火电厂循环水系统冷却特性优化---热力系统优化大作业

1、火电厂循环水系统冷火电厂循环水系统冷却却特性特性优化优化 数据来自中华人民共和国国家统计局数据来自中华人民共和国国家统计局0510152025302008200920102011201220132014201520.521.622.123.824.124.725.125.3时间/年煤炭消费总量/亿吨全国煤炭消费总量变化和预测全国煤炭消费总量变化和预测全国能源全国能源工作会议工作会议预测总量预测总量2011、2012年我国分行业动力煤消费比重构成年我国分行业动力煤消费比重构成数据来自中国煤炭资源网数据来自中国煤炭资源网电力, 69.71%建材, 19.66%冶金, 3.71%化工, 2.18%其

2、他, 6.54%电力, 62.23%建材, 21.05%冶金, 3.37%化工, 3.71%其他, 9.64%电力是耗煤大户火电厂节能降耗锅炉汽轮机循环水系统电动机5463211-锅炉，2-加热器，3-汽轮机，4-凝汽器，5-冷却塔，6-发电机火电机组基本热力系统简图优化步骤 1、确定优化对象和优化目标 2、对优化运行中所涉及到的汽轮机特性、凝汽器特性、循环水泵特性和管道阻力特性分别建立数学模型，得到优化运行的目标函数； 3、通过其约束条件，从而最终得到循环水系统优化运行的数学模型 汽轮机微增功率 分别表示为主蒸汽的压力、温度、流量和凝汽器压力汽轮机特性凝汽器压力 分别表示为循环水入口水温、循

3、环水流量和汽轮机低压缸排气量凝汽器特性 循环水泵耗电功率 循环水量循环水泵特性 冷却塔运行性能的优劣直接体现于冷却塔出口水温 (即凝汽器循环水入口温度)冷却塔特性000(, ,)tkpf p t Dp000, ,p t Dkp1(,)kwwcpf tDD1,wwtDcD()pwpfDwD循循环环水水系系统统相相关关设设备备特特性性分分析析1wt汽轮机特性 汽轮机特性可以表述为当机组的其它设备运行参数一定时，在某一新蒸汽参数和流量下汽轮机组输出功率和排汽压力之间的关系，通常称之为汽轮机微增功率曲线。汽轮机的微增功率 用下式表示: 式中： 和 分别表示为主蒸汽的压力（ ）、温度（）、流量（ ）和凝

4、汽器压力（ ）; 汽轮机微增功率随凝汽器压力变化曲线是机组循环水系统进行优化，并判定机组是否运行状况好的重要依据。000(, ,)tkpf p t Dp000, ,p t DkpkPa/kg skPa凝汽器特性凝汽器特性可表述为凝汽器压力与循环水入口温、循环水流量及汽轮机排汽量之间的关系，即：凝汽器内的蒸汽压力可由与之相对应的饱和蒸汽温度 来确定，一般用 表示，根据凝汽器热平衡及换热条件可知，蒸汽凝结温度 为：式中: 、 和 分别表示循环水入口水温、循环水温升和凝汽器端差（）假设不考虑凝汽器与外界空气之间的换热，则排汽凝结放出的热量就等于循环冷却水带走的热量，由热平衡方程式 可得：1(,)kw

5、wcpf tDDstkpst1swtttt 1wttt21()()CccwpwwDhhD ctt21()520CccCwwwpwDhhDtttD cD k 根据传热方程可得： 其中： 为凝汽器总体传热系数， 为凝汽器的冷却面积， 为循环水的定压比热， 为汽轮机排汽的焓值， 为凝结水焓值。 求出 后，可根据下面经验公式求出凝汽器压力： 由此可见，凝汽器压力 可以说是饱和蒸汽温度 的函数，也可以说是循环水入口温度 和循环水流量 的函数，因此在不同的 和 下可以求出一系列值。/()1cpwkAc DttecApcchch凝汽器特性st7.461000.00981 ()57.66sktpkpst1wt

6、wD1wtwD循环水泵特性 循环水泵作为提供循环冷却水的重要动力机械，循环水泵本身的运行方式决定着循环水流量的大小，循环水泵耗电功率越大，循环水量也就越大。循环水泵特性可以表示为循环水泵耗电功率与循环水量之间的关系，即：()pwpf D冷却塔特性 冷却塔是实现低温放热的最终设备，它能否将循环水热量及时释放到大气中，是保证排汽压力稳定的重要环节，它通过出塔水温(即循环水入口温度)影响凝汽器压力，进而影响机组的经济性。冷却塔运行性能的优劣直接体现于冷却塔出口水温 (即凝汽器循环水入口温度)。目前，冷却塔热力计算比较普遍的计算方法是焓差法，利用焓差法可以计算出冷却塔出口水温。 其基本公式为: 其中，

7、 为冷却塔所具有的冷却能力，表示在一定淋水填料及塔型下冷却塔所具有的冷却能力，它与淋水填料的特性、构造几何尺寸、冷却水量等有关。 冷却数越大，表示冷却塔的冷却能力越大,它与气象条件等因素有关，与冷却塔的几何构造无关， 越大，说明冷却塔的冷却任务越重。 和 分别为冷却塔进出口水温； 为饱和空气的焓； 为湿空气的焓； 为循环水的比热； 是空气与水的质量比；A与m由试验确定。1()( )wN tN21wwtpmtcdtAhh )(N1()wN t1()wN t2wt1wthhpc 根据工程实际与经验， 可由下式求得：式中 为塔内气流的平均速度，m/s； 为淋水面积； 塔内气流的平均密度，kg/m3；

8、 为循环水流量。h1，hm，h2分别表示进塔空气、平均状态空气及出塔空气的比焓，kj/kg； 、 和 表示空气温度分别为进塔水温、平均水温及出塔水温时饱和空气比焓，kj/kg。进而可得出冷却塔出塔水温（即循环水入口温度） 即冷却塔特性3.6mmmWv ADmvmAmWD12112141()6pwmmctN thhhhhh211()wwtpwtcN tdthh 1hmh2h21wwttt 1wt1221126141()mwwpmmAttchhhhhh目标函数 根据电厂循环水系统各相关设备特性及其数学模型，可以建立汽轮机的发电功率与循环水泵的耗电功率的差值为最大值的优化目标函数模型。其数学模型如下

9、： 约束条件：1、电厂运行在设计条件下工作为最优工况 2、主蒸汽压力、温度和蒸汽流量不变的情况axtpMpp000ax(, ,)()kwMf p t Dpf D1/()7.46520520100(1)0.00981 ()57.66cpwccwkAc DwwkDDtDDep 初参数一定时，影响机组发电效率只与循环水流量和出塔水温有关。循环水冷却系统冷却特性发生改变时，机组效率会与设计时发生偏离，产生一定的损失。单位质量蒸汽在汽轮机里少做的功为：其中： 分别为设计时背压和背压时工况下的饱和 温度， 分别为偏离设计工况时的背压压力和相对 应的饱和温度,kksp t 循环水冷却系统影响机组经济性的因素

10、为循环水流量和出塔水温。,ssp t 当循环水量增加，有利于凝汽器侧热交换，提高汽轮机的效率，但是会增加循环水泵耗功率，对于循环水冷却系统冷却塔来说，当出塔口处空气的相对湿度未达到饱和时，循环水量增加会使出塔空气逐渐趋于饱和，此时继续增加循环水量，过量的热水放出的热量就无法被空气吸收，出塔水温反而会升高，降低机组的经济性。 由前式可以看出循环水入口温度越高流量越小，凝汽器压力就越高，机组经济性就越差机组容量/MW125200300350600机组负荷/MW125200300350600效率降低/%0.310.3280.230.2420.21煤耗率增加/（ ）1.0331.1070.7940.7380.462热耗率增加/（ ）30.2832.4423.3921.6313.54煤耗量增加（t/年）9041550167618081940/()gkw h/()kJkw h出塔水温升高1对机组经济性的影响 根据表中数据，出塔水温每升高1，对于300MW机组而言，每年多消耗标准煤1676吨，按照标煤平均价格为1000元吨计算，每年运行费用增加160多万元人民币。截至到2011年底，全国总发电装机容量已经超过9亿kW，如果按9亿kW计算，出塔水温每升高l，如按300MW机组计算，可导致每年运行费用增加20.8亿元人民币，可见出塔水温的升高，造成的经济损失