第32卷第4期羊柬電力.Vol.32 No.42004年4月East China Electric PowerApr. 2004火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的研究徐海東',劉建華',崔欣',李莉(1.山東電力研究院,山東濟(jì)南250002;2. 濟(jì)南市水質(zhì)凈化- -廠,山東濟(jì)南25003)摘要:通過對火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行的理論和試驗(yàn)研究,綜合得出不同冷卻水溫和不同機(jī)組負(fù)荷下保持機(jī)組處于最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行真空的理論依據(jù),實(shí)現(xiàn)了將循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)想轉(zhuǎn)化為可行的I程指導(dǎo)，解決了長期以來困擾電廠實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的難題。關(guān)鍵詞:火力發(fā)電廠;循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化控制;凝汽器真空中圖分類號:TK264. 1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號 :1009529(2004 )04-0019-04Study on optimal control of circulating water system in power plantXU Hai -dong' , UU Jian- hua' , CUI Xin' ,II Li(1. Shandong Elctrie Power Research Institute ,Jinan 250002 ;2. Jinan No. 1 water purification plant,Jinan 250033 )Abstrat:Through the theoretical and experimental study on circulating coling water sysem for power plant, the theorelical support for keeping the unit in the most economic condenser vacuum under diferent cooling waler tempera-tures and dfferent unit loads was obtained. The idea of optimal control of circulating water system was able to betransformed into practicable engineering guidance and the problem in optinal operation of the circulating water systemwhich has puzzled power plants for a long time was sttled.Key words :power planl; circulating water system; optimal control; condenser vacuum隨著天氣冷熱和機(jī)組負(fù)荷的變化,需要對火電機(jī)組的循環(huán)冷卻水量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,以保證機(jī)-1997標(biāo)準(zhǔn)中圖1。(3)進(jìn)行斷路器遮斷能力校核時(shí)，流經(jīng)斷路從系統(tǒng)出現(xiàn)短路時(shí)算起,直到斷路器斷口分器的電流既不-定等于短路點(diǎn)的電流，也不一定離時(shí)的總時(shí)間r,T的數(shù)值等于斷路器分閘時(shí)間加等于支路電流,它與斷路器的接線方式、故障點(diǎn)的10ms。這里的分閘時(shí)間指可能的最短時(shí)間,即其位置有關(guān)。范圍的下限。(4)無論是用ANSI標(biāo)準(zhǔn)還是IEC標(biāo)準(zhǔn)校核與IEC標(biāo)準(zhǔn)相同,對于給定的額定交流分量，斷路 器的遮斷能力,還是我國的DL/T 615 - 1997也可以用式(3)計(jì)算額定短路開斷電流。標(biāo)準(zhǔn),在斷路器觸頭分開的瞬間考慮斷路器的遮實(shí)際應(yīng)用中,短路電流中的交流分量和直流斷容量都是用不對稱短路電流校核,它包括兩個(gè)分量應(yīng)該分別對待。分量:對稱分量和不對稱分量。4結(jié)語參考文獻(xiàn):(1)雖然短路電流實(shí)時(shí)計(jì)算與離線計(jì)算的原1] Thanh C, Nguyen, Sherman Chan, Ron Bailey , Thanh Nguyen.Auto - Check Circuit Breaker Iteruping Capabilies. IEEE理都是對稱分量法,但是實(shí)時(shí)短路電流計(jì)算還需Computer Aplications in Power,1S(1) ,Jan 2002. :24 -28要與EMS緊密結(jié)合,零序網(wǎng)也需要根據(jù)正序網(wǎng)的2] 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), DL/T615 - 1997,交流高壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變壓器的接線方式自動形成。斷路器參數(shù)選用導(dǎo)則[S].(2)由于某些支路的單相短路電流比三相短收稿日期2003-08-20路電流還大,因此不能僅僅計(jì)算三相短路故障,還作者簡介:羅為(1979-),女 .碩士研究生,從事電力系統(tǒng)安全中國煤化工要計(jì)算單相接地短路故障。YHCNMHG20(總230)阜柬電力.2004 ,32(4)組處于“最有利真空”下運(yùn)行，實(shí)際上電廠普遍缺00C[_ 計(jì)算工況- -10C， 80%機(jī)組負(fù)荷 (224t/h, 排汽)乏有效、準(zhǔn)確的運(yùn)行指導(dǎo)依據(jù),再加上調(diào)節(jié)手段有800t限,對于每臺機(jī)組全年實(shí)際上只采用兩個(gè)甚至一600個(gè)冷卻水流量運(yùn)行(即單、雙泵運(yùn)行),由此引起400、AN= 0N- AN系統(tǒng)供水和機(jī)組實(shí)際需求之間的嚴(yán)重失衡,加大ONm了機(jī)組的冷端損失。-200根據(jù)查新和調(diào)研結(jié)果,國內(nèi)外在電廠循環(huán)水6000 8000 1000 12000 14000 16000 18000循環(huán)水流量/i.h系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方面的應(yīng)用技術(shù)研究較少,現(xiàn)有的文獻(xiàn)僅限于對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)想等原理性圖1最佳循環(huán)水 量計(jì)算原理示意圖的闡述,遠(yuǎn)未達(dá)到工程應(yīng)用的程度。當(dāng)前電廠只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)象以及簡單的試驗(yàn)得出的極不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。主要是“看真空”、“看電流"、機(jī)組運(yùn)行能水景qrh’否“滿負(fù)荷"等進(jìn)行簡單的判斷和操作;有的電廠已經(jīng)進(jìn)行了一些摸索試驗(yàn),但因?yàn)楸姸嘁蛩睾蜅l圖2循環(huán)水管路阻力特性示意圖件的限制難于獲取有意義的結(jié)論,尤其是當(dāng)過分阻力與水量關(guān)系H =f(q)用拋物線表示具有強(qiáng)調(diào)“小指標(biāo)”競賽時(shí),得出的觀點(diǎn)可能與機(jī)組的足夠的精度:實(shí)際需要背道而馳。H=H。+aq + bq2(1)少數(shù)電廠雖然增設(shè)了流量調(diào)節(jié),改變了落后式中H-- 循環(huán)水系統(tǒng)的阻力, 即與之匹配的水泵揚(yáng)的臺數(shù)調(diào)節(jié)模式，但因缺乏控制依據(jù)而只能手動程;操作,無法實(shí)現(xiàn)自動控制,更談不上優(yōu)化調(diào)節(jié)。a、b-均為系數(shù)。則循環(huán)水所獲得的有效能量為:1電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的基本原理N有=gHq通常,在特定的循環(huán)水溫下,循環(huán)冷卻水量若式中N一-循環(huán)水泵的有效功率;增加Aq將提高汽輪機(jī)組的排汽真空,從而使機(jī)g--重力加速度。組負(fù)荷相應(yīng)增加ANg,但水泵電耗也相應(yīng)增加考慮泵和電機(jī)效率后,實(shí)際電機(jī)耗功為: .ON,,所獲凈效益為AN = AN, - AN,;當(dāng)水量的增N電n=N在_ g(Ho+aq+bq*) .q(3)η.pη.np加使得水溫差減小的幅度變小時(shí),對真空的影響式中nn,一一電機(jī)、水泵效率。也隨之降低,所獲凈效益也減少。要使機(jī)組獲得對十里泉電廠:H。=11,求得a=0. 767,b=最大凈效益的排汽真空就是最有利真空,對應(yīng)的0.439。水量為最佳循環(huán)水冷卻水量。水量增加對機(jī)組功fH=17.42 ,Q = 17266m'/h =4.796 m2/s率和泵耗電影響的基本過程如圖1所示(以十里\H= 14. 24,Q=13416 m'/h=3. 727 m2/s泉電廠的125 MW機(jī)組為例)。過大的冷卻水量如電機(jī)在有效工作區(qū)中,取電機(jī)效率η。= .則可能出現(xiàn)凈效益為負(fù)值。0. 92(常數(shù))。2試驗(yàn)研究在泵運(yùn)行的高效區(qū)取水泵效率:ηp =0. 85。將不同的流量代人電機(jī)耗功公式得出結(jié)果如2.1循環(huán)冷 卻水系統(tǒng)中循環(huán)水系統(tǒng)耗功與水最表1中所列。的變化關(guān)系表1不同流下的水和揚(yáng)程及功率對于循環(huán)水冷卻水系統(tǒng),其流量q與總阻力恢量/e2h-1 100000 12416 15000 17266 20 000H的特性可以用圖2表示。H。為出水口與泵人口水位之間的凈高差,當(dāng)揚(yáng)程/m .12.265 14.245.42617.42 20. 29.功率/kW57806. 3010551414.2閉式循環(huán)時(shí),Ho代表水塔配水高度與吸水池水面高度差。中國煤化工進(jìn)行分析比較，TYHCNMHG徐海東,等火力發(fā)電廠 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的研究21<總231)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的阻力特性基本符合上述關(guān)影響為:當(dāng)q +0時(shí):h→q,δ- +0;當(dāng)q→∞時(shí):四，系,由此可作出泵在理想狀態(tài)下供水量與電機(jī)耗→tm,8_→常數(shù).功的關(guān)系曲線N, = N(q)。其中4---排氣溫度;2.2凝汽器特 性的理論探討細(xì)如一循環(huán)水進(jìn) 出冷凝器溫度。研究冷凝器的特性就是研究冷凝器的真空因此,端差和冷卻水量之間應(yīng)是單調(diào)遞增的P:和相關(guān)參數(shù),如機(jī)組負(fù)荷D,、冷卻水溫Tμ、水函數(shù)關(guān)系:δ.∞f(q)。參照上述關(guān)系,結(jié)合常用經(jīng)量q以及反映傳熱綜合效果的端差8t等的關(guān)系:驗(yàn)公式8.=31 (+7.5),寫成統(tǒng)一的格tg=tw +Ol +δt .排汽壓力P:是排氣溫度n的單值函數(shù)。式,8 -31.5+(F +7.5}y(q) ,則該關(guān)系實(shí)際包式中0---循環(huán)水溫升。(1)有關(guān)循環(huán)水溫升的討論含了流量對端差的影響,從而可以得出各種流量△t與排氣量、排氣焓和冷卻水量的關(guān)系為:下具有實(shí)際意義的端差特性。D.(in-i)，代人典型工況下各個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或具體運(yùn)行數(shù)(5)值及其相對應(yīng)的各種參數(shù),可以求出對應(yīng)具體機(jī)式中C--水的比熱容。組的端差變化關(guān)系曲線。根據(jù)已有研究結(jié)果(沈振飛,鄭美容等編，K=8.(31.5+1)(7)《汽輪機(jī)輔助設(shè)備》P979),在凝汽式汽輪機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行的任何工況下該式中iFi的差幾乎不(P +7.5){(q)變,對于大中型汽輪機(jī),其值為21809 kJ/kg 左真空變化隨排汽溫度而變化:Pe =Pe(4)右,設(shè)循環(huán)倍率為m,則:由此，只要能夠通過實(shí)驗(yàn),正確得出端差隨水2 180520- 520量的變化關(guān)系,就可以準(zhǔn)確得出冷凝器特性。4. 187(ig-i,) ig-ig A對于125 MW機(jī)組各工況的排汽狀態(tài),在1-2.3真空變化對機(jī)組功率影響該影響涉及--系列復(fù)雜過程,包括機(jī)組末級s圖上進(jìn)行了分析:當(dāng)D、↓(負(fù)荷↓),Pk↓,但是由于壓力減效率變化排汽狀態(tài)、余速損失及變工況下末級氣少,中間再熱參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)沿等溫線上右移,使得在流的流動分布(如二次流大小)等。AN與P.是Px降低和低壓缸效率肖有上升條件下,并不引起一個(gè)復(fù)雜關(guān)系,對于汽輪機(jī)的各種工況,計(jì)算相當(dāng)i明顯變化。因此，對循環(huán)水溫升的影響完全取困難，當(dāng)流量小時(shí),末級效率高,制造廠通常給出真空變化對機(jī)組負(fù)荷影響的關(guān)系曲線作為機(jī)組試決于機(jī)組負(fù)荷和循環(huán)水量兩個(gè)因素。驗(yàn)修正的依據(jù),有關(guān)設(shè)計(jì)資料顯示正常范圍的P(2)端差關(guān)系的確定與ON是一直線關(guān)系而與負(fù)荷無關(guān)。為準(zhǔn)確得出對于端差項(xiàng),根據(jù)傳熱學(xué)關(guān)系得:125 MW機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的真空關(guān)系,東北地區(qū)各At(6研究院所曾經(jīng)對該機(jī)組的前期機(jī)型,如閔行,閘北等電廠的125 MW機(jī)組作了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,得式中q-- 循環(huán)冷卻水量;出了較明確的試驗(yàn)結(jié)論。試驗(yàn)表明該類機(jī)組的晚K- --傳熱系數(shù);A--冷凝器的傳熱面積;期機(jī)型與前期機(jī)型具有相同的變化趨勢關(guān)系,但δ.- - -冷凝器的端差。同樣真空變化情況的功率變化為前期機(jī)型的式(6)中有關(guān)水量及面積項(xiàng)是可以確定的，86%左右(參考荷澤電廠125 MW機(jī)組真空特性但是對于傳熱系數(shù)K,因每臺機(jī)組而不同，得出準(zhǔn)試驗(yàn)報(bào)告)。閔行、閘北等電廠125 MW機(jī)組的真確的數(shù)值具有相當(dāng)?shù)碾y度,尤其是考慮水溫對傳空特性試驗(yàn)也表明,機(jī)組功率增加和真空變化關(guān)熱端差影響時(shí),K值確定更加困難。系為一直線,而在特高真空下，就無法使負(fù)荷增端差經(jīng)驗(yàn)公式的修改:加;另外,根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對經(jīng)常處于過高真空下從熱交換的基本原理分析可以得出,在其他中國煤化工,造成汽輪機(jī)末級參數(shù)相對不變的前提下,循環(huán)水量變化對端差的}對真空3~4 kPaTYHCNMHG22(總232)摹束電力2004 ,32(4)下運(yùn)行,對設(shè)備不利。結(jié)合眾多電廠的試驗(yàn)結(jié)果有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果的整理和計(jì)算見表1、表2,凝可擬合成下列關(guān)系式:汽器端差與循環(huán)水量的關(guān)系見圖3。(QN=A +BPK P≥6.0 kPa表1試驗(yàn)負(fù)荷下汽壓力計(jì)算的端差(8)lAN=C+DP2 P. <6.0 kPa點(diǎn)號2式中sN- -機(jī)組功率的變化值;流量m/h9056.8 10619.0 12374.0 13 230P一機(jī)組排氣溫度;端差8U/C 0 5.075 5.715 6. 0486. 240A.B、C、D--均為系數(shù)。表2不同水溫下典型工況的端差統(tǒng)計(jì)和計(jì)算端差2.4水變化與凝汽器真空關(guān)系試驗(yàn)日期03-151105 05-1506-1509409(1)試驗(yàn)機(jī)組選擇本試驗(yàn)的主要內(nèi)容是確定不同水溫下水量變負(fù)荷/MW124.6 124.8 124.8124.6冷卻水量0.931.031.040.96化對機(jī)組真空影響的關(guān)系特性。/小h-1由于機(jī)組冷凝器的真空是機(jī)組負(fù)荷、凝冷器水溫心125.014.2 19.724.5參數(shù)、嚴(yán)密性、臟污程度冷卻水量、水溫等多個(gè)因?qū)嶋H端差/心7.2.84.34.素共同作用的結(jié)果,因此,減少變動因素是保證試計(jì)算竣差/氣6.425.55.464.824.17驗(yàn)精度的有效手段。試驗(yàn)方案初期選在十里泉電廠,但考慮到在內(nèi)陸閉式循環(huán)的機(jī)組上試驗(yàn)時(shí),凝汽器循環(huán)水的1.522.533.5~4進(jìn)水溫度就成了變化較大的因素,可能影響試驗(yàn)循環(huán)水量t/s精度,為此,最終將試驗(yàn)選在威海電廠。試驗(yàn)情況表明,海水溫度的穩(wěn)定性保證了凝汽器循環(huán)進(jìn)水圖3冷凝器端差 與循環(huán)水量關(guān)系曲線從計(jì)算結(jié)果分析,端差的差值均在1心以內(nèi)，溫度在實(shí)驗(yàn)過程中的相對穩(wěn)定?？紤]現(xiàn)場表記的精度可知，結(jié)果具有良好的準(zhǔn)確(2)試驗(yàn)方法和過程性。1)試驗(yàn)方法參照機(jī)組變真空實(shí)驗(yàn)特性運(yùn)行,不同的是通2.5最經(jīng)濟(jì)水 的分析及計(jì)算常機(jī)組的變真空特性實(shí)驗(yàn)是向真空系統(tǒng)放空氣,根據(jù)在華能威海電廠前期的試驗(yàn)結(jié)果、得出而這次實(shí)驗(yàn)是通過改變循環(huán)冷卻水量進(jìn)行。冷凝器一般臟污程度和較好嚴(yán)密型條件下不同機(jī)組負(fù)荷率和不同循環(huán)水溫下最有利真空下的水量2)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)的測量機(jī)組負(fù)荷用瓦特表測量,機(jī)組真空和大氣壓關(guān)系如圖4所示。利用水銀柱測量,循環(huán)水凝結(jié)水和機(jī)組排汽溫度1800.用標(biāo)準(zhǔn)玻璃溫度計(jì)測量,機(jī)組其他參數(shù)采用運(yùn)行16 00表記,直接用計(jì)算機(jī)打印出機(jī)組試驗(yàn)中的各項(xiàng)參。1200- 10%頁蘅]10 000威海電廠1期工程為2臺125 MW機(jī)組,共配置4臺64LKA - 13B型循環(huán)水泵,原設(shè)計(jì)為單0~T循環(huán)水溫度/心元制運(yùn)行,為增加調(diào)節(jié)方式電廠在來兩機(jī)循環(huán)水泵之間增加了聯(lián)絡(luò)管和聯(lián)絡(luò)門。圖4優(yōu)化循環(huán)水流量隨水溫 、負(fù)荷的變化曲線雖然是在1號機(jī)組上進(jìn)行試驗(yàn),但實(shí)驗(yàn)過程中4臺泵同時(shí)參與調(diào)整以實(shí)現(xiàn)5個(gè)流量變化工隨負(fù)荷的增加,要求水量接近成正比例增加，況:1 2號泵運(yùn)行供1號機(jī)用水;1.2.3號泵運(yùn)行，但在25 C以上時(shí),要求的最佳水量增量越來越聯(lián)絡(luò)門半開;1 2.3號泵運(yùn)行,聯(lián)絡(luò)門全開;1.3.4號泵運(yùn)行,聯(lián)絡(luò)門半開;1號泵供1號機(jī)用水。收稿日期:2003-08-13試驗(yàn)共測驗(yàn)了機(jī)組的4個(gè)工況，每個(gè)負(fù)荷下作者簡介:徐海東(1973-).男.碩十.工程師,從事電廠汽輪機(jī)及的冷卻水調(diào)整不少于5個(gè)流量工況。輔機(jī)中國煤化工HCNMHG