第45卷第6期汽輪機(jī)技術(shù)Vol. 45 No.62003年12月TURBINE TECHNOLOGYDec.2003凝汽器有缺陷對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的影響種道彤,劉繼平,嚴(yán)俊杰(西安交通大學(xué)，西安710049 )摘要:以熱力系統(tǒng)變工況為基礎(chǔ)建立了凝汽器真空的變化對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響的數(shù)學(xué)模型研究了凝汽器存在缺陷對(duì)開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果的影響。對(duì)具有兩臺(tái)循環(huán)水泵的300MW凝汽機(jī)組計(jì)算表明凝汽器存在缺陷導(dǎo)致其傳熱系數(shù)降低時(shí),雙泵運(yùn)行比單泵運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)的臨界負(fù)荷也隨之降低。這-結(jié)論對(duì)指導(dǎo)循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有-定的理論和實(shí)際意義。關(guān)鍵詞凝汽器變工況;傳熱系數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)分類號(hào):TK264. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-5884 2003 )06-0350-03Research on the Influence of the Condenser Fault on the Optimizationof the Circulating W ater SystemZHONG Dao-tong , LIU Ji-ping , YAN Jun-jie( Xian Jiaotong University ,Xian 710049 , China )Abstract :Based on the changed work state theory of the thermal system , a mathematical model is developed to optimize theopen circulating water system when the condenser has fault. For an example ,a 300MW condensing - unit with two circulat-ing water pumps was calculated. When the coefficient of heat transfer decreases , the simulation shows that the critical loadon which the system of two pumps supply water to the condenser is better than the system of one pump is reduced along withthe decreases. The optimization of the circulating water system can be directed theoretically and practically by this conclu-sion.Key words condenser ; changed work state ; cofficient of heat transfer ; circulating water system循環(huán)水溫、循環(huán)水量和機(jī)組負(fù)荷變化的考慮,未涉及到凝汽0前言器有缺陷運(yùn)行的情況。在凝汽器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中凝汽器常常處于有缺陷運(yùn)行狀態(tài),使凝汽器傳熱系數(shù)下降，嚴(yán)重影響隨著電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的進(jìn)一步發(fā)展 降低發(fā)電成本，凝汽器真空。 由于機(jī)組及凝汽器的特性發(fā)生變化,從而影響提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性已成為發(fā)電企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式。如果不能很快消除凝汽器的真空是影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要指標(biāo)。影響凝缺陷那么就應(yīng)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,以保證機(jī)汽器真空的主要因素有冷卻水入口溫度、循環(huán)冷卻水量、機(jī)組在較經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行。組負(fù)荷和凝汽器傳熱系數(shù)等。在凝汽器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,由本文將以某國(guó)產(chǎn)N300MW機(jī)組為例通過(guò)熱力系統(tǒng)變工于凝汽器本身可能出現(xiàn)的缺陷如水側(cè)結(jié)垢、汽側(cè)漏空氣量增況計(jì):算和凝汽器傳熱計(jì)算來(lái)建立循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型對(duì)凝大等使凝汽器傳熱系數(shù)下降,導(dǎo)致排氣壓力升高,機(jī)組經(jīng)濟(jì)汽器有缺陷運(yùn)行時(shí)影響真空的諸因素與機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性之性降低。循環(huán)冷卻水量通過(guò)循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制循環(huán)水間的關(guān)系進(jìn)行研究,計(jì)算它們對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響,以確泵對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響復(fù)雜得多。循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)增加,定變工況時(shí)凝汽器循環(huán)水最佳供水方式曲線，為凝汽器有缺-方面排汽壓力下降,使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高;而另一方面廠用陷運(yùn)行循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化提供-定的依據(jù)。電量增加導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。由于機(jī)組一般都配備多臺(tái)循環(huán)水泵選擇合適的循環(huán)水泵運(yùn)行方式就成為提高機(jī)組運(yùn)1 數(shù)學(xué)模型行經(jīng)濟(jì)性的重要途徑因而也成為-個(gè)非常值得關(guān)注的研究課題。文獻(xiàn)1 ]研究表明,循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式與汽.1中國(guó)煤化工輪機(jī)排汽量及循環(huán)水溫度有關(guān),循環(huán)水溫度越高排汽量越.YHc N M H G于熱力系統(tǒng)變工況及凝汽大最經(jīng)濟(jì)工況需要運(yùn)行的循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)也就越多?，F(xiàn)有關(guān)器變工況計(jì)異。本又熱刀糸統(tǒng)歲. [況計(jì)算采用按抽汽口劃于凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化的研究?jī)H限于對(duì)凝汽器分級(jí)組的近似熱力計(jì)算方法[2]抽汽壓力由Flugel 公式確收稿日期2003-04-13基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目( 50106010 )作者簡(jiǎn)介扁殖蕤滿78- )男西安交通大學(xué)熱能工程碩士研究生。第6期種道彤等凝汽器有缺陷對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的影響351凝汽器總體傳熱系數(shù)。而/Tolq。=h,-hee( 12)(1)D。Np-N T,Alm =-.(13)式中D為通過(guò)某-級(jí)組的蒸汽流量 p為蒸汽壓力下標(biāo)1、In(4 +8)δ2分別表示級(jí)組前后,有下標(biāo)0表示為基準(zhǔn)工況參數(shù),而沒(méi)有下標(biāo)0表示變工況參數(shù)。K = Ca√v.B3β.Bm( 14)各級(jí)熱加熱器的抽汽份額采用熱平衡法計(jì)算:式中h,為凝汽器入口蒸汽焓hwt為凝汽器凝結(jié)水焓p為冷卻水流速修正系數(shù)Cβ3、β、βm的計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)3。.。_ anT， -By.二a1.91( 2)1.3 計(jì)算方法式中xuβ、ar分別為進(jìn)入r級(jí)加熱器的給水份額、疏水份按照上述模型進(jìn)行計(jì)算時(shí),首 先假設(shè)汽輪機(jī)各級(jí)流量,額、附加汽源份額,而T,y,q,9r分別為r級(jí)加熱器的給水然后按照熱力系統(tǒng)變工況計(jì)算方法修正汽態(tài)線、進(jìn)行熱平衡焓升、疏水放熱量、蒸汽放熱量、附加汽源放熱量按照文獻(xiàn)計(jì)算得到新蒸汽流量及凝汽器的熱負(fù)荷再進(jìn)行變工況下. [ 2 ]的方法計(jì)算。凝汽器內(nèi)的傳熱計(jì)算求出排汽壓力通過(guò)逐次迭代求出最終1kg新蒸汽的循環(huán)作功:結(jié)果。計(jì)算中要進(jìn)行汽輪機(jī)末級(jí)余速損失修正,可采用廠家N= Ea,H,+ SaH1-τ。(3)提供的余速損失曲線。式中ar, 為回?zé)岢槠蓊~( r=0表示凝汽器) H,為回?zé)岢槠?計(jì)算實(shí)例在汽輪機(jī)中實(shí)際焓降p為回?zé)峒訜峒?jí)數(shù)a; 為回?zé)岢槠酝馄渌o助汽流份額H為這些輔助汽流在汽輪機(jī)中的焓降。本文以某廠300MW凝汽機(jī)組(其熱力系統(tǒng)見(jiàn)圖1 )為例循環(huán)吸熱量:進(jìn)行計(jì)算。該機(jī)組有兩臺(tái)循環(huán)水泵,其功率均為1 800kW。Q =ho+a,σ-hg(4)根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果單泵運(yùn)行及雙泵運(yùn)行時(shí)的循環(huán)水式中ho 為新蒸汽焓值ex, 為再熱蒸汽份額σ為1kg再熱蒸流量分別為23000/h及33 000t/h。該機(jī)組循環(huán)水為開(kāi)式系汽的吸熱量he 為鍋爐給水焓值。統(tǒng)冷卻水取自水庫(kù)底層經(jīng)凝汽器后再排回水庫(kù)。按循環(huán)由此可以得到汽輪機(jī)循環(huán)效率:水泵的配套方式循環(huán)水流量的變化只能通過(guò)循環(huán)水泵的臺(tái)(5)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵供水運(yùn)行方式-機(jī)-泵或-機(jī)二泵。QDr her新蒸汽流量:V。DnD:(6)HηmηeDa ,汽輪機(jī)排汽量:D.=(1- Za,- Za)D。(7)中空臺(tái)戶“標(biāo)準(zhǔn)煤耗率:圖1 N300- 17. 75/540/540機(jī)組熱力系統(tǒng)圖0. 123(8)采用上述數(shù)學(xué)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)在冷卻水溫度和凝汽器傳ηiηηiηmη。.供電煤耗:熱系數(shù)不變的情況下改變機(jī)組負(fù)荷高負(fù)荷時(shí)采用雙泵供(9)水煤耗率較低低負(fù)荷時(shí)單泵供水煤耗率較低其負(fù)荷-發(fā)N(1 -h)電煤耗率變化曲線存在交點(diǎn)。因此在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí),為式中Na為機(jī)組電負(fù)荷mm為機(jī)械效率n。為電機(jī)效率mp保證機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性需在某一臨界負(fù)荷時(shí)改變凝汽器循為管道效率m為鍋爐效率,而k為廠用電率包括各水泵、環(huán)水泵臺(tái)數(shù)。圖2是冷卻水溫為20C凝汽器傳熱系數(shù)維持電機(jī)以及其它廠用電。當(dāng)循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)發(fā)生變化時(shí),基準(zhǔn)工況時(shí)，兩種供水方式對(duì)應(yīng)的煤耗率隨負(fù)荷變化曲線。廠用電率h也將發(fā)生變化。由圖2可以看出臨界負(fù)荷約為機(jī)組滿負(fù)荷的80%與機(jī)組運(yùn)1.2 凝汽器傳熱模型行規(guī)程符合也與文獻(xiàn)4 ]的結(jié)果相符證明了本文計(jì)算結(jié)果變工況下凝汽器壓力P。對(duì)應(yīng)的飽和溫度1,為:是正確的。t, =tg +Ot +δt(10)當(dāng)凝汽器存在缺陷時(shí).上述優(yōu)化結(jié)果將產(chǎn)生變化。為式中為泠卻水入口溫度At.為冷卻水在凝汽器中的溫此本中國(guó)煤化工汽器傳熱系數(shù)采用上述升δt為凝汽器的傳熱端差。方法YHCN M H及供水方式的相應(yīng)臨界負(fù)凝汽器的熱平衡方程式為31:荷，從而得到該循環(huán)冷卻水溫對(duì)應(yīng)的凝汽器最佳供水方式曲Q。= Dq。= D.c.Otw = KFAtm(11)線。圖3是當(dāng)循環(huán)冷卻水溫度保持20C凝汽器傳熱系數(shù)和式中D。為汽輪機(jī)排汽流量go為冷卻水的比熱容,D. 為流機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)的凝汽器最佳供水方式曲線。在曲線的右過(guò)凝汽器的冷卻水量,F為凝汽器有效傳熱面積Ae為1kg下方區(qū)域凝汽器采用雙泵供水;左上方則采用單泵供水。排汽在凝汽器中的放熱量Atm為凝汽器平均傳熱端差,K 為由圖可見(jiàn)當(dāng)冷卻水溫不變時(shí)隨著凝汽器傳熱系數(shù)不斷變352汽輪機(jī)技術(shù)第45卷60 C355十一5C- 10C含350尼230- 15C單泵供水+ 20C盟210-一25C雙泵供水R 2003.4019040.0.80.9日- 30C變工況與標(biāo)準(zhǔn)工況傳熱系數(shù)之比330150180210 240 270 300 330運(yùn)機(jī)組負(fù)荷/MW立240數(shù)式影220 上對(duì)1020050.6 i.9.0變工況與基準(zhǔn)工祝傳熱系數(shù)之比圖3 20C時(shí)的凝汽器最 佳供水方式曲線圖4給出了當(dāng)冷卻水溫為sc ~30C傳熱系數(shù)為0.5K。[1] 王運(yùn)民電廠凝汽器冷卻水最佳供水方式的確定J1節(jié)能，1998 11.~1.0K。時(shí)該機(jī)組的最佳供水方式曲線。由此可見(jiàn)在不同[2] 林萬(wàn)超、火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[ M]西安西安交通大學(xué)出的循環(huán)冷卻水溫度下,傳熱系數(shù)變化對(duì)優(yōu)化結(jié)果均有影響。版社, 1994.圖中各條曲線基本平行說(shuō)明不同循環(huán)水溫度下傳熱系數(shù)變[3]李秀云. 火電機(jī)組冷端系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性診斷理論研究D]西安交化的影響大致相同。因此,在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中如果凝汽器通大學(xué)博士論文1999.的真空明顯低于其基準(zhǔn)值,說(shuō)明凝汽器可能存在缺陷。[4]周利慶胡熾昌,顧彤等.循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化方法及其如果其缺陷無(wú)法短期消除則應(yīng)根據(jù)凝汽器當(dāng)前狀況重在華能南通電廠中的應(yīng)用[ J]電站輔機(jī)2000 (3 ).(上接第349頁(yè))參考文獻(xiàn)4結(jié)論[1]聞雪友,李偉.WR-21-- 新一代的船用燃?xì)廨啓C(jī)[ J]. 熱能動(dòng)力工程,1999 ,14( 79 ):1-6.采用VAN技術(shù)的變幾何動(dòng)力渦輪通過(guò)有效控制流量變[2] Karstensen K W ,Wiggins J 0. A variable - geometry power turbinefor marine gas tubine[ J ] ASME Joumal of Turbomachinery,化可以隨著工況的改變,有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組各1990 ,112 :165 - 174.部件之間的匹配關(guān)系,從而改善整個(gè)機(jī)組的變工況性能。因[3] Perdichizzi A , Dossena V. Incidence Angle and Pitch - Chord此對(duì)于變幾何動(dòng)力渦輪來(lái)說(shuō)可調(diào)導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)角是個(gè)至關(guān)重要Effects on Secondary Flows in Down stream of a Turbine Cascade[J] ASME Journal of Turbomachinery ,1993 ,115 383 - 391.的參數(shù)。通過(guò)多級(jí)計(jì)算的全三維數(shù)值分析可得到以下結(jié)[4] Brear MJ , Hodson H P , Harvey N W. Pressure Suface Separa-論tions in Low - Pressure Turbines- -Part 1 : Midspan Behavior Part( 1 )計(jì)算表明四級(jí)動(dòng)力渦輪末級(jí)動(dòng)葉壓力面在大負(fù)攻2 : Interactions with the Secondary Flom[ J ] ASME Journal of Tur-角下出現(xiàn)的分離泡是由輪箍壁面附近的流體流入葉片通道bomachinery ,2002 , 124 393 - 409.時(shí)形成的。其閉式分離特性有效抑制了輪箍處壓力面大面[5]朱光宇,俞茂錚.大負(fù)攻角下汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉柵二維分離流特性的數(shù)值分析J]汽輪機(jī)技術(shù),2000 ,42(5) 282 - 286.積分離流動(dòng)的發(fā)生。三維柱狀分離泡作順時(shí)針螺旋上升運(yùn)[6] 張宏武袁新葉大均.透平葉柵大攻角流動(dòng)特性的三維數(shù)動(dòng)并保持封閉的死區(qū)"結(jié)構(gòu),在與頂部間隙的泄漏流體摻中國(guó)煤化工科學(xué)版) , 2000 ,40( 10)92混后流出。(2 )對(duì)本文算例采用可調(diào)導(dǎo)葉使變幾何動(dòng)力渦輪的透[7]CHCNMH Gvicosit turul - ence models平葉柵處于大攻角范圍內(nèi)運(yùn)行因此必須對(duì)變幾何動(dòng)力渦輪for engineering applications[ J ]. AIAA Journal. 1994 ,32( 8 ):1598 - 1605.的氣動(dòng)特性和優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行足夠精度的多級(jí)粘性流匹配計(jì)[8] Charles G S , Ridha Abid , Anderson E C. Critical Evaluation of算分析。選擇良好沖角適應(yīng)性的葉柵是應(yīng)用變幾何渦輪技Two - Equation Models for Near - Wall Turbulence[ J ]. 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