双压凝汽器循环水系统的优化运行

第29卷第4期Vol, 29 No,42009年4月Journal of Power EngineeringApr. 209文章编号1000-676(2009)04-0389-05中團分类号:TK264.1*1文献标识码:A学科分类号:470. 30双压凝汽器循环水系统的优化运行葛晓霞'，缪国钧”，钟澎，徐治皋'(1.东南大学能源与环境学院，南京210096; 2.南京工程学院能源与动力工程学院，南京211167)摘要: 介绍了双压凝汽器的工作原理,阐述了循环水系统优化目标--最佳真空的确定方法.对某600 MW机组的循环水系统进行了计算和分析,得到不同条件下循环水系统的优化运行方式及净收益与循环水进口温度的关系.结果表明:双压凝汽器循环水系统的优化运行方式与单压凝汽器不同;当循环水的进口温度升高到某一值时,采用双压凝汽器的循环水系统的净收益大于单压凝汽器;机组负荷越高,双压凝汽器系统比单压凝汽器系统经济性好的范围越大.关键词:汽轮机;双压凝汽器;循环水系统;最佳真空;优化目标Optimized Operation of the Circulating Water Systemwith Dual-Pressure CondenserGE Xiao-xia'2 ,MIAOGuo-jun'，ZHONG Peng'，XU Zhi-gao'(1. School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096 ,China;2. School of Energy and power Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167 ,China)Abstract: Operation principles of dual-pressure condenser was introduced and the determination method ofoptimization target of circulation water system-optimal vacuum was also presented. Calculation andanalysis of circulating water system of a 600 MW unit were carried out ,and optimized operation mode ofcirculating water system at different conditions and relationship between net benefits and inlet watertemperature were obtained. Results show that the optimal operation mode of circulating water system withdual- pressure condenser is different from that with single pressure condenser. When the inlet circulatingwater temperature increased to a certain value, the net benefit of the circulating water system with dual-pressure condenser is higher than that with single-pressure condenser. The higher the unit load is, thewider the economical range with dual-pressure condenser than that with the single pressure condenser.Key words: steam turbine; dual-pressure condenser; circulating water system; optimization target提高汽轮发电机组运行的经济性是电厂实现节数,凝汽器真空增加(即凝汽器压力降低)时,机组出能减排的重要手段之一,也是各国电力企业追求的力增加.凝汽器压力升高1 kPa,汽轮机的汽耗量将目标之-一(1:2.凝汽器是汽轮发电机组的重要组成增加1.5%~2.5%.凝汽器真空过低,汽轮机的排设备,其运行状况对机组安全性和经济性有重要影汽温度将升高,使得低压缸或低压轴承座等部件受响3.0.凝汽器真空是电厂运行人员的主要监视参热膨胀.甚至使机组产生振动;真空过低时还会增强中国煤化工收稿日期:00809-22修订日期208-11-017基金项目:江苏省教育厅自然科学基础研究资助项目(07KJD480080)YHCNMHG作者蔺介:葛晓霞(1962-).女,安徽宜城人,教授,硕士,主要从事电厂汽轮机及节能技术方面的教学和研究工作. .电话(TeL );13512535091E-mil:gxia@njit. edu. cn.390●动力工程第29卷汽轮机和冷凝管的振动，破坏凝汽器水侧的严密性.分别表示冷却水通过单压和双压凝汽器时的温升情但是凝汽器真空也不是越高越好,因为真空过高的况，可见采用双压凝汽器可以提高凝汽器平均真空，情况下,当蒸汽在汽轮机末级动叶斜切部分已达膨降低汽轮机组的冷端损失.通常冷却水温较高或缺胀极限时,汽轮机功率不再随真空提高而增加.即使水的地区,采用多压凝汽器的机组经济性较好.600汽轮机末级尚未达到膨胀极限,但由于随着汽轮机MW和1000MW机组采用双压凝汽器时,机组热排汽压力的降低,排汽比容不断增大而末级排汽面耗可降低约0.2%~0.3%..积一定,于是末级排汽余速损失将不断增加,当由于排汽压力降低而增加的有效热降等于余速损失的增量时，此时所达到的真空称为极限真空.如果冷却水(循环水)进口温度不够低,要达到极限真空就需要消耗大量的冷却水.因此在达到极限真空前,水泵耗冷却水进口冷却水出口功增加量就可能超过了汽轮机功率的增加量,若继续增加冷却水量,提高真空,反而使电站出力减小.(a)单压凝汽器只有提高真空所获得的净效益最大时的真空才是最冷却水进口。.有利的,保持凝汽器在最佳真空下运行可以提高机PuPa组经济性.(b)双压凝汽器近年来大容量、高参数机组迅速发展,同时水资81 双压和单压凝汽器示意图源越来越宝贵,多压凝汽器在现代大型电站得到广Fig.1 The sketch of dua-pressure condenser泛的应用.60年代初期美国就开始在大功率机组中↑02|22采用多压凝汽器;日本在60年代中期从美国引进了这一新技术,并不断创新,成功地研制出单壳体多压5↑Ou)液体自密封的多压凝汽器;前苏联在1978年开始采十1用双压凝汽器;我国在90年代开始逐步设计和研制等双压凝汽器[间.目前,有关单压凝汽器循环水系统优化运行方式的研究较多(0480,文献[9]提出了多压凝习汽器的优化模型,但有关双压凝汽器循环水系统优化运行方式的研究则较少,大多数电厂将具有双压凝汽器的循环水系统优化目标的确定按单压凝汽器F.2F。2对待.笔者探讨了双压凝汽器循环水系统的优化运行方式,并将其净收益与具有单压凝汽器的系统进图2双压和单压凝汽器中 蒸汽和冷却水沮行了比较,为循环水系统的优化运行提供了参考.度沿冷却表面的分布Fig.2 The distributing of steam and circulating water temperature1双压凝汽器的工作原理along cooling surface of dual-pressure and single-pressurecondenser双压凝汽器将单压凝汽器并联运行方式改为双压串联运行方式，即把负荷为Q,冷却面积为F.的.图2中双压凝汽器压力对应的饱和温度分别单压凝汽器改装为冷却面积各为F./2的双压凝汽.器,并保持冷却水量不变,双压和单压凝汽器示意图4n=n+号+8u(1)见图1.双压凝汽器中冷却水及蒸汽的温度分布与.单乐凝汽器不同,双压和单压凝汽器中蒸汽和冷却.to=(n+号)+号+8a(2)水温度沿冷却表面的分布示于图2.在冷却水总吸单压凝汽器与双压凝汽器压力对应的饱和温度热量相同的情况下,单压和双压凝汽器的冷却水最之差为终出口温度相同.在凝汽器内的传热过程中,由于冷中国煤化工8.+8世(3)却水进口端蒸汽和冷却水的平均传热温差较大,单MH.CNMHG位面积的传热量较大,因此冷却水的温升曲线在进式中;hn、i好分别为低压凝汽器与高压凝汽器压力对口端较陡,在出口端较平缓.图2中的点划线和实线应的饱和温度,C;δs、8n2分别为低压凝汽器与高压.第4期葛晓霞,等:双压凝汽器循环水系统的优化运行,391●凝汽器的传热端差,C;tml为凝汽器循环水的进口表1凝汽器主要技术参数温度,C ;Ot为循环水在凝汽器中的温升,K;t,为单Tab. 1 Main technique parameters of condenser压凝汽器压力对应的饱和温度,C.项日低压凝汽器高压凝汽器凝汽器冷却面积/m215 0202凝汽器最佳真空的确定方法管子清洁系数0.0.95凝汽器真空与进入凝汽器的循环水的温度及流传热系数/(kJ.h-1 .m-'.七-1)13 95914 450量有很大关系.因此,在不同季节及负荷下,可以通凝汽器压力/kPa4. 115.39过循环水泵投运台数的合理组合来达到循环水系统汽轮机排汽量/(kg.h-)5555 527552 420优化运行的目的,循环水系统优化的目标为最佳真进口处循环水温度/C2025.18空.根据凝汽器压力对应的饱和温度的计算公式,可出口处循环水温度/C25. 1830. 26以得到单泵和双泵运行时的凝汽器压力.凝汽器最循环水温升/K.185.08佳真空的确定过程如下:(1)由试验或计算得到各种循环水泵组合下进算准确得到,一般通过试验测量.即分别在单泵和双泵运行方式下,测量循环水流量D.、D.2及循环水人凝汽器的冷却水流量D..(2)由试验或计算得到不同循环水温度下，在泵总消耗电功率Np和Np.循环水泵正常运行时，不同负荷时凝汽器压力与循环水流量的关系:在较长的时间内,循环水泵的循环水流量和消耗功p= fr(tw),D、,Dw)(4)率基本不变.凝汽器冷却管内壁脏污引起的冷却水流(3)由试验或设计数据得到机组在不同负荷下量的减小量占冷却水流量的比值很小,可以忽略不计.同时,凝汽器冷却管内壁脏污引起的循环水泵电微增出力与凝汽器压力的关系:流的增量很小,即对循环水泵消耗功率的影响可以忽ONτ = f2(Dk,p)(5)(4)由试验或计算得到循环水流量与循环水泵略不计.根据电厂资料得到循环水泵在单泵和双泵运行方式下消耗的功率分别为1300kW和2076kW.耗功的关系:机组在不同负荷下微增出力与排汽压力的关系N,= f,(D)(6)(5)最佳真空的目标函数为机组功率增量与循为:环水泵耗功增量之差,即:D、=-0.449- 0.358 5(B -5.68)-F(twn,Dx,D.) = sNτ- ON,式中:p为机组背压,kPa;tu1为凝汽器循环水进口0.0489(号-5.68) +0.007 8(台-5.68)’温度,C ;D、为机组的排汽量,kg/s;D.为循环水流(8)量,m'/s;ONτ为机组微增出力,kW;N,为循环水根据前面介绍的凝汽器最佳真空的确定方法，泵耗功,kW;ON,为循环水泵耗功增量,kW.通过编程运算可得到不同负荷、不同循环水进口温双压凝汽器的最佳真空确定过程在第2~5步度及不同循环水泵组合情况下凝汽器的最佳压力.需要分别确定凝汽器低压和高压侧的压力、机组微图3为额定负荷下凝汽器最佳压力与循环水进口温增出力与循环水泵耗功增量之差.在循环水进口温度的关系曲线.度和机组排汽量相同的情况下,改变循环水泵运行-◆双压凝汽器台数,当机组微增出力与循环水泵耗功增量之差达- +单压凝汽器到最大值时对应的循环水泵运行台数就是循环水系统最优运行方式.以此类推,采用遍历寻优法可以得到不同循环水进口温度和机组排汽量条件下的循环水系统最优运行方式.3600MW机组循环水系统的优化”115202530某电厂600 MW汽轮机配有一套双压、双壳.中国煤化工与狮环体冷却水双进双出、单流程凝汽器,一台机配备2YHCNMHG台循环水泵,凝汽器主要技术参数示于表1.Fig.3 The relation curves of cireulating water enter temperature由于冷却水流量和循环水泵耗电量无法通过计with optimum exhausted steam pressure at rated load动力工程第29卷从图3可以看出,单压和双压凝汽器的最佳排1000循环水进口温度/C汽压力明显不同.双压凝汽器循环水系统与单压凝汽器循环水系30统优化运行方式的比较示于表2.i-100表2循环水系统优化 运行方式的比较处-2000-+双压凝汽器.Tab.2 Optimum operation pattern of circulating water-3 00+单压凝汽器system ( single-ressure condenser results inbracket)-40循环水进口温度/C 101202:3((a)-泵一机.额定工况单泵单泵单泵双泵双泵(单泵) (单泵) (双泵) (双泵) (双泵)10-500单泵双泵80%额定工况(单泵) (单泵) (单泵) (双泵) (双泵)委-10070%额定工况单泵双泵美-1500(单泵) (单泵) (单泵) (单泵) (双泵)+双压凝汽器-2 00十单压凝汽器注:括号内为单压凝汽器的结果.图4和图5分别为在额定负荷和80%额定负-2 s00荷下,循环水进口温度与系统净收益(即机组功率增(b)两泵一机图580%额定负荷下净收益 与循环水进口量与循环水泵耗功增量之差)的关系曲线.温度的关系曲线Fig.5 The relation curves of circulating water enter temperaturewith net income (80% rated load)-1 00系统增开循环水泵时对应的循环水进口温度比单压相-200凝汽器高;-3 000◆.双压凝汽器(2)当循环水进口温度升高到某一值时，双压凝汽器循环水系统的净收益大于单压凝汽器;-4 0(3)在相同负荷下,循环水泵单泵运行和双泵-5 00运行时,单压和双压凝汽器循环水系统净收益曲线(a)一泵一机的交点对应的循环水进口温度不同，单泵运行时交点对应的循环水进口温度较低,说明当循环水流量较小时,采用双压凝汽器经济好的范围更大.(4)机组负荷对单压和双压凝汽器循环水系统净收益曲线交点对应的循环水进口温度有影响,负荷越高,净收益曲线的交点对应的循环水进口温度2 00◆双压凝汽器越低,说明机组负荷越高,双压凝汽器比单压凝汽器-2500经济性好的范围越大.参考文献:图4额定负荷下净收益与循环水进口温度的关系曲线[1] 袁桂丽,王天宏,史国青,等.运行优化系统OPTIPROFig.4 The relation curves of circulating water enter temperature在电厂运行管理上的应用研究[J].中国电力,2004,36with net income (rated load)4结论[2中国煤化工Carijolan. Muti(1)双压凝汽器循环水系统的优化运行方式与YHC N M H Gmisation. Part I:Development of a multi-period MINIP model of a单压凝汽器不同,在相同负荷下,双压凝汽器循环水utility system[J]. Applied Thermal Engineering, 2006第4期葛晓霞,等:双压凝汽器循环水系统的优化运行●393●(26);1730-1736.[6] 闫桂焕,顾昌,郑李坤.300 MW机组循环水系统优化[3] ARONSON K E, BRODOV Y M, RYABCHIKOV A运行的研究[J].汽轮机技术,2002, 44(6) ;345-347.Y，et al. 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