發(fā)電技術司冷空壽電力機械火電廠600MW機組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究曲智超，卻燕平(華電電力科學研究院,浙江杭州310000)摘要:介紹了變頻調節(jié)的原理和泵的相似原理,建立了泵的工況點的求解方法。并以某電廠600MW機組的循環(huán)水系統(tǒng)為例建立開式循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)化運行的數(shù)學模型，并分別對各工況下在變頻與非變頻的情況下就行了最優(yōu)化尋解,得到了逐月的在各個工況下的最優(yōu)調節(jié)方式。關鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng);凝汽器; 運行優(yōu)化;變頻中圖分類號:TM621.6文獻標識碼: A文章編號:1006 -8449(2011 )05 0089 -040引言火電廠循環(huán)水系統(tǒng)是一個龐大的動力系統(tǒng)，其耗f一電源頻率,Hz;電量較大,約占電廠本身發(fā)電量的1.5% -2% ,對循環(huán)p一電動機磁極對數(shù);水系統(tǒng)進行優(yōu)化是降低廠用電量、提高電廠經(jīng)濟效益s-轉差率。.的主要措施。一般而言循環(huán)水量過大,則背壓降低,機由于異步電動機的轉速與電源頻率成正比，所以組出力增加,同時循環(huán)水泵耗功增加;循環(huán)水量過小則當改變電源頻率時,轉速也會隨之改變,這就是變頻調真空惡化、機組出力降低,因此尋找最佳循環(huán)水量對降速。低廠用電量具有重要意義。傳統(tǒng)的節(jié)流調節(jié)方式雖然由于高頻變壓器只需將變頻器串在電源回路之中比較簡單,但是增加了管道的阻力,易使水泵脫離高效而不需要另加輸人輸出設備,故采用高頻變壓器進行區(qū)運行,降低了水泵的效率"。簡單的用開閉循環(huán)水泵變頻。在選擇變頻器時主要注意容量匹配的問題,同時的方式也過于粗糙。隨著變頻技術的發(fā)展,循環(huán)水泵的也要考慮泵的機械特性與變頻器的特性相適應。通過變頻調節(jié)逐漸成為近幾年熱門的研究方式，但是冷卻選擇,所取變頻器變頻范圍為0.2 60Hz。將變頻調速器水溫度,河流水位逐月的周而復始的變化,用電負荷也直接串接在電源的輸人回路中,接法如圖1所示。時常發(fā)生改變，并且在變頻和傳統(tǒng)的控制泵的臺數(shù)相組合的方式下，如何尋找實時最佳頻率和開啟水泵臺l整流變頻輸出數(shù)已成為運行人員的難題。本文詳細給出了建立循環(huán)交流電源電機:水系統(tǒng)的模型并且求解出實時最優(yōu)化運行方式?？刂茊卧?變頻調節(jié)的原理改變水泵的轉速可以改變泵的性能曲線，這種調圈1變頻調速的邏輯接線節(jié)方式稱為變頻調節(jié)。由電機學知識可知異步電動機的轉速表達式為:在泵的變中國煤化工速發(fā)生了改變而泵本身沒有:MYHCNMHGq可進行特性曲n=60f(1-s)(1)線的相似變換。當轉速改變時四:式中n-異步電機轉速,r/min;.總14路第2 89| 制冷罕發(fā)電技術與電力機械TrinQ=叢(2)總流量等于各個并聯(lián)管道流量之和，各個并聯(lián)管道流Qz n動阻力相等。為了體現(xiàn)模型的精確度,應充分考慮氣候景;=(品)(3)變化和負荷變化對管路阻力的影響,即江河水溫、水位都是逐月變化的，如某電廠取水口水位、水溫逐月變骨=(出)(4)化,見表1。可見冬夏水位、水溫差異極大,尤其是水位最大相式中Ql,Q2- 轉速改變前、后的流量,m/s; .差達到10m,必須要加以考慮,因此阻力計算必須逐月n,n--改變前、后的轉速,r/min;離散進行。同時凝汽器水阻受負荷、水溫、流速綜合影H,H2 -轉速改變前、后的揚程,m;響了建議采用美國傳熱學會推薦的HEI公式查表擬P,P.-轉速改變前、后的功率,MW。即當同一臺泵改變轉速時,流量與轉速成正比,揚合成函數(shù)。程與轉速的平方成正比,功率與轉速的三次方成正比。3開式循環(huán)水 系統(tǒng)的數(shù)學模型實測的等效曲線和理論上的等效曲線是有差異的,只在高效區(qū)兩者才吻合。因此在選取變頻器時不僅要注在開式循環(huán)水冷卻的熱力發(fā)電廠中，在一定的外意容量匹配的問題，同時也要考慮泵的機械特性與變部條件下,即在蒸汽流量不變、循環(huán)水初溫確定、取水頻器的特性相適應。通過選擇，所取變頻器變頻范圍口水位確定，這樣在整個機組確定的情況下適當?shù)募?0 60Hz。盡管如此,在工程實踐中采用調速的方法,還大循環(huán)水量,會降低凝汽器內的凝結壓力,從而加大汽是大大擴展了葉片泵的高效率工作范圍輪機末級的有效焓降,提高機組的相對內效率,會適當假設原水泵的的揚程與功率特性曲線公式分別為的增大汽輪機的出力，當循環(huán)水量加大到- -定 的程度,H =f(q),P=g(q)那么變頻后的水泵的數(shù)學模型可表會由于背壓過低，而汽輪機末級葉片長度有限而余速示為:損失加大,故相對內效率是降低的,汽輪機出力反而減H=/(p.q1).5(5)少。無論在哪種情況下,增大循環(huán)水量就意昧著需要增加循環(huán)水泵的耗功。在這種矛盾情況下必然存在-一個R=(fq)赫(6)最佳值的水量,即在低壓缸排氣量冷卻水進口溫度一定、水位- -定的情況下,汽輪機功率的增加值與循環(huán)水式中H-變頻后水泵的揚程,m; .泵多消耗的電能的差額最大時的真空稱為機組的最佳P一變頻后水泵的功耗，,MW;真空。傳統(tǒng)的建立在最佳真空上的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運qr一變頻后水泵的流量,m2/s。行的數(shù)學模型為典型的有約束的非線性規(guī)劃模型,具體表達式為": .2循環(huán)水泵工作點的求解(7)首先應該得到泵的揚程特性曲線H =f(q )和管道MauxEZNe-之咖的阻力計算公式R =z(q),單泵運行時其泵的特性可該模型需要控制的條件:由制造廠提供的泵特性曲線圖表擬合而成，計算表明Ng:=f(Dk,Pk;)i=1,2,..,m .三次曲線就足以保持曲線的精確度,但實際運行中常Np: =f(H,Q;)j =1,2,*",n常是多臺水泵并聯(lián)運行,且供水管道也是多分支的。多Pk;=f(Q,w,Dk,F) i=1,2,.",m臺同類型水泵并聯(lián)運行的數(shù)學模型是:流量疊加、功率Q=Q1+ Q+..*+ Qm疊加、揚程不變。對于多分支的供水管道其阻力計算應H,=H、把握以下原則:流經(jīng)串聯(lián)管道時其流量沿程不變,流動Qm≤Q≤Qm阻力等于各個串聯(lián)管道阻力之和;流經(jīng)并聯(lián)管道時其式中 Ng:- 該電廠某臺汽輪機的發(fā)電量,MW,下角i為機組臺數(shù);表1水溫、水位逐月統(tǒng)計褒Nn:一該申廠某臺水泵耗費的月份中國煤化工ww,下角j為水項目12789101aMHCNMH Gq;平均溫度,C 6.4 7.1 10.6 163 21.3 25.2 27.5 28.3 24.6 19.8 14.7 9.Pk;一該電廠某臺機組凝汽器平均水位,m 1.20 1.21 12.48 14.93 17.45 19.21 21.52 20.60 19.99 18.555 15.70 12.769.發(fā)電技術與電力機械中的背壓, kPa;Qm一循環(huán)水泵穩(wěn)定運行最大流量, m's。Dk;一該電廠某臺汽輪機低壓缸末級排汽量,m'/e;4優(yōu)化結果與分析Q; -第i臺機組凝汽器的循環(huán)水的流量, m2/s;以某電廠2臺600MW超臨界機組循環(huán)水系統(tǒng)為two1 -凝汽器循環(huán)水進口的某月平均水溫,C;例,編制了一套程序對模型進行了求解。根據(jù)現(xiàn)場的情E一第i臺機組凝汽器冷卻面積,m2?;況，分別對目標函數(shù)值采用了三泵并聯(lián)運行和四泵并Q; - -第j臺循環(huán)水泵的流量,m/s;聯(lián)運行兩種運行方式在變頻與未變頻情況下，求解了H;-第j臺循環(huán)水泵的揚程,m;目標函數(shù)值并且相互比較得到了最優(yōu)化運行方式和運H,- -循環(huán)水泵的總揚程,m;行頻率。圖2分別選取了THA工況.75%額定工況、H一整個管道阻力;50%額定工況下的逐月的計算結果。Q. - -循環(huán)水泵穩(wěn)定運行最小流量,m2/s;45.2+ "十醺瓶R 45.1: + -四篆井聯(lián)+四泵井雅9s -甘三漂井聯(lián)30-+三裂并聯(lián)4.9+四累安頻地448一三氧女頻一三軍頰44.98一41234567 89111221234567891011121 234 567 89101112月份月份.a)e)圈2各工況優(yōu)化結果a)THA工況b)75%頓定負荷 c)50%額定負荷由圖2可知在任何情況下變頻調節(jié)最優(yōu)方式的凈基本- -致,而冬季運行時的頻率相對偏低,基本都降頻發(fā)電功率都要高于不變頻的調節(jié)的最優(yōu)方式。其中變到 30-~40Hz。這是因為夏天冷卻水溫高,需要加大循環(huán)頻調節(jié)的冬季凈功率要比不變頻調節(jié)在THA工況下水量來強化冷卻,但是江河水位高,考慮到循環(huán)水泵本可以高出2MW以上,節(jié)能效果相當明顯,而在夏季兩身的設計是有- -定的余量，基本上泵能夠在設計的高者相比較前者大約比后者多出4MW左右，有一定的效區(qū)運行。但是冬季冷卻水溫低,需要減少泵的功耗,節(jié)能效果但不是很明顯。同樣在低負荷工況下,采用變同時河流水位降低與豐水期相差10m,泵會偏離高效頻調節(jié)的節(jié)能效果比THA工況下更加明顯。區(qū)運行，這時候相應降低泵的頻率，改變泵的特性曲從變頻調節(jié)的最佳頻率上看，每個月每種工況下線,使之重回高效區(qū)運行。的最佳運行頻率都在變化。如圖3所示,以THA工況隨著機組負荷降低到75%、50%負荷時,其最佳的為例，當機組的循環(huán)水泵運行臺數(shù)確定時，機組夏季泵的組合方式與最佳的運行頻率大致與滿負荷時相(6~9月)運行時水泵的最佳頻率比較高,與額定頻率同, 只是頻率稍有些改變。從經(jīng)濟效益來分析,如果以THA工況為例,假設6全年機組運行時間為5500h，假定平均多發(fā)電1.52MW,火電脫硫上網(wǎng)電價為0.405元/kWh,那么2臺生4- + THA工祝機組變頻后工作- -年可為電廠節(jié)約334萬元左右,而冊3卜-75%負荷1臺變頻器的售價約為幾百萬元，可以看出使用變頻離2(-★50%負荷調節(jié)在幾年就可以收回成本,經(jīng)濟效益明顯。中國煤化工01234567891011125結語YHCNMH G .(1)在負荷、外界條件- -定 的情況下,尋找汽輪機圈3各工況優(yōu)化運行的頻率優(yōu)頻辜No.5/2011發(fā)電技術與電方機城的最佳背壓就是尋找最佳循環(huán)水量。各種循環(huán)水量調參考文獻:節(jié)方式的核心就是調節(jié)泵的運行工況點，因此循環(huán)水[1]閆桂煥,顧昌,鄭李坤.300MW機組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究[仍汽輪機技術, 2002.446):345-347, 368.系統(tǒng)模型的核心為求解泵的工況點。(2)從變頻調節(jié)循環(huán)水泵和傳統(tǒng)的通過開閉循環(huán)[2]毛正孝,趙友君.泵與風機[M].北京:中國電力出版社, 1990.176.[3]高峰，白焰,吳曉洪.基于變頻調速技術的電廠循環(huán)水系統(tǒng)改造[0水泵的方式相比較可知，變頻調節(jié)具有明顯的經(jīng)濟效中國電力教育,2006,研究綜述與技術論壇?？?269-272.益,但是實際運行中,不同的負荷下,具體的最優(yōu)化頻[4]張善達,顧晶,費廣雄,丁燕,方瓊.帶尾水電站母管制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)率和泵的組合臺數(shù)逐月都不相同需要及時調整才能取化運行的研究[J.汽輪機技術, 2004,3:220~225.收稿日期:2011-08- -24得最佳的經(jīng)濟效益。修回日期:2011-09- -20Research on Optimal Operation of Circulating Water System of 600MW UnitQU Zhi-chao，QUE Yan- ping(Huadian Eletric Power Research Institue ,Hangzhou 30000,China)Abstract: This article described the principles of pump frequency regulation and similar principle of pump, andestablishs a pump operating point of the solution method. based on circulating water system of 600MW plant, the article setup a mathermatics modle of optimal operation, analyses and compares optimal results of variable frequency speedmodulation and general regulation.Key words: circulating water system; condenser; operation optimization; frequency conversion作者簡介:曲智超(1984-),男,黑龍江人,工學學士,助理工程師,從事汽輪機優(yōu)化改造項目管理工作;卻燕平(1986- -),男,湖北人,碩士,從事汽輪機優(yōu)化改造工作。(上接第94頁)[9] 王字露.論我國風電設備制造企業(yè)的自主創(chuàng)新能力提升[J,能源技術2008,20(1);19-23.經(jīng)濟.2011,23(3):63-66.[14] 郭伊琳風電發(fā)展的關鍵問題與挑戰(zhàn)貝電力技術經(jīng)2008,20();[10]謝國輝.李瓊意,高長征.基于Balmorel模型的風電消納能力研究辦37-40.能源技術經(jīng).201.235);29-33.[15] 白建華辛頌旭,賈德香.我國風電大規(guī)模開發(fā)面臨的規(guī)劃和運行問[1]李娜,榮振威.我國風電設備制造業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景[].電力技術題分析[D]電力技術經(jīng)濟2009,212);7-11 .經(jīng).2005,17<5):5-10.收稿日期:2011-07-20[12] 施鵬飛關于中國風電發(fā)展的恩考[們].電力技術經(jīng)濟2006181():4-6.修回日期:2011-08- -21[13]仇衛(wèi)東,王智冬,李雋.我國風電發(fā)展相關問題分析[I].電力技術經(jīng)濟,Discussion on Wind Power Project Cost ControlZHANG Rui-jun(Huadian New Energy Development Co. ,Ltd,eijing 100031 ,China)Abstract: cost management was an important part of project management , besides some objective factors determiningproject cost , strengthening the scientific management of the project, taking some positive measures, play a good promotingrole in contolling the project cost.Key words: wind power project; project cost; wind resource;中國煤化工資作者簡介:張瑞君(1973- -),男,內蒙古和林格爾縣人,碩士研究生,工程師,THCN M H G新能源技術研究。92|總第41用第32潘No.52011