第30卷第3期機電工程Vol. 30 No.32013年3月Jourmal of Mechanical & Electrical EngineeringMar. 2013DOI: 10.3969/j.issn.1001- -4551 .2013.03.024雙速循環(huán)水泵冷端系統(tǒng)優(yōu)化及時間遞推分析馬潔',孫永平”，盛德仁",吳文健,李 蔚',陳堅紅'(1.浙江大學熱工與動力系統(tǒng)研究所，浙江杭州310027;2.浙江省電力公司電力科學研究院，浙江杭州310014)摘要:為探究雙速泵循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行問題,對冷端系統(tǒng)模擬工況計算模型進行了分析建立了在- -定循環(huán)水進口溫度與不同負荷不同循環(huán)水泵運行方式下的功率收益及費用收益通用特性曲線;另外,為避免水泵啟停以及高低速切換過于頻繁,提出了時間遞推優(yōu)化模型,利用前一-天的綜合功率收益 、費用收益來預測后- -天的循環(huán)水泵優(yōu)化方案。 最后,以某電廠600 MW機組為例,利用以上分析模型進行了計算。研究結果表明:經優(yōu)化后的綜合機組功率收益可達1 699.39 kw ,運行費用收益可達每小時658.26元。關鍘詞:循環(huán)水系統(tǒng);雙速泵;優(yōu)化;時間遞推中圖分類號: TM621文獻標志碼:A文章編號:1001- 4551(2013)03- 0349-05Optimal operation and time recursion analysis of tw0- -speedcirculating water pump unitMA Jie', SUN Yong -ping', SHENG De -ren', WU Wen-jian', LI Wei', CHEN Jian-hong'(1. Institute of Thermal Science and Power System, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2. Electric Power Research Institute, Zhejiang Electric Power Corporation, Hangzhou 310014, China)end system under the simulation working condition was investigated with the analysis of the general features of power income and expenseincome in a certain circulating water inlet temperature , difterent load and different water circulating pump operation. Otherwise, to avoidthe frequency of water pump's powering on, powering off and switching between high and low speed,a time recursion optimization modelwas put forward, which can predict the optimal operation mode a day after using the comprehensive power income and expense incomethe day before. Taking a 600 MW power plant as an example, it was caculated using these two models. The results indicate that thecomprehensive power income is up to 1 699.39 kW and the comprehensive expense income is up to 658.26 Yuan per hour.Key words: circulating water system; two -speed pump; optimization; time recursion重視循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行，并提出和采用了一一些優(yōu)0引言化方案,也取得了一-定的經濟效益[0-7]。循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行是指在滿足凝汽器最佳筆者從經濟性角度出發(fā),以某電廠600MW機組水量的前提下,尋找最優(yōu)的并聯(lián)水泵運行組合和調速為例,建立循環(huán)水系統(tǒng)模擬工況計算模型,以功率收比,使整個泵組處于最優(yōu)運行狀態(tài),以提高火電廠的益及費用收益作為目標函數,闡述微增功率和循環(huán)水經濟效益"。對于在100%額定負荷運行時的600 MW泵耗功的計算過程,考慮到機組經過雙速改造后,循機組,采用優(yōu)化計算之后的電能收益高達1482 kW ,環(huán)水泵的運行方式更多,采用傳統(tǒng)的等效益曲線圖[0-9]1占主機功率的0.25%2。長期以來許多發(fā)電廠都非常不能直觀與中國 煤化工,為此本研究提*YHCNM HG收稿日期: 2012-11-16作者簡介:馬潔(1989-),女 ,江蘇靖江人，主要從事火電及核電廠熱力性能計算等方面的研究. E- mail:21027079@zju.cdu.cn通信聯(lián)系人:盛德仁,男,教授. E-mail:shengdr@zju.edu.cn350 .機電工程第30卷出繪制- -定 循環(huán)水進口溫度下,不同負荷、不同循環(huán)通 過變工況理論逐級計算繪制排汽壓力對功率的修水泵運行方式下功率收益及費用收益的系列通用曲正曲線并提供給用戶,對于通流部分未進行改造和系線圖。另一方面,水泵的頻繁啟停將對泵本體、機械統(tǒng)變更的機組,可利用該法確定汽輪機特性。密封裝置、出口逆止門等造成- -定的損傷,且對于雙1.2.1 凝汽器熱 負荷速泵，高低速的切換需要停機操作,頻繁切換會影響凝汽器熱負荷的計算采用理論計算與精確熱力電廠的經濟性和安全性,因此筆者提出時間遞推優(yōu)化試驗相結合的方法,根據試驗所得熱耗率修正曲線計模型,將前一天內的機組功率收益、費用收益進行累算變工況下機組熱耗率,進而求得凝汽器熱負荷,更加排序,以預測指導后一天的循環(huán)水泵優(yōu)化方案,并貼近機組實際運行情況。保證每天循環(huán)水泵啟停與切換次數不超過一一次。由機組負荷求熱耗率,其擬合公式為:r。=2.374 8x10*P2 - 3.872 3P.+9 218.9 (3)1循環(huán)水系統(tǒng)模擬工況計算模型式中: P.- -機組功率, MW。模擬工況計算模型是指以實時運行工況的參數當機組排汽壓力偏離額定工況時,熱耗率也會發(fā)為基礎,修改其中可調參數(循環(huán)水泵臺數、葉角、循生變化, 當排汽壓力低于額定工況時,排汽壓力修正環(huán)水出口門等) ,進行模擬計算,以得出同- -循環(huán)水進系數為正,則熱耗率增加,反之亦然?？跍囟取⒉煌烧{參數下運行耗差變化情況。以某電50%和100%負荷工況下,排汽壓力對熱耗率修正廠600 MW機組為例,模擬工況所需要的運行參數主系數擬合公式分別為:要包括:發(fā)電機輸出功率、進人低壓凝汽器排汽溫度、Or50on=1.875 8x 10~pζ- 1.330 3p.+6.803 8 (4)進入高壓凝汽器排汽溫度、凝汽器熱井出口凝結水溫r0on=-8.896 4x 10~p2-0.710 3po +4.478 1 (5)度、低壓凝汽器循環(huán)水進口溫度、高壓凝汽器循環(huán)水式中:P.-排汽壓力,kPao出口溫度。其可調參數為循環(huán)水泵組合。其他負荷工況下的修正系數可通過插值法獲1.1目標函數得。當負荷為m %時,熱耗率修正擬合公式為:1.1.1功率收益Arx-=10m-STrx :(m- 50)+Or5% (6)通過增加循環(huán)水量雖然可使機組電功率增加,但50同時循環(huán)水泵的耗功率也要增加。當改變循環(huán)水量由式(3,6)得修正后熱耗率為: .使機組電功率微增值AP.與循環(huán)水泵所耗功率的增r=ro*(1 +0.01 . Or,)(7)加值AP,之間的差值達到最大時,所對應的真空稱為由能量平衡,可得出排人凝汽器的熱量為:最佳真空。機組最大功率收益SP_為:Qm=Po.r-P。3 60/nmn,)-D.h (8)AP.. =AP.- AP,(1)式中: η.-機械效率,%; η。-發(fā)電機效率,%;1.1.2 費用收益D2 -供熱流量,th; h. - -供熱抽汽焓值, kJ/kg。近年來,隨著電力體制的改革深人以及電力調度凝汽器熱負荷Q為:自動化程度的提高,最優(yōu)化目標逐漸由機組煤耗率最Q=Q-D.h.(9)小化轉變?yōu)槭袌鼋洕鷷r期追求企業(yè)利潤的最大化[0。式中: D. -進人凝汽器的低壓缸排汽流量,th; h.-對于給定機組,在機組負荷和循環(huán)水溫等內外部條件凝結水比焓,kJ/kg。一定的情況下,通過尋求最優(yōu)的循環(huán)水泵運行組合、研究者運用實時工況下的參數,通過計算凝汽器葉角開度等調整目標,以使綜合利潤最大化的方法,負荷可求得凝汽器清潔系數,在仿真工況計算中,通稱為費用收益法。過凝汽器熱負荷,迭代計算機組功率。本研究將發(fā)電增量折算成煤耗成本OC. ,泵耗功1.2.2循環(huán)水流量增量折算成電價費用OC, ,煤耗成本與電價費用之差本研究根據循環(huán)水泵葉角開度管路閥門開度以達到最大所對應的循環(huán)水量即為最佳值,即:及循環(huán)水泵運行方式所對應的循環(huán)水泵性能曲線和AC.. =△C. -QC;=OP.c.b,-OP,"c，(2)管路性能曲線取交點,即為循環(huán)水泵工作狀態(tài)點。以式中:c-標準煤價 ,元/t; b,-供電煤耗率,kg/(kW.h);2機4泵小母管制循環(huán)水至統(tǒng)為例循環(huán)泵經過雙速改中國煤化]c,-.上網電價,元/t。造,其運行方三運行工況的計算1.2 變工況下機組微增功率的確定過程更為復CNMHE程保持不變、流在某一新蒸汽參數和流量下汽輪機輸出的功率量疊加的原則。循環(huán)水泵運行工況如圖1所示,研究者與排汽壓力的關系稱為汽輪機特性。汽輪機制造廠根據圖 1即可求得各運行方式下對應的工作狀態(tài)點。第3期馬潔,等:雙速循環(huán)水泵冷端系統(tǒng)優(yōu)化及時間遞推分析0←00 250 300 350 400 450 500 550 600030.-一機兩泵兩高+ --機兩泵-高-低兩機二溧兩高低105兩機三裝-高兩低管路鼠力特性曲線循環(huán)水流tum's")機組負荷MW81 循環(huán)水泵運行工況圖2循環(huán)水人口溫度 24.6 C時的微增功率曲線圖.2.3排汽壓力的計算300凝汽器壓力由與之對應的飽和蒸汽溫度1,決2000定。飽和蒸汽溫度計算方法如下式:1,=1.1+▲t+8t(10)350450I 00式中:t。-循環(huán)水進口溫度,; Au- -循環(huán)水溫-2000升,C; 8t -凝汽器傳熱端差, C。000-=二組價該算例中采用雙背壓凝汽器,需要對高低壓凝汽4000器分別進行飽和蒸汽溫度的計算,具體計算過程可參圖3循環(huán)水入口溫度 24.6 C時的功率收益曲線圖考文獻[11-12]。.1.3 變工況下循環(huán)水泵耗功增量的確定600根據泵類機械流體相似原理,已知制造廠提供的a 40高速循環(huán)水泵功率特性曲線,可求得低速狀況下功率特性曲線,根據循環(huán)水泵運行方式及循環(huán)水流量,即5040043005506可求得循環(huán)水泵耗功增量△P,。本-2001.4循環(huán)水泵最佳運行方式的流程確定在同一仿真模型計算中,本研究認為凝汽器的清潔系數不發(fā)生變化,清潔系數可由輸人的實時工況計圖4循環(huán)水入口溫度 24.6 C時的費用收益曲線圖算求得。實時工況的機組功率和凝汽器熱負荷作為由于機組負荷與循環(huán)水進口溫度于前后兩天不修改可調參數后第- -次迭代的初值。本研究保持循同時間段內相差不太大,本研究以--天作為時間單環(huán)水進口溫度--定,改變機組負荷以及循泵運行方元,利用時間遞推優(yōu)化指導模型,結合冷端系統(tǒng)運行式,重復以上計算,得出機組微增功率、功率收益以及參數的變化特性,根據前- -天內的綜合功率收益以及費用收益隨機組負荷的變化,并給出最優(yōu)排列。費用收益,合理地預估今天的最合理的循環(huán)水泵切換管理人員可根據當前循環(huán)水進口溫度,查找相對運行方式,再根據當天的機組負荷和循環(huán)水溫情況計應收益曲線(如圖2~4所示,基準工況為組合1,即-機算綜合功率收益以及費用收益,用于預測后-天最經兩泵一兩高速泵),從而選定循環(huán)水泵最佳運行方式。濟的循環(huán)水泵組合,依次遞推。某600 MW機組在一天24 h內典型時段的運行參2時間遞推優(yōu)化指導模型數如表2所示。本研究根據不同時間點的運行工況數雙速改造僅改變定子繞組的接線方式,不添置和據計算該工況下功率收益與費用收益,可得到一天內改變任何設備,即可達到兩種速度。其相對于其他調不同循環(huán)水泵運行方式下的功率收益與費用收益走速方式具有改造投資小、維護運行保養(yǎng)方便、可靠性勢圖,如圖5、圖6所示。筆者將24 h內不同時刻的功高等優(yōu)勢,但缺點是需停泵進行切換。率收益和費用收益進行積分求和取平均,即可得到一由于機組參與的調峰狀況偏多,循環(huán)水泵啟停與天內不同循環(huán)水 運行方式下的機組綜合功率收益P高、低速切換都需要一定的操作時間,實際操作過程及綜合費用收益^r中國煤化工中不可能在不同負荷、不同進水溫度間不停地切換組合;另一方面,水泵的頻繁啟停也將對泵本體、機械密YHCNMH CP.Ot)OP=-i -=_。(11)封裝置、出口逆止門等造成一定的損傷。為此本研究提出時間遞推優(yōu)化指導模型?！?52●機電I第30卷表2某600 MW機組24 h運行參數(典型時段)時間發(fā)電機輸出高壓凝汽器低壓凝汽器凝汽器熱井循環(huán)水出口循環(huán)水進口功率MW排汽溫度/C排汽溫度C .出口溫度/C溫度心C溫度/C6:00356.634.8331.2834.6932.4424.079:00482.236.4731.7036.0533.4422.7012:00589.736.1132.2835.9332.2123.3618:0038.9433.5338.5435.6623.6821:00440.835.2931.0935.1532.2522.1024:00293.628.2625.7228.2117.18表3某600 MW機組- -天內時間遞推模型計算結果6000+對應功率對應費用4000.功率收益收益值費用收益2000最優(yōu)排列kW1(元h)246881/1416(18/20224組合61699.39658.26不-2000組合51 55.24592.6240006000組合41405.555521.92時刻h組合31343.67組合7511.84圖5 - -天內某機組功率收益曲線圖859.28490.721500組合2753.51組合8.277.21組合1275.36500組合8-301.450表4機組雙速運行循泵相關參數凝汽器循環(huán)循泵綜合循泵-1 500時刻名稱循泵組合水流量耗功揚程/(t-h")/kW/m圖6 - -天內某機組費用收益曲線圖-機兩泵兩高72 280.49795027.99之(0C.-SC)Qu 之(QC. 01)一機兩泵一高一低65 936.72 6 794.67 25.48sC=1(12)兩機三泵三高62 066.43 5 895.01 24.55-機兩泵兩低60 301.49 5 670.5 24.02兩機三泵兩高一低57225.72 5 201.19 22.86式中: AP.-機組微增功率, kW;△P, - -循環(huán)水泵所耗組合6兩機三泵 -高兩低54 963.74 4 785.32 22.25功率的增量,kW;△P -功率收益,kW; SC-煤耗成一機一泵一高44 093.80 3 657.89 19.41本增量,元h; AC。一電價費用增量,元h; SC一費用-機一泵一低37 282.81 2 587.44 17.85收益,元h。本研究將- -天內不同循環(huán)水運行方式下的機組3.2結果分析綜合功率收益AP及綜合費用收益AC進行優(yōu)化排3.2.1模擬工況計 算結果序,可用于預估指導當天最合理的循環(huán)水泵運行方本研究對600MW汽輪機進行冷端系統(tǒng)優(yōu)化計式。筆者對上文600 MW機組進行時間遞推指導優(yōu)化算,根據試驗期間實測所得該電廠機組的實際運行數模型計算,其最優(yōu)組合排序結果如表3所示。據,通過改變循泵運行方式改變循環(huán)水流量,以組合1(一機兩泵兩高)作為基準工況,利用循環(huán)水系統(tǒng)模擬3計算實例工況模型計算,從而得出機組微增功率、功率收益以3.1機組介紹及費用收益隨機組負荷的變化曲線(如圖2~4所示)，某電廠4臺600MW超臨界燃煤發(fā)電機組,凝汽即在同-循環(huán)水口淚度24 6r不同機組負荷下的中國煤化工器為N-37000A型單流程雙背壓凝汽器,循環(huán)水泵經計算結果。THCNM H G,雙速改造后高、低速分別為370 r/min與330 r/min。循圖2中,v以m咱陋日v組負荷的增加而環(huán)水泵的運行方式總共有8種組合,其循環(huán)水流量、循減小,其中,組合7與組合8方式下隨著負荷的增加微泵耗功等參數如表4所示。增功率減小的幅度最大;組合2方式下,在負荷變化中第3期馬潔,等:雙速循環(huán)水泵冷端系統(tǒng)優(yōu)化及時間遞推分析353●微增功率-一直保持最大,組合8方式則最小。和負荷運行情況預測當天的循環(huán)水泵最優(yōu)組合,更符由圖3、圖4可看出,采用費用收益與功率收益的合實際應用情況。尋優(yōu)結果較為接近,只有當標準煤價與上網電價發(fā)生參考文獻(References):較大變化時,曲線才會發(fā)生- -些整體偏移。當標準煤[1] 夏東偉,張承慧,石慶升.電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化控制及其價.上漲幅度較大時,應考慮通過增加循環(huán)水流量降遺傳算法求解[J].山東大學學報,2005 ,35(2):50 -54.低汽輪機背壓來增加機組發(fā)電量;而當上網電價上調[2] 樓可煒,孫永平,秦 攀,等.600MW機組循環(huán)水泵最佳運幅度較大時,應考慮通過減少循泵耗功來降低廠用行方式的確定方法[J].浙江電力,2011 ,30(9):47-50.電。[3] 李秀云,嚴俊杰,林萬超.火電廠冷端系統(tǒng)評價指標及診3.2.2 時間遞推優(yōu)化指導結果斷方法的研究[J].中國電機工程學報, 2001,21 (9):94- 98.該電廠進行時間遞推優(yōu)化后的排序結果如表3所[4]石濤,孫永平 ,朱朝陽,等.母管制雙速循環(huán)水泵冷端系統(tǒng)示,本研究將前-一天8種循環(huán)水泵組合方式下的機組的運行優(yōu)化[J].動力工程學報,2011,31(4):285 -289,311.功率收益、費用收益進行累加排序,預測后- -天循環(huán)水[5] 張志剛,王 瑋,曾德良,等.冷卻塔出塔水溫的迭代計算泵最優(yōu)組合運行方式。由計算結果可得,組合6的綜方法[J].動力工程學報,2010,30(S):372- -377.合機組功率收益為1699.39kW,運行費用收益為[6] 李勇,曹麗華,趙金峰,等考慮更多因素的凝汽器最佳真空確定方法[J].中國電機工程學報, 2006, 26(4):658.26元h,為最優(yōu)循環(huán)水泵運行方式。71-75.4結束語[7] 王瑋,曾德良,楊婷婷,等.基于凝汽器壓力估計算法的循環(huán)水泵最優(yōu)運行[].中國電機工程學報, 2010, 30本研究對雙速循環(huán)水泵模擬工況冷端系統(tǒng)優(yōu)化(14):7-12.模型進行了分析,介紹了判斷指標,并采用費用收益8] 劉吉臻,王 瑋,曾德良,等.火電機組定速循環(huán)水泵的全作為冷端系統(tǒng)優(yōu)化模型的目標函數,考慮了煤和電不工況運行優(yōu)化[J].動力工程學報,2011 ,31(9):682- 688.同能量價值后的綜合價值后的綜合煤耗成本,與功率9]焦玉香,馮永和. 循環(huán)水泵節(jié)能改造[J].機械, 2012,39(4):86-88.收益相比更加科學。[10] 肖增弘,董立羽,王 雷.廣義經濟調度模型下火電廠循為了避免循環(huán)水泵頻繁起停和切換,本研究提出環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行及可視化實現[J].電力技術經濟，了時間遞推優(yōu)化指導模型,得出- -天內的綜合功率收2008,20(6) :43-46.益以及費用收益,能夠更好地指導管理人員選擇最優(yōu)[11] 曾德良,王瑋,劉吉臻,等.雙壓凝汽器閉式循環(huán)水系統(tǒng)的最優(yōu)運行方式[J].熱能動力工程, 2011, 26(2) :循泵組合。最后,本研究針對某電廠600 MW機組進171-175,252.行計算,給出8種循環(huán)水泵運行方式下的機組功率收[12] 葛曉霞,繆國鈞,鐘 澎,等.雙壓凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)益和運行收益的排列,以方便運行人員選擇最優(yōu)的循化運行[J].動力工程,2009 ,29(4):389 -393.環(huán)水泵運行方式,同時也可以根據前一天的氣溫條件[編輯:李輝](_上接第348頁)[5] SALAS V ,ALONSO-ABELLA M,CHENLO F,et al. 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