第52卷第6期汽輪機技術(shù)Vol.52 No.62010年12月TURBINE TECHNOLOGYDec. 2010300MW機組單元制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行劉哲,王松嶺,王 鵬(華北電力大學(xué)動力與機械工程學(xué)院,保定071003 )摘要:通過對某300MW力發(fā)電機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行分析研究,運用枚舉法逐步搜索出不同負荷下所對應(yīng)的循環(huán)水量。對所得到的循環(huán)水量進行循環(huán)比較確定出機組在不同負荷、不同循環(huán)水溫下最經(jīng)濟的循環(huán)水泵運行方式,編制出循環(huán)水最佳運行工況表和循環(huán)水泵經(jīng)濟調(diào)度圖,對火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的運行具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:熱能動力工程;循環(huán)水系統(tǒng);循環(huán)水泵;優(yōu)化運行分類號:TK264. 1文獻標識碼:A文章編號1001-5884(2010)06-0475-03Optimal Operation of Circulating Water System in 300MW Unit SystemLIU Zhe , W ANG Song-ling, W ANG Peng( Energy & Power Engineering School ,North China Electric Power University , Baoding 071003 ,China)Abstract:In this paper, the analysis of 300 MW coal-ired power unit cooling water system is obtained, using theenumeration way to search the number of circulation water under the different loads. To make sure the optimistic number ofcirculation water under the diferent loads and the diferent temperature , which needed cyeling comparison, establishes thecirculating water optimum operating condition table and the circulating water pump economic dispatch chart,it is of greatsignificance for the power plant' s operation of circulation water system.Key words: thermal power engineering; circulating water system; water circulating pump; optimal operation0前言1循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化原理循環(huán)水系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠一個相對獨立的,對機組經(jīng)循環(huán)水泵是從冷水源取水后送往凝汽器對汽輪機排汽濟性有較大影響的重要輔助系統(tǒng),是為汽輪發(fā)電機組凝氣設(shè)進行冷卻.循環(huán)水泵經(jīng)濟調(diào)節(jié)的核心就是根據(jù)凝汽器最佳真?zhèn)涞认到y(tǒng)設(shè)備提供冷卻水的重要輔機。在電廠中,循環(huán)水泵空所需循環(huán)水量合理調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的組合方式。為提高機作為循環(huán)水系統(tǒng)的核心,其耗電量約占電廠總發(fā)電量的組運行經(jīng)濟性,循環(huán)水泵運行方式切換應(yīng)遵循以下原則:當1.5% ~2%",它又是改變汽輪機真空的重要可調(diào)節(jié)因素，增 加循環(huán)水量時,應(yīng)使汽輪機功率增量大于循環(huán)水泵功率增合理選擇循環(huán)水泵的運行方式對于提高電廠的經(jīng)濟性有重量; 當減少循環(huán)水量時,應(yīng)使機組功率減少量小于循環(huán)水泵要意義。但目前大多數(shù)電廠在循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式中缺功率減少量,即在汽輪機熱耗不變的情況下.使其發(fā)電量N,乏可操作性的理論依據(jù).對循環(huán)水量的調(diào)節(jié)相當粗略,僅憑與循環(huán)水泵的耗電 量N,的差值達到最大值的循環(huán)水量為最經(jīng)驗進行運行調(diào)節(jié)。夏季循環(huán)水溫度較高,按照機組配備的佳循環(huán)水量:循環(huán)水泵皆投人運行;冬季循環(huán)水溫度較低,可以停運一臺maxSN= ZoN.- ZoN,(1)或多臺泵,但沒有具體明確的理論依據(jù),造成循環(huán)水泵開啟的數(shù)量很難與機組的工況相匹配，耗電量增多。式中, AN。為第i臺汽輪發(fā)電機組功率增量,i=1,..mn,雖然近些年來我國在變頻調(diào)速方面有了長足的進步和m為機組臺數(shù);QN,為第j臺循環(huán)水泵的耗電增量,j=1,2,3,發(fā)展，由于應(yīng)用高壓變頻器造成的初投資過高,很多電廠在..n,n為循環(huán)水泵臺數(shù)。改造方面表現(xiàn)得很謹慎,這就成為泵與風(fēng)機調(diào)速節(jié)能方面的圖I為最佳循環(huán)水量的示意圖。主要障礙,現(xiàn)階段我國大部分電廠都采用單元制或擴大單元制，而且大部分都是定速泵或雙速泵,其經(jīng)濟性往往取決于2循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化模型運行人員的操作水平和機組的安全性.故僅憑經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)就有很大的局限性,循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟性就很難得到充分發(fā)2.1中國煤化工。揮,成為電廠節(jié)能降耗亟需解決的問題。本文采用逐步搜索斤對應(yīng)的飽和溫度t,法,通過循環(huán)比較得到每種工況下的最佳循環(huán)水量,對電廠可由下fHCNMHG的循環(huán)水系統(tǒng)的運行具有重要的指導(dǎo)意義。t, =ta +△t +8t(2)收稿日期:2010-03-01作者簡介:劉哲(1985-) ,男,河北石家莊人,華北電力大學(xué)碩士研究生,河北保定,主要從事火電機組輔機分析與研究。476汽輪機技術(shù)第52卷4N2.2排汽量D, 的確定在計算汽輪機功率時,必須準確地計算排汽量。通常電廠常把凝結(jié)水流量的指示值作為排汽量,這樣會產(chǎn)生很大誤aN,w,差。因為進入凝汽器的流量中除了排汽量之外.還有各處的疏水和漏汽,特別是當凝結(jié)水再循環(huán)門開啟時,凝結(jié)水泵出水量遠大于排汽量。由于汽輪機末級抽汽點壓力僅與排汽量有關(guān)所以可利用該壓力來計算排汽量。根據(jù)汽輪機變I況原理,凝汽式機組末級常處于臨界工況,抽汽點壓力p,與排汽量成正比;即使處于亞臨界工況,抽圖1凈增功率與循環(huán)水量的關(guān)系曲線式中4為循環(huán)水入口水溫, ;01為循環(huán)水溫升，心，可用下汽點壓力p 也與排汽量D.成正比,即:p=P ,則有:D。Pno式表示:Ot =ia -。;8為凝汽器端差,C ,可用下式表示:&D。、B-H=1, -6n。D.=pox735.62.1.1循環(huán)水入口水溫 。的確定冷卻水人口水溫取決于當?shù)氐臍夂驐l件,而與凝汽器和D。B .DgH(Vh)(8)735.6po~ 735. 6po循環(huán)水泵的運行狀況無關(guān)，對于循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水入口水式中,B為大氣壓力,Pa;H為末級抽汽點真空,Pa;Do為設(shè)計溫除受氣象條件影響外,還受冷卻塔運行性能的影響。因排汽量,Vh。此，要確定冷卻水入口水溫的應(yīng)達值,必須把凝汽器和冷卻2.3 背壓變化后,汽輪機功率增的計算塔作為-一個整體進行考慮。凝汽器真空提高,可以使汽輪機多發(fā)電,可以用下式表2.1.2循環(huán)水溫升 At的確定示[(1:由凝汽器熱平衡理論,蒸汽的凝結(jié)放熱量等于循環(huán)水的AN, = 1.02x10' .0p.K.N,(9)吸熱量,用下式表示為:其中,0N,為汽輪機功率的增量, kW ;4p為凝汽器真空的變Q=D(h. -h.') = D.(ha-hm) =D.c(ta -tn)化,MPa;K為真空每變化0.009 8MPa,汽輪機功率相對變化(3)率,可以從背壓變化對功率的修正曲線上查出;N,為汽輪機式中,D,為汽輪機的排汽量,Vh;h. he分別為凝汽器中的蒸額定功率,kW。汽.凝結(jié)水的比焓,kJ/kg;D.為循環(huán)水的流量,Vh;h2、ha分2.4 循環(huán)水量改變以后,循環(huán)水泵耗功增量的計算別為進人和離開凝汽器循環(huán)水的比焓,kJ/kg;c為循環(huán)水的由于電廠采用的是單元制循環(huán)水系統(tǒng),兩臺同樣型號的比熱,對于淡水,c =4.1787kJ/(kg. K)。雙速電機循環(huán)水泵并聯(lián)運行,因而共有4種運行方式,即:則循環(huán)水溫升可以表示為: .(1)一臺泵低速運行;(2)一臺泵高速運行;(3)-臺泵高速ar. D.(h.-h%). bh.-b.'(4)運行,一臺泵低速運行;(4)兩臺泵高速運行。表1為不同運4. 187D.4.187m行方式下循環(huán)水泵耗功與循環(huán)水流量的關(guān)系。其中A.B、C、D分別對應(yīng)上述4種運行方式。式中,m為循環(huán)倍率,即m =D;它表明冷卻單位蒸汽量所表1不同運行方式 下循環(huán)水泵耗功與循環(huán)水流的關(guān)系需要的循環(huán)水量。其中,熔差A(yù)h=h, -h,'表示凝結(jié)1kg蒸汽所放出的熱運行.流量功率后一種比前一種量。由于排汽有10%左右的濕度,故h.-h.將比1kg干飽和方式m'/hkW運行方式多耗功蒸汽的凝結(jié)放熱最少,只有2140J/kg ~ 2220kJ/kg,取其平14508775.2均值,則r≈-2177。52016 9201 223.1447.94. 187m2.1.3凝汽器端差 8t的確定27 0281 998.3由傳熱學(xué)基本公式推導(dǎo)可得:29 102.42446.2(5)e187D。-13設(shè)備概述式中,A.為凝汽器的冷卻面積,m' ;K為凝汽器的總體傳熱系數(shù),J/(m2.s.K)。該廠循環(huán)水系統(tǒng)為閉式循環(huán),采用地下水冷卻,每臺機凝汽器的總體傳熱系數(shù)采用美國HEI公式計算,并且利組配有兩臺立式濕坑式斜流泵,采用涼水塔冷卻凝汽器回用別爾曼公式中的蒸汽負荷修正系數(shù)'”1:水,重身中國煤化工K泵技術(shù)規(guī)范(°)見表K= CE.B.B. VTφ,(6)2、表3凝汽器飽和溫度下所對應(yīng)的壓力可以由以下經(jīng)驗公式Y(jié)HCNMHG確定4):4計算結(jié)果及分析p.=9.81x(1+100).*(7)57.66 i全年季節(jié)性冷卻水溫的變化情況隨季節(jié)變化的規(guī)律大第6期劉哲等:300MW機組單元制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行477表2凝汽器設(shè)備技術(shù)規(guī)范表5不同負荷不同水溫下循環(huán)水泵的組合方式型64LKX1-23水溫16 920/14 508m'/hsC 10C 15C 20C 25C 30C 339C揚23/17m300MWAD必罱汽蝕余量7. 83/5.76m270MW軸功辜1 223. 1775.2kW240MW轉(zhuǎn)速495/425r/min210MW電機型號YKSLD1600/1000 - 12/14/1730-1180MW額定功率1 600/1 00kw150MWB額定電壓6kV由以上計算結(jié)果分析可知:額定電流199.5/135. 1A(1)機組負荷在300MW ~ 240MW之間時,當循環(huán)冷卻494/424t/min水溫超過25C,必須是兩臺泵高速運行,若循環(huán)水溫低于表3循環(huán)水泵技術(shù)規(guī)范15C,一般都是-一臺低速泵運行。(2)機組負荷在210MW ~ 180MW之間時,當循環(huán)冷卻型號單背壓雙流程表面式水溫低于20C ,在-般情況下都采取- -臺 泵低速運行。凝汽器背壓(3)機組負荷在150MW左右時,除了在30C及以上采"水室設(shè)計壓力0. 35MPa取兩泵運行(30C為一臺泵高速運行33為-高- -低運行殼側(cè)設(shè)計壓力-0.1 ~0.1MPa方式)方式外其它循環(huán)冷卻水溫下都采取的是一臺泵低速總有效面積18 000m2運行。循環(huán)水量35 280/h根據(jù)計算所得結(jié)果可以繪制循環(huán)水量隨負荷與循環(huán)水凝汽器汽側(cè)進口允許最高溫度80C溫的關(guān)系曲線,由圖2所示可以清晰直觀地確定不同負荷與循環(huán)水設(shè)計進水溫度21C循環(huán)水溫下的泵組的運行方式。循環(huán)水允許最高進水溫度35C35000不同負荷下循環(huán)水溫與循環(huán)水關(guān)系曲線管內(nèi)平均流速2. 1m/s30000 t25000致是最高月平均水溫出現(xiàn)在每年的7.8月份,大約在339C,k 2000 t最低月平均水溫在每年的1.2月和12月份,大約在5C左a1000右。3.4.5.10、11各月大約在10C ~20C。6.9月大約在10000+ 300VW + 240MW- * - 180MW25C左右。因此,本文依次取循環(huán)水溫為59C , 10C,15C,一.270MW女210MW-+150MW20年,25C,30C,33C。當機組負荷低于50%負荷運行時，102040鍋爐燃燒的穩(wěn)定性變差.將不能維持爐膛的穩(wěn)定燃燒，甚至循環(huán)水溫會出現(xiàn)鍋爐滅火的現(xiàn)象,因此最低負荷選擇50%負荷,負荷圖2不同負荷下的循環(huán)水溫與循環(huán)水量干系曲線分別選取.300MW.270MW.240MW. 210MW. 180MW.150MW,表4為不同負荷及其泵的組合方式下,在不同循環(huán)5結(jié)論水溫下的傳熱系數(shù)的部分計算結(jié)果。表4傳熱系數(shù)的部分計算結(jié)果及比較本文通過枚舉法逐步搜索出不同負荷下所對應(yīng)的循環(huán)泵組合 負荷人口水溫循環(huán)水溫升端差傳熱水量即循環(huán)水泵的組合方式,對于列舉出的每一種工況,都方式MWC系敷可以通過枚舉法搜索到一個最優(yōu)的循環(huán)水泵的工作方式,對3023.012.052345.88于涉及到的所有工況,可以通過循環(huán)比較得到最優(yōu)的組合方2717.762.352719. 86式,從而合理地調(diào)度循環(huán)水泵，使循環(huán)水泵始終處于最優(yōu)的2108.643.053093.84工況下運行。155.732.31 3 365. 83(1)利用本節(jié)及上節(jié)的經(jīng)濟計算分析通過對凝汽器模型單元制機組循環(huán)水泵的4種固定的組合方式.分別對應(yīng)汽輪機模型的簡 化,完全可預(yù)測出在不同的循環(huán)泵運行方式.不同的4種循環(huán)水量。固定負荷N,來不斷改變循環(huán)水人口下 ,汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性,從而合理調(diào)度循環(huán)泵運行工況,溫度n ,利用式(2) ~式(9)分別計算出發(fā)電功率增量AN,和使循中國煤化工。循環(huán)水泵耗功量AN, ,再用(1)式計算出功率凈增量AN。再二溫度對機組經(jīng)濟性的改變負倚,步驟如上,直到遍歷完所有負荷為止,最終得出不影響非HCN M H G使提高循環(huán)水流量，同負荷,不同水溫下的最佳循環(huán)水量與運行的循環(huán)水泵數(shù)不同負荷 下的機組凈增益sN均很小,彌補不了循環(huán)泵的多量。表S為計算得到的不同負荷不同循環(huán)水溫下循環(huán)水泵耗電功;而當冷卻水溫度較高時 ,機組凈增益ON隨循環(huán)水量的組合方式。的變化其數(shù)值變化較大。(下轉(zhuǎn)第480頁)480汽輪機技術(shù)第52卷保證加工精度,而該級葉片的型面質(zhì)量的好壞又極大地影響面 兩斜面分別垂直于2與3輻射線,并有3個線鉚釘頭。著機組的效率。因此需用五座標數(shù)控機床來完成該處加工。通過方案比較,確定采用數(shù)控加工方案,利用三軸聯(lián)動方式具體的加工工部劃分如表1。同時加工整個葉冠型線和鉚釘頭型線,效果令人滿意。葉冠表1葉身加工工序按以下加工路線進行:來料-粗精加工端面-粗加工圓弧面加工性質(zhì)加工名稱加工區(qū)域使用刀具-去臺階面余量-去鉚釘頭余量-粗加工臺階面-粗加工粗加工銑進汽邊葉身IC32玉米銑刀圓弧面-粗加工鉚釘頭輪廓-精加工臺階面-精加工圓弧面-精加工鉚釘頭型線-精加工鉚釘頭根部R。銑出汽邊1C32玉米銑刀2.4.2量具設(shè)計及檢測方案葉冠背弧側(cè)開空刀根據(jù)鉚釘頭的形狀和尺寸設(shè)計量具分為以下幾個(2] :葉根背弧側(cè)開空刀①鉚釘頭位置度標準塊:測量鉚釘頭相對于葉根中心線葉冠內(nèi)弧側(cè)開空刀1G32玉米銑刀弧深方向的位置;IG32玉米銑刀②葉冠高度標準塊:測量葉冠在汽道高度方向的位置;粗加工葉身③鉚釘頭全型線樣板:測鼠鉚釘頭間的相對位置;精加工葉身R28銑刀④鉚釘頭單型線樣板:測量鉚釘頭的輪廓尺寸。精加工銑葉冠平臺葉冠平臺K16 錐度球頭銑刀鉚釘頭型線樣板如圖6所示。銑葉根平臺葉根平臺K16 錐度球頭銑刀半精加工半精銑葉根圖角葉根圓角KI6 錐度球頭銑刀半精銑葉冠圓角葉冠圓角K16 錐度球頭銑刀精銑葉根閟角葉根圜角KI2 錐度球頭銑刀精銑葉冠圓角葉冠圓角K12 錐度球頭銑刀2.3.2型面的檢測.型線測量采用日立標準:即首件經(jīng)三座標檢驗合格,工圖6鉚釘頭型線樣板序中按1/10三坐標抽檢,其余采用型線樣板檢驗,并按標準測量P、Q、E、Wr.D等值。如圖5所示。3結(jié)束語出汽側(cè)經(jīng)過葉根試加工工藝試驗和葉冠及鉚釘頭試加工工藝Q0.25試驗,在工藝試驗完成和程序優(yōu)化的基礎(chǔ)上,按照上述工藝E+0.13方法,現(xiàn)已加工出9臺份600MW調(diào)節(jié)級動葉片,替代了進口葉片,并且該工藝方法已應(yīng)用于其它同類葉片的加工。加工Dmas和裝配的結(jié)果達到了圖紙的要求,表明該工藝流程.工藝方法的設(shè)計合理、加工程序設(shè)計正確、測量方式嚴密。能保證質(zhì)量,滿足加工的需要。通過工藝試驗以及程序的優(yōu)化，加工的葉片符合設(shè)計要求?，F(xiàn)該工藝方案已經(jīng)成功應(yīng)用于該葉片的批量加工,完全圖5型線量具實現(xiàn)了該葉片的國產(chǎn)化要求。同時該工藝中某些方法也已2.4葉冠的工藝方案600MW調(diào)級節(jié)動葉片葉冠的結(jié)構(gòu)特點:圓弧狀的葉冠經(jīng)應(yīng)用到其它葉片的加工制造中,使該廠的葉片加工技術(shù)邁上面帶有3個鉚釘頭,同時葉冠的內(nèi)背弧側(cè)還有3個臺階.上了一一個新的臺階。面,臺階面的深度不一樣,而且臺階面帶有一定的角度,每個.參考文獻臺階面和輻射線的夾角也不- -樣;釘頭之間的距離很小,釘[1] 王先逵.機械制造工藝學(xué)[M].機械工業(yè)出版社1992.1-27.頭和葉冠的交接面是一一個很小的R連接面,交接面也在圓弧[2]袁長良機械制造工藝裝備設(shè)計手冊[M].中國計量出版社，面上。詳細的結(jié)構(gòu)如圖1所示。2003. 103 - 107.2.4.1葉冠及鉚釘頭的加工方 案[][3]楊建明. 數(shù)挖加工工藝與編程[M].北京理工大學(xué)出版社，600MW調(diào)級節(jié)動葉片葉冠外端為兩斜面內(nèi)切-圓柱2006. 101 - 124.(上接第477頁)2]中國煤化工啊電力出版+.1992.二機械」業(yè)出版社.1993.參考文獻[4]CN M H G中的應(yīng)用[M].北京:水利電力出版社,1986.[1] 黃新元,趙 麗,安越里,常家星.火電廠單元制循環(huán)水系統(tǒng)離5] 席愛民. 200MW機組循環(huán)水泵技術(shù)改造及經(jīng)濟調(diào)度研究[ D].散優(yōu)化模型及其應(yīng)用[J]熱能動力工程2004,19(3):302 -保定:華北電力大學(xué)(保定) ,2002.305.[6]唐山豐潤熱電廠. 大唐國際豐潤熱電廠運行規(guī)程[R].2008.