第24卷,總第139期《節(jié)能技術(shù)》Vol 24, Sum. No. 1392006年9月,第5期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYsep.2006,No.5循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化分析李偉(上海交通大學(xué),上海2000摘要:通過對循環(huán)水系統(tǒng)的影響因素分析,建立其優(yōu)化運行數(shù)學(xué)模型,從而進行優(yōu)化計算,并與原運行方式進行比較,從而提出新的建議和運行方式,提高機組經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化模型;經(jīng)濟性中圖分類號:TK267文獻標(biāo)識碼:A文章編號:100-6339(2006)05-0470-0Optimization Analyses on Water Circulating System of Thermal Power UnitsLI WeiCollege of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, ChinaAbstract: With the help of the influencing factor analyses, an optimizing model on water circulating system isestablished In order to improve the performance of thermal power units, the author presents the proposals on theunItrunning through optimizing calculation and comparison of operational dataKey words: water circulating system; optimizing model; ecnomical characteristic循環(huán)水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠的一個重要系統(tǒng),消耗很大一部分廠用電,相當(dāng)于總發(fā)電量的1.5%MAX△P=2P-2.Np2%U。由于循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備性能的改變,使得原先式中△P一各機組發(fā)電量與各循環(huán)水泵耗電量的設(shè)計運行方式變的并非最優(yōu),得出基于設(shè)計曲線之差;和試驗方式等獲得設(shè)備性能的計算結(jié)果會隨著設(shè)備P1第i臺機組的發(fā)電量,i=1,2性能變化而出現(xiàn)與實際最優(yōu)不符的情況,從而增大m,m為機組臺數(shù);了發(fā)電煤耗。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行實質(zhì)上是尋找N—第j臺循環(huán)泵的耗電量,=1,2,機組的最佳真空,通過對循環(huán)水系統(tǒng)的影響因素進,n,n為循環(huán)泵臺數(shù)。行分析建立優(yōu)化模型從而保證循環(huán)水系統(tǒng)按最優(yōu)2循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型相關(guān)的設(shè)備性運行,提高機組經(jīng)濟性。能特性1循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型中目標(biāo)函數(shù)的建立1汽輪機微增功率性能循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟運行研究就是要尋找一種合理在某一新蒸汽參數(shù)和流量條件下汽輪機輸出功的運行方式。在該方式下機組出力增量總和與水泵率與排氣壓力的關(guān)系耗功增加的總量之差最大,此時,機組的運行經(jīng)濟性Pi=f(p, t, q, Pk);最高,故目標(biāo)函數(shù)為其中p,t,q表示主蒸汽壓力、溫度、流量,Pk表示機組背壓,該特性可以通過熱力試驗得出,一般在小范圍內(nèi)往往成非常好的線性變化。收稿日期2006-08-05修訂稿日期2006-09-15作者簡介:李偉(1976-),男,在職研究生,工程師470,22凝汽器性能環(huán)水量的份額較小且水量變化比較小,在建模中可在一定的排氣量下,凝汽器真空與單位時間通以忽略不計,這樣總循環(huán)水量為過凝汽器的循環(huán)水量和循環(huán)水溫的關(guān)系{2)Q=ΣQPk= f(De, twl, Q,&)(2)能量平衡,循環(huán)水系統(tǒng)的總阻力由n臺循環(huán)溫度,D表示排氣量,&為考慮冷卻管的內(nèi)表面的水泵并聯(lián)運行產(chǎn)生的揚程B來克服,即有HnB清潔狀態(tài)、材料及壁厚的修正系數(shù)。凝汽器的特性可以通過做試驗來確定,但實際循環(huán)水泵一般都有其長期穩(wěn)定運行的工作范圍,做起來比較困難通過計算也可以近似得到然后用圍,就能確定出并聯(lián)運行后的總流量范圍即有試驗修正。由于設(shè)計工況下凝汽器的清潔系數(shù)選擇帶有一定的盲目性,使的修正系數(shù)&有誤差,從而Qmn≤Q≤Qmx計算的理論凝汽器的變工況特性與實際運行的工況(4)各凝汽器分路的阻力系數(shù)的低限。有差距當(dāng)?shù)趇臺凝汽器循環(huán)水分路總的調(diào)節(jié)閥門開足2.3循環(huán)水泵揚程的特性和功率特性時,其管路阻力系數(shù)最小,若記為§mm,正常運行時必須滿足循環(huán)水泵揚程特性結(jié)合管路水力特性可以確定循環(huán)水泵工作點及泵在不同工作點的功耗。一般泵§≥$mim(5)凝汽器正常運行真空的高低限。在不同葉片角度和轉(zhuǎn)速下的揚程特性曲線取制造廠為了保證凝汽器以及整個機組的正常運行,真提供的數(shù)據(jù)設(shè)Hn為第臺水泵揚程,Qp為該泵流空必須控制在一定范量,Npi為該泵功能,g為葉角,則Hpi =f(epi,e2.4循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的水阻力特性3循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型循環(huán)水系統(tǒng)可以等效成圖1所示3。綜合上述分析,循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型為供水管目標(biāo)函數(shù):MAX△P=P-EN約束條件:P:=f(P, t, 9, Pk)Pk=f(D,t1,Q1,&)并聯(lián)循環(huán)泵組H=-Z+￡Q2Hpi=f(Qpi,g)Q= 2Q圖1循環(huán)水系統(tǒng)示意圖H= H系統(tǒng)總阻力特性為Qmn≤Q≤QmxH=-ZoA +toPkm≤Pk≤Pkmx式中,ZoA為涼水塔和熱水井的水位高度差,f為循環(huán)水供水管的阻力系數(shù),可以根據(jù)管道水力計算或水力試驗得到4數(shù)學(xué)模型的求解方法25并聯(lián)泵組的運行特性通過循環(huán)水泵的揚程特性、循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的水電廠往往都使用并聯(lián)泵組向凝汽器供應(yīng)冷卻阻力特性聯(lián)立方程可以求出某個運行方式(水泵組水泵的并聯(lián)運行時候的情況,遵循揚程不變、流量合,葉片角度,各個凝汽器進水閥開度,各水泵轉(zhuǎn)速疊加的原則,并聯(lián)后的總功率等于各個泵功率之和。等)下流過各個凝汽器的循環(huán)水量,通過凝汽器特性只要已知每臺水泵的性能曲線,可以得到n臺水泵可以進一步求出該運行方式下的各個凝汽器的真空并聯(lián)后的運行特性。度,最后根據(jù)汽輪機特性和循環(huán)水泵流量一耗功的2.6循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的其他約束條件關(guān)系分別求出該運行方式下的發(fā)電機組功率和水泵(1)流量平衡,熱力發(fā)電廠的工業(yè)用水量占循耗電,相減得出該運行方式下的凈出力(不考慮其他471廠用電)枚舉各種可能的運行方式,在機組各部分安所示。全運行的前提下,挑選最大凈出力的運行方式作為機組在指定排汽量下的最佳運行方式5循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計算本人所在勝利發(fā)電廠300MW機組循環(huán)水系統(tǒng)240MW工況為單元制供水,過去,運行人員主要根據(jù)運行經(jīng)驗和環(huán)境溫度等因素調(diào)整循環(huán)泵運行臺數(shù),雖然也取得300MW工況SBOMWI了一定的經(jīng)濟性,但其效果取決于運行人員的操作101112排汽壓力kPa水平和判斷能力,隨機性較強。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化圖2機組微增功率特性曲線運行數(shù)學(xué)模型,對該電廠循環(huán)水系統(tǒng)進行優(yōu)化計算,并通過實際改造后的運行試驗數(shù)據(jù)來檢驗?zāi)Ｐ偷目?2循環(huán)水泵性能數(shù)據(jù)行性,并分析改造后的經(jīng)濟性。根據(jù)出廠性能曲線得到表2。5.1機組微增功率特性曲線表2循環(huán)水泵性能數(shù)據(jù)整理本電廠熱力效率試驗所得的數(shù)據(jù),如表1葉片揚程,流量,功耗,葉片揚程,流量,功耗,表1熱效率試驗數(shù)據(jù)開度hkW開度mm/hkW100%122500095060%918000500排汽壓力機組微增100%1720000117060%1315000700、PkPa出力△NkWP-△N的關(guān)系00%2015000115060%15.512500750△N=668.7-1060,3p6.28≤P≤7.6.56-13572100%20.51400110060%181000700957-10285.6△N=3381.5-442.0p7.6≤P≤95780%1021050700161161672△N=27913-281p9.57≤p≤ll6180%13200013.51015.570005507.51-438,4△N=84384-1nl.3p4.6≤P≤7.5l240MW93-81.△N=15237.0-2089975≤p≤9.319120080010.94-103.3△N=1486-140.lp9.3≤p≤10.95.3循環(huán)水泵和凝結(jié)器性能數(shù)據(jù)5.35△N=161.8-3105.0p5.35≤P≤7.24現(xiàn)以循環(huán)泵開度100%為比較基準(zhǔn),利用p-△N180MW10.31-9467.9△N=848.2-1124p的關(guān)系,對1臺循環(huán)泵在不同環(huán)境溫度下,通過改變12.16-16137.6△N=37166-3602p10.31≤P≤12.16循環(huán)泵的葉片開度來求得循環(huán)泵的功耗和機組微增根據(jù)表1繪制出機組微增功率特性曲線,如圖2功率差即相對增加功率△p,計算結(jié)果如下表3表3300MW循環(huán)水溫度,℃片開度,%100806040100840100循環(huán)泵功率,kW960710530490960710530490960710530490汽壓力,kPa3.784.225.147.475.316.137.469677278.1410.012.72相對增加功率kW0-218-1017-34570-63-1858-4170240循環(huán)水溫度,℃30葉片開度,%循環(huán)泵功率,kW4909607053049排汽壓力,kPa3.183.453.825.264.555.216237.766317.148.5310.11相對增加功率,kW09-658-30650872-2425-49850-1160-3343-5988180 MW循環(huán)水溫度,℃6040100806040循環(huán)泵功率,kW490960710530排汽壓力,kPa2.132.172.223.313.443.524.125.085.175.626477.42相對增加功率,kW0125.71504-3196683-46250I148-3609-6521由上表計算可知,隨著泵開度從100%變化到為100%,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進行運行,可以取得明顯的40%,循環(huán)水量逐漸減少,冷卻能力下降,引起排氣經(jīng)濟效益。在300MW工況循環(huán)水溫6時2臺開度壓力上升,并且上升幅度越來越大,引起機組功率下60%比1臺開度100%相對增加功率為2378kW水降,由于下降幅度大于泵功耗的下降幅度,所以相對溫18℃時,運行2臺泵開度為80%比1臺泵開度為增加功率減少。說明開度100%比其他開度為優(yōu)。100%相對增加功率66.5kW。180MW工況,循環(huán)水循環(huán)水溫度越高,其排氣壓力變化幅度越大,相對增溫度為6℃時,運行1臺泵開度為60%比1臺泵開加功率的變化幅度也越來越大。度為100%相對增加功率為150.4kW,18℃時,運行在機組負荷180MW,循環(huán)水溫度為6℃,葉片開1臺泵開度為80%比1臺泵開度為100%相對增加度為60%時,相對增加功率最大。比開度100%每功率為1.44kW,30℃時,運行2臺泵開度為80%比小時節(jié)約功率1504kW;因此開度60%相對其他31臺泵開度為100%相對增加功率為678kW,采用個開度為優(yōu)。另外相對增加功率變化的幅度大,原優(yōu)化計算得出的運行方式,在300MW工況和因是180MW工況下微增功率變化大所導(dǎo)致。即△N180MW工況均效益增加,而240MW工況效益沒有37169.6-36052P的系數(shù)比較大。增加。上面比較了1臺泵4個葉片開度下的效益,事以機組平均負荷240MW,在180MW和300MW實上對應(yīng)每一個負荷和循環(huán)水溫度,還應(yīng)當(dāng)比較2工況各運行1年,6℃和30℃運行時間各為一個季臺泵4個葉片開度下的效益。通過計算比較得出循度計,可以節(jié)約電能(2378+150.4)*24*90環(huán)水泵優(yōu)化運行方式建議。0.25+(665+1.44)*24*180*0.25+67.8*24*90*0.,25=3196152kW·h,可見循環(huán)水采用現(xiàn)代化循環(huán)水溫運行方式后,其綜合效益可觀。泵運行葉片泵運行葉片泵運行葉片參考文獻臺數(shù)開度臺數(shù)開度臺數(shù)開度300MW21〕閏桂煥,顧昌,等.300MW機組循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行的研究(.汽輪機技術(shù),2002,12180 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