基于能量损失的汽轮机循环水泵优化运行研究

第57卷第6期汽轮机技术Vol. 57 No. 62015年12月TURBINE TECHNOLOGYDec. 2015基于能量损失的汽轮机循环水泵优化运行研究庞乐,邴汉昆,梁绪,李状(华电电力科学研究院，杭州310030)摘要:循环水泵优化运行的目的是通过调整循环水泵的运行台数使汽轮发电机组单位上网电量所消耗的能量最少。现有文献在确定机组微增出力和凝汽器真空时都需要用到理论计算或变工况曲线拟合,难免计算结果与实际情况相偏离。针对上述问题,提出了--种以冷端能量损失为研究对象的循环水泵优化运行方法,该方法以热损率作为循环水泵切换运行的判定准则,进而计算出各运行工况切换点循环水温升的比值，以温升的比值来衡量循环水泵运行的合理性,极大地提高了试验测试的精度和方便性,并将该方法应用到某300MW机组中。关键词:循环水泵;优化运行;能量损失;温升分类号:TK267文献标识码:A文章编号:1001 -5884(2015)06 044443Optimal Operation Research of Steam Turbine Circulating W ater Pumpsbased on Energy I oSSPANG Le, BING Hankun, LIANG Xu, LI Zhuang( Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China)Abstract:The purpose of circulating pump optimization operation was to minimize the energy consumption of per grid-connection volume through adjusting Circulating water pumps number. Theoretical calculation or variable conditions curvefitting was always used to assume condenser vacuum and slight increase output in the existing literature, which madecalculation result deviate from the actual situation inevitably. In allusion to the problems above,a new method was putforward to study circulating pump optimization operation on the basis of energy loss in the cold end，in which the heat lossrate was taken as the criterion to switch operation of circulating water pump , and the ratios of circulating water temperaturerise was used to measure the rationality of the circulating water pump operation，which calculated by switching point in theoperating conditions. Finally ，the new method which improved the accuracy and convenience of the test greatly was appliedin a 300 MW power plant.Key words :circulating water pumps; operating optimization; energy loss; temperature rise对应的能量损失大小作为判断基准,根据少量参数的在线测0前言量就可以直观地判定循环水泵的最佳运行方式,便于运行管理。并可以根据实时监测数据建立知识库,形成特定机组的汽轮机循环水泵优化运行是根据机组负荷和循环水人循环水泵优化运行专家系统,使循环水泵的切换更加接近机口温度的变化,通过切换循环水泵的运行台数,使机组在最组的实际运行情况。佳真空下运行,达到节能降耗的效果”。传统循环水泵优化运行理论主要是通过增加循环水的流量,使凝汽器真空度提1基于能量损失计算方法的理论模型高从而增加汽轮机组的出力,而循环水流量的增加需要通过增加循环水泵开启台数获得,这必然导致循环水泵耗功增汽机侧基于能量损失的计算方法[61是以整个汽轮发电加,机组出力增加值与循环水泵耗功增加值的差值最大时，机组(包括抽汽回热系统)为研究对象,不考虑能量的具体转即为循环水泵的最佳运行方式口。其方法包括对机组微增换过程,从宏观上研究相同电力产品的产出所对应的能量损出力凝汽器变工况计算、冷却塔特性等的研究34。传统计失大小。其研究对象边界条件如图1所示算方法基本是采用设计参数和制造厂提供的变工况曲线拟中国煤化工电机组的边界,根据能量合进行计算处理'51 ,然而设备的实际运行工况往往与设计工守恒YHC N M H G组的能量相等,其表达式况有所偏离,并随着时间的推移,误差会越来越大。因此,本如式(1):文提出了一种基于能量损失的汽轮机循环水泵优化运行方Q人=Qm法，该方法以整个汽轮机组为研究对象,以单位上网电量所从锅炉侧进人汽轮发电机组的能量以两种方式输出,一收稿日期:2015-08-07作者简介:庞乐(1984-),男 ,湖北崇阳人,工学硕士,工程师,主要从事汽轮机热力性能试验及热经济性分析方面的研究。第6期庞乐等:基于能量损失的汽轮机循环水泵优化运行研究445e1___ 0,P.=Pg+Pp+P。式中,P。为发电机出口功率;Pg为上网功率,kW;P,为循环水泵功率, kW;P。为其它辅机功率, kW。P。= (P.-P,) -P。P根据以上假定,在相同的发电机出口功率下,P。为常数,那么P。与P.-P。成正比。这里定义热损率为:LQ29= P。= (P.-P,)-P。P.-P。热损率的意义为单位上网功率所对应的冷源损失,根据.上述假定,在相同发电机输出功率下,切换循环水泵的运行台数,当qu最小时,Q2也最小,根据公式(2) ,汽轮机组能量图1汽轮发电机组能量输人输出流向图是以电能的形式从发电机出口输出,该部分能量除小部分供输人Q人也最小,那么燃料消耗量也最小，此时即为该负荷厂用电外,大部分并人电网;二是以能量损失的形式流失(包2.3循环水 泵切换运行方式的判定准则括冷源损失、散热损失及工业冷却水带走的热量等)。由此在两种不同的循环水泵运行方式下，设式(1)可写成:F(gi) =91 -9u(8)Q出= 3600P。+Q2 +Q3 +Q4.(2)式中,角标1、2表示两种不用的循环水泵运行方式,设为工式中,P。为发电机功率,kW;Q2为循环冷却水带走的热量,况1和工况2。kJ/h;Qs为汽轮发电机组散热损失, kJ/h,通常取Q3 =0.01当F(gn) >0时,采用工况1运行;当F(g1)<0时,采用Q人;Q4为工业冷却水带走的热量, kJ/h。汽轮机循环水泵的优化运行,归根结底是通过切换循环工况2运行;当F(gu) =0时,不切换运行方式。那么循环水泵运行的切换点为:水泵的运行台数,使汽轮发电机组在相同的能量输人下,能发出最大的功率;或者使汽轮发电机组相同的功率输出所消aF(gn)=0(9)dgr耗的能量最小。本文提出的基于能量损失的汽轮机循环水将式(4)、式(6)、式(7)代人式(9),得到两种运行方式泵优化运行方法,是假定在相同的能量输人或功率输出下汽下循环水泵的切换点为:轮发电机组的散热损失(3和工业冷却水带走的热量Q4相D。A,D.2Ot.同,通过调整循环水泵的运行台数,使冷源损失的热量最小，P。-Pp~ Pa - Pp2(10)那么,整体汽轮发电机组所消耗的能量就最小,燃料消耗量转换为温升之间的比例关系为:也就最小，该种循环水泵的运行方式即为最佳运行方式。D2(P。- Pp)(11)Dw(Pa2 - Pp2)2基于能量损失的循环水泵优化运行原理对于确定的循环水泵运行方式，D.、P.、P,为已知数,( Om :0<)的比值可以求出,设为常数A,这样热损率的大小2.1冷 源损失的计算方法转换为循环水温升之间比例关系。当(Q:O2) >A时,说明对于纯凝机组,冷源损失即为汽轮机排汽在凝汽器中凝工况1的热损率大于工况2的热损率，循环水泵采用工况2结所发出的热量,其能量平衡方程为:运行;当(O::02) 1.2732,0r:O; <0. 785 4:0.5849= 1.342 8时,采用工况2运行;当A:L2 > 1.273,Q:A; >1.342 8,2 883. 126 500Or::Os <0.5829:0.5218=1.1157时,采用工况3运行;当根据前述方法和表1的运行参数,可计算出各基准负荷A:O2 >1.2732, Q:Q;> 1.3428,0s:Os >1.1157时,采下,循环水泵切换点的温升比值(Q:Ox: N;: A:)。即用工况4运行。其它各负荷以此类推。100%负荷下Nn:Nr:Qx;:Q4=1:0. 7857:0.5856:0. 5251;根据文献[7]提供的在线监测方法,可以计算出不同负90%负荷下Ar:O2:Ox:Ot; = 1:0.7856:0. 585 3:0. 5247;荷、不同循环水流量及不同环境温度下,循环水的温升值。80%负荷下Ar:O2:Ox:Qt, = 1:0.7854:0.584 9:0.5243;在240MW负荷下,其计算结果如表2所示。70%负荷时A::Ox:Q;:O4 = 1:0. 7853:0.5845:0.5237;折算成各循环水泵运行工况不同环境温度下的温升比60%负荷下Ar:O2:Ox:Ot; = 1:0.7851:0. 583 8:0.5229;值如表3所示。表2240MW循环水温升计算值环境温度,C循环水温升:1152025033工况18.0918.2318.5119. 4720.4521. 0721. 7014.2214.2714.4914.9115.3415. 8216.6710.6110.6610.7010.7910.8910. 9811.11工况49.519. 569.599. 699.799. 819. 86表3循环水泵各运行工况在不同环境温度下循环水温升的比值温升比值51(2(A;:Au山, :021.272 31.277 61.277 51.305 71.333 11.332 11.302 102:0l31.34011.338 31.354 51.381 61. 408 81.44101.50041.11541.115 5.1.11551. 11371.11231.11941. 1265根据前述讨论和表3的计算数据,240MW负荷下，当环表4循环水泵优化运行方式境温度为5C时, A:O2 =1.2723< 1.2732,应采用工况1负荷环境温度/C运行;当环境温度为10C时,O1:O2 =1.2776 > 1.2732,%23(3Q2:0;=1.3383<1.342 8,应采用工况2运行;当环境温度1004为15C时, Qr:O2 = 1.2775> 1.2732,Q2:Os=1.3545 <901. 342 8,应采用工况2运行;当环境温度为20C时, Dr:O280=1.3057> 1.2732,02:Ot3 =1.3816> 1.3428,Ax;:O4 = .1.1137<1.1157,应采用工况3运行;当环境温度为25C70时,An:O2=1.3331> 1.2732,02:O; =1.4088> 1.342 8,A;:0s=1.1123<1.1157,应采用工况3运行;当环境温度为30C时, Or:Oc2=1.3321 > 1.2732,02:0s=1.4410>注:“1”、“2”、“3”、“4"分别代表工况1、工况2、工况3、工况4。.1. 3428,Qx;:0t。=1.1194>1.1157,应采用工况4运行;当行方法,推算出了采用该方法判定循环水泵运行切换点的准环境温度为33C时, M:Q2=1.3021 > 1.2732,:0; =则,解决了传统方法根据设计参数计算和变工况曲线拟合导1. 5004>1.3428,Us:As =1.1265>1.1157,应采用工况4致误着越来越大的问题。同时提出了热损率的概率,更加运行。依此类推,可以计算出各负荷在不同环境温度下,循直观中国煤化工目的，用温升的比值来判环水泵的运行工况如表4所示。断循|YHCN M H G员实时监测。此外,通过不同负荷、不同循环水泵运行方式、不同环境温度下对循环4结论水温升的实时数据采集,可以建立特定机组的数据库,形成专家系统,使循环水泵的优化运行越来越接近机组的实际情本文提出一种基于能量损失的汽轮机循环水泵优化运兄。(下转第450页)450汽轮机技术第57卷(3)假定了凝汽器低压侧与高压侧有相同的散热量,实由图4可以看出,两种优化运行方式下的最佳循环水流际中散热量是不一样的。量都远远低于优化前的流量;而采用改进优化方法确定的最(4)由于传感器测量仪表等设备可能存在精度误差,导佳循环水量低于传统优化方法确定的循环冷却水量。致测点参数值有误差,从而导致计算背压与实际背压有偏由图5可以看出,在其它条件相同的情况下,任一时刻差。采用改进优化方法计算出的发电净增功率明显高于采用传由上可知，改进后的双压凝汽器低压缸高、低压侧背压统优化方法获得的机组发电净增功率。计算方法与实际背压更为相符。更适合用于运行中最佳真空的确定。3结论为比较两种运行优化方法的效果,这里首先计算采用两种优化方法确定出各自的最佳循环水量,然后将传统优化方通过对某电厂600MW机组的实例验证，得出如下结论:法获得的最佳循环水量带人改进优化方法中的真空计算公(1)在相同的燃煤量下,采用本文所提供的理论模型进式,进而获得发电净增功率。两种优化方法对应的最佳循环行优化运行调节,净发电量明显高于传统优化方法的净发电水流量如图4所示,净增发电功率如图5所示。量,即在相同的电厂负荷下,可以减少燃煤量,降低供电煤耗率;2.0-原始循环水流量(2)另外,优化运行后的循环水流量少于优化前的循环1.8水流量,节约了电厂“用水量;(3)本文为理论计算模型编制了- .套MATLAB程序，可1.6用于电厂实时在线计算最佳循环水流量,进而指导机组运行传统法最佳1.4 t循环水流量优化。参考文献1.2改进法最佳[1] Zhengyu H , Robert M. 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