p 5p p 5p p 5p v 5d w = r 5d w- r d - r d - r d d5d w5d w5d w5p o c5p f5c ch- r d 5d r d - r w - = 05d w5d ww其中, p p 为背压降低排汽阻力增大所引起的电功率减小值, kw ; p o c 为背压减低过冷度增大所表 2 循环水泵的 6 种工况说明及循环水流量和循环水泵所消耗的电功率循环水泵的组合工况循环水流量( th - 1)循环泵功耗kw符号说 明第 1 台机投入a 泵和b 泵, 第 2 台机投入a 泵, 联络门开启第 1 台机投入a 泵和b 泵, 第 2 台机 投入a 泵和b 泵, 联络门开启第 1 台机投入a 泵, 第 2 台机 投入a 泵和b 泵, 联络门开启第 1 台机投入a 泵, 第 2 台机投入a 泵,联络门开启第 1 台机投入a 泵, 第 2 台机投入a 泵,联络门关闭第 1 台机投入a 泵和b 泵, 第 2 台机 投入a 泵和b 泵, 联络门关闭11a + 1b + 2a26 761. 464 506. 50421a + 1b + 2a + 2b31 638. 335 896. 20131a + 2a + 2b29 197. 984 701. 23441a + 2a22 349. 383 238. 81651a 2a21 739. 003 239. 20361a + 1b 2a + 2b29 777. 735 850. 835(下转第 17 页)华北电力技术17n o. 1 2007n o r t h ch in a el ec t r ic pow er因为旁路和被代路的纵联保护不能同时投入运行, 在切换过程中必然要短时失去纵联保护, 应 使这个时间缩短并保证保护尽可能的不发生误 动、拒动。(c) 代线路开关的另一种方案 (方案 3)在拉开 2211 开关之前始终投入 2211 纵联保 护, 不投 2246 的纵联保护。在 2211 开关拉开后退 出 2211 纵联保护, 投入 2246 纵联保护。(5) 拉开 2211 开关, 2246 保护应具备。( 6) 综合 2246 代线路开关的几种方案, 考虑 到继电保护技术的发展, 微机型保护装置对越来 越负载的运行情况具有一定的解决办法; 而且现 代电力系统对保护的不要拒动的要求大于不要误 动的要求, 因此, 采用方案 2 或方案 3 更有利于充 分发挥继电保护的作用。2211 开关恢复运行(1) 合 221124、221122 对保护没有影响;(2) 合2211 开关, 此时的情况与4. 1 (3) 相仿;( 3) 拉开 2246, 此时所有保护应恢复到代路 前状态。4. 2总结通过分析可见, 现行的旁路代路情况下仍然 有一些需要继续规范的操作。 我们有必要进一步 对旁路代路时线路保护和变压器保护的运行做更 加深入的研究, 解决现存的一些问题, 使继电保护 满足可靠、选择、灵敏、速动的要求。收稿日期: 2006211224作者简介: 郝建勋 ( 1972) , 男, 毕业于华北电力学院电力系, 从 事继电保护技术管理工作。5(上接第 9 页)学除氧费用, 分别得到2 台汽轮机的净收益。当增 加循环水流量时, 2 台汽轮机净收益之和, 即 c b 1表 3 考虑了循环水费用、排汽阻力、锅炉补水以后的循环水泵最优工况的变化+ c b 2 大于零时, 增加循环水泵才是合适的, 否则, 增加循环水泵的运行台数不合理。利用上述原 则就可以得到对应某一循环水入口水温度和汽轮 机排汽量的循环水泵的最佳组合方式, 进而可以计算出真正经济意义的凝汽器最佳真空。 对应不同的循环水入口温度和 2 台机组不同的第八段排汽压力, 考虑了循环水的费用、排汽阻 力、锅炉补充水因素以后的最佳循环水流量和没 有考虑这些因素的计算结果对比见表 3。由表 3 可以看出, 由于考虑了循环水的费用、汽 轮机排汽阻力、锅炉补充水的影响, 在其它条件都相 同的情况