考虑清洁系数变化的循环水泵调度优化

第57卷第5期.汽轮机技术Vol. 57 No. 52015年10月TURBINE TECHNOLOGYOct. 2015考虑清洁系数变化的循环水泵调度优化王雷',李鹏',张瑞青',高歆光“(1沈阳工程学院能源与动力学院,沈阳110136;2 华能营口电厂,营口115000)摘要:凝汽器清洁系数是评价凝汽器性能最重要指标,其变化对循环水泵最优化调度将产生较大影响。在分析了凝汽器水侧污垢增长简化理论模型的基础上,得到凝汽器水侧污垢随时间变化的基本规律,分析了清洁系数随运行时间和冷却水流速变化的规律,并通过某600MW超临界汽轮机凝汽器循环水泵最优化调度作为实例,对凝汽器端差凝汽器真空随清洁系数的变化趋势进行了分析,分析结果表明,不同清洁系数对循环水系统的优化运行方式造成影响,并得到了不同负荷、不同循环水温度及不同清洁系数下循环水泵的最佳运行方式，对火电厂循环水系统的运行具有一定的指导意义。关键词:汽轮机;凝汽器;清洁系数;循环水优化分类号:TK264.1文献标识码:A文章编号:1001-5884( 2015)05-037403Optimum Operation of Circulating W ater Pumps in Power Plant Consideringthe Change of Condenser Cleanness CofficientWANG Lei, LI Peng，ZHANG Rui-qing'，GAO Xin-guang(1 Department of Power Engineering , Shenyang Institute of Engineering , Shenyang 1 10136，China;2 Yingkou Power Plant of China Huaneng , Yingkou 1 15000, China)Abstract: The fouling on the condenser water side wall is an important factor that impacts the cleanness coefficient ofcondenser in the optimization of designing , operation and improvement of opening cooling water circulation system . Based onthe mechanism of foul -forming, a comprehensive prediction model of fouling growth on condenser water -ide wall isconstructed in this paper. Through analyzing the simplified theoretical model of fouling growth , the characteristic of foulingdeposit，effects of working time and cooling water velocity are discussed . Taking a 600M W supercritical stearm power plant自condenser as an example , the accurate estimation and prediction of cleanness cofficient can be obtained with this model .The ffects of the temperature difference and pressure of condenser are analyzed at the same time， and the work conditions ofwater circulating with different cleanness cofficient are obtained 。With the evidence of some condenser fouling growth , itcan be concluded that the present model is validity and would be contributed to water circulating optimization of condenserKey words :steam turbine ; condenser; cleanness coefficient; optimum water circulating0前言1凝汽器 管侧污垢时间增长趋势模型5]凝汽器清洁系数作为评价凝汽器性能重指标之一-,直接根据文献[ 6]中引用Kermn和Seaton的结论,在管璧污垢反映了凝汽器水侧管壁的脏污程度,是凝汽器总体传热系数形成过程中,污垢即会在管壁上不断沉积，使热阻增加,还会的重要组成部分,目前对凝汽器清洁系数的物理概念已有了在水流的冲击下,使污垢从壁面剥离,进而减小热阻。即随较深人的理解,并建立了凝汽器清洁系数的计算模型1-3),时间的变化下,管壁污垢是这两个现象形成结果的叠加,热但这些模型的基本出发点都是通过比较凝汽器运行时的传阻随时间的变化率可表示为:dRms-mr热系数和新清洗后传热系数,来确定当时凝汽器的清洁系dt、pλ数。现场实测数据表明凝汽器清洁系数具有较强的时间周式中。m运垢沉和离rs);m, 为污垢剥蚀率,期性,其变化对循环水泵最优化调度将产生较大影响(4]。本g/(中国煤化工的密度,k/m' ;λ为污垢文从污垢形成机理的角度分析污垢随时间的变化规律,分析的导:MYHCNMHG冷却水流速及凝汽器运行时间对凝汽器清洁系数的影响,推运行经验表明,当凝汽器的运行方式不变、冷却水的水导出凝汽器清洁系数基本计算模型,并分析考虑清洁系数变质稳定时,水中的颗粒污垢浓度基本保持不变,此时冷却水化后对循环水泵调度的影响。流速成为影响ms的重要因素，可表示为:收稿日期:2015-05-43作者简介:王雷(1978-),男, 工学博士,副教授,毕业于东南大学,主要研究方向电厂节能性能监测和故障诊断。第5期王雷等:考 虑清洁系数变化的循环水泵调度优化375md = Q10(2)1.0式中,a是与凝汽器换热面结构、冷却水水质和冷却系统运的0.8行方式有关的系数;w为冷却水流速。日0.7B增大而在水流冲击产生剥蚀过程中,m,与凝汽器管壁面污e 0.6方向0.垢质量成正比,即:m, = Pu'm(3)“050152025时间/h将式(2)和式(3)代人式(1) ,积分可得:图2时间系数B变化对凝汽器清洁系数的影响Ro=-(1-(0)(4)与时间成指数的倒数关系,随着时间的增加逐渐减小，减小βρλu若不考虑凝汽器水管壁外侧(汽侧)的热阻,则总污垢热速度由快至缓,最后达到平衡状态。并且由图1可见,污垢阻R,约等于水侧的污垢热阻R。沉积系数A越大,污垢沉积的速度就越快,清洁系数减小的一般污垢热阻定 义为: .就越快,并且最后的清洁系数越小，因此,污垢沉积系数A越小越好。同样由图2可见，时间系数B越大,污垢沉积的速R;≈R,=K-K(5)度就越快,清洁系数减小的就越快,并且最后的清洁系数越式中,Ks为运行状态下的总传热系数;Ko为对应工况洁净状小，因此,污垢沉积系数B越小越好。态下的总传热系数。并且,在τ=0的时刻,即凝汽器处于未运行时刻,清洁清洁系数的定义为:系数为1,当时间τ趋于无穷大时,清洁系数的极限值为C,=K，(6)1/(A +1)。Ko2.2流 速变化对清洁系数的影响将式(4)和式(5)代人式(6) ,得到凝汽器清洁系数随时由式(7)中可见,循环水流速对清洁系数的影响比较复间变化的规律:杂。循环水流速增大,污垢的剥蚀率增大,沉积系数A减小，Cj =(7)清洁系数将增大;但同时,循环水流速增大,污垢的沉积率也Ko-(1-ei") +1增大,时间系数B增大,清洁系数将减小。若考察某确定时pβλ0刻τ冷却水流速的变化规律,考虑冷却水流速度的变化对污垢的影响,则有:2影响清洁系数因素分析2.1运行时间变化对清洁 系数的影响C=正-(1 -e"") +1(9)由式(7)可见，当凝汽器结构、冷却水水质、冷却方式不清洁系数与冷却水流速的关系如图3所示的曲线。当变时,清洁系数C,只是时间和冷却水流速w的函数。汽轮循环水流量变化等原因导致水流速变化时,随着流速增大，机稳定运行时,可认为凝汽器循环水流速基本不变,此时清清洁系数先迅速减小，然后逐渐增大。考虑冷却水管道特性洁系数的变化仅与时间有关,是时间的单变量函数”。当冷和水泵流量等因素,凝汽器内冷却水流速一般设计值为1却水流速恒定,即不考虑冷却水流速度的变化对污垢的影m/s ~3 m/s之间,因此实际情况下处于图3所标出的范围响,式(7)简化为:内。在实际运行中,不能通过增大循环水流速的方式来减小Cj=A(1-e")+1(8)污垢热阻或增大清洁系数。式中,A为污垢沉积系数,与凝汽器结构冷却水水质冷却在0.8A地大方式有关,A=K。(-;B为时间系数,与冷却水中污垢在换0.7奖0.热面的停留时间有关,B= βo。0.5式(8)反映了在忽略某些影响因素后,凝汽器清洁系数随时间的变化规律。循环水流速范围流速 /(m/s)清洁系数变化如图1、图2所示。图3清洁系数随循环水流速的变化曲线由图1、图2可见，若不计循环水流速的影响,清洁系数0.9- V3清沽系糊对循环水代化结果影响定性分析中国煤化工0.8-地0.7-增力3.1MHCNMHGt 0.6-循环水优化原理是通过凝汽器的特性方程计算得到冷0.5-却水流量或者循环水泵的最佳组合。即先得到凝汽器压力0.42:与汽轮机排汽量、冷却水流量(循环水泵运行台数)及冷却水温度之间的关系式,再利用汽轮机功率变化与凝汽器背压的图1污垢沉积系数A对清洁系数的影响关系,找出当冷却水流量(循环水泵运行台数)变化时,汽轮376汽轮机技术第57卷机电功率的增加值与循环水泵耗电量之间差值最大的工况,p、两泵区该工况的冷却水流量(循环水泵运行台数)即为对应当时汽做3轮机排汽量、冷却水温度下的最佳冷却水流量或者循环水泵一泵区<2的最佳组合。员153.2清洁 系数变化对运行参数的影响这种优化方式一般不考虑凝汽器水侧的脏污程度的变400450500550600化,即凝汽器的清洁系数--般认为是定值或平均值(0.8左汽轮机功率/MWG-1.0右)。而由循环水系统优化原理可知,凝汽器端差的大小对优化结果有很大的影响,而凝汽器端差的大小与凝汽器传热收30系数有关,由凝汽器传热系数计算公式可知[8] ,凝汽器传热-泵区系数与清洁系数成正比例变化,因此，将清洁系数作为定值S2时的对循环水优化运行结果将有较大误差。录154实例分析G=0.9、为了定量分析清洁系数变化对循环水泵运行调度优化30结果影响,以某600MW超临界凝汽式汽轮机为例,分析凝汽器水侧管壁清洁系数随时间的变化规律。该凝汽器为双壳- -泵区体、双背压、双进双出、双流程型式，设计背压为4.4/5. 4kPa,15总有效面积为38 000m2 ,管内平均循环水流速≤2. 3m/s。通350过计算,得到凝汽器端差、凝汽器真空随清洁系数变化曲线如图4、图5所示。CG-0.8做30:0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00清洁系数G =0.7图4端差 与清洁程度的关系区30256.0上2索15把5.00.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00G=0.6 .图6不同清 洁系数下循环水泵运行工况图图5凝汽 器真空与清洁程度的关系图4、图5可见,当其它条件- -定时,随着Cj的降低,5结论凝汽器的端差增大,凝汽器真空下降;并且C;越小，对优化结果影响越大。凝汽器水侧污垢的大小与时间和循环水流速变化有关,C;对循环水泵运行调度优化的影响程度见图6,图中横即凝汽器运行参数对凝汽器的清洁系数有较大影响,在凝汽坐标x是冷却水入口温度,纵坐标y是汽轮机的功率。器循环水进口温度和机组负荷一定的情况下,凝汽器端差和从图6可以看出,在相同的汽轮机功率和相同的冷却水凝汽器直空随清法系断的减小而减小，并且减小的趋势逐渐入口温度下,清洁系数G;为不同数值时,循环水泵的运行工对该曾大中国煤化工化运行造成影响。本文针况不同。例如,在汽轮机功率为550MW,冷却水人口温度为|YHCNMHG分析了清洁系数与时间和25C时,当凝汽器清洁系数为0.8时,两台泵运行，而当凝汽循环水流速的关系,进一步提高了凝汽器最佳真空和循环水器清洁系数为0.7时,一台泵运行。因此,清洁系数看作常数泵运行调度优化的确定精度,并将该方法应用到某600MW机组的循环水系统中,得到了不同负荷、不同循环水温度及对泵的运行和凝汽器参数有很大影响,从而造成最佳真空计不同清洁系数下循环水泵的最佳运行方式,对火电厂循环水算及循环水泵运行调度优化的误差。系统的运行具有一定的指导意义。( 下转第380页)380汽轮机技术第57卷表2回热系统加热器指标分析加热器效率员, MW级数236方案10. 485 20. 91080. 97070. 86910. 880776.2355. 06843.406 45.578 84.072 7方案20. 67630.907 60. 96600. 824 80. 835734.37 85. 26593.731 25. 878 74.291 6方案30.949 10. 49300. 966 90.833 10. 844 13.8492 53. 1883. 66795. 820 I4.248 9方案40. 90530. 652 90. 84740. 858 63.84925. 410058.32 45.721 94.1772方案50. 949 10.90530.733 30.82780.838 83.84925. 4100.38.75 85.85714.275 9方案60.94910. 96220.35040.81083. 84925. 4100.3. 968 252.5574.271 3方案70. 79520. 290 73.849 25.41006. 097455. 142综上考虑,对于700二次再热机组,用蒸汽焓值法确定[3]李勇,黄萍力.汽轮机回热系统加热器给水焓升的优化分配了热力系统各级抽汽参数后，小汽机汽源选择为--次再热热[J].汽轮机技术,2008 , (6) :404 -406 ,409.段时机组效率最高,回热系统损值最小， 为最佳汽源选择。4]张毅,陈志刚,黄萍力,等。汽轮机回热系统加热器给水焓升优化分配方法对比分析[J].东北电力大学学报(自然科学.版),，2008 ,(4):52 -56.4结论5 ] Katarzyna Stepeeynska , Lukasz Kowalezyk , Slawomir Dykas,et al.Calculation of a 900MW Conceptual 700/720C coal - fired Power(1)用蒸汽焓值法确定热力系统各级抽汽参数,其充分Unit With an Auxiliary Extraction Backpressure Turbine[J]. Jou利用了低压级抽汽,少抽了高压级的抽汽，机组效率提高了nal of Power Technologies ,2012 ,92(4) :266 -273.0.1%，损降低了1. 37kJ/kg,级组蒸汽焓降接近于等焓降分6] 陈大變.动力循环分析[M].上海:上海科学技术出版社,配,抽汽焓值方法确定的抽汽口的位置分布均匀、合理。1989.(2)二次再热机组热力系统中，小汽机进汽参数提高,机7] W EISSINGER G ,CHEN Q. Alston Boiler Designs for the AD700Power Plant[ EB/OL]. Denmark ; Milan Conference ,2005.组效率增大。再热后机组效率出现两个峰值，采用- -次再热8] KJAER s. A Modifed Double Reheat Cycle [ A]. Proceeding of热段作为汽源时机组效率达到最大55.52%，损最低;同时the ASME 2010 Power Conference [ C]. Chicago: ASME ,2010.改变小汽机汽源,会引起汽源所对应加热器效率 下降,9] 黄树红、汽轮机原理[ M].北京:中国电力出版社,2008.损增多。[10] 刘诗.给水泵汽轮机汽源切换方式模拟[D].重庆大学，(3)在传统分析方法基础上，以二次再热机组为模型分2012.析，为二次再热机组回热系统抽汽参数的确定和抽汽口位置[1]刘慧慧.火电厂给水泵汽轮机系统热经济性分析与优化设计[D]. 太原理工大学,2013.的合理分布提供了新的方法和指导建议;对小汽机汽源选择[12]蔡小燕,张燕平,李钰,等.700C超超临界燃煤发电机组热的分析为进-一步优化热力系统提供了研究思路。力系统设计及分析[J]. 动力工程学报,2012,(12):971 -参考文献978.[1]纪世东，周荣灿,王生鹏,等.700C等级先进超超临界发电技[13] Cai Xiaoyan , Zhang Yanping, Li Yu, Huang Shuhong, Gao Wei.Design and Exergy Analysis on Thermodynamie System of a 700C术研究现状及国产化建议[J].热力发电,2011,40(7):86 -UItra Supercritical Coal - fired Power Generating Set[J]. Journal88of Chinese Society of Power Engineering ,2012,(12) :971 -978.[2] BLUM R, BUGGE J, KJAER S. AD700 Innovations Pave the Way[14]吕国华,王华,马文会,等. 小龙潭电厂300MW机组热力系for 53 Percent Eficiency [J]. Modemn Power Systems , 2008 , 28统分析[J]. 动力工程学报,2011 ,31(2):85 - 108.(11):15- 19..(上接第376页)行分析[J].汽轮机技术,2014 ,56(4) :299 - 302.5]王雷,徐治皋,司风琪.基于支持向量回归的凝汽器清洁系数时间序列预测，中国电机工程学报,2007 ,27( I4) :62 -66.[1]张健,曹祖庆.凝汽器清洁系数的在线测定方法及其对机组6] 杨善让,徐志明,孙灵芳.换热设备污垢与对策[M].北京:科热耗率的影响[J].汽轮机技术,1993 ,35(5):24 -27 ,48.学出版社.2004.[2]李勇,曹祖庆.凝汽器清洁率的概念及测试方法[J].汽轮[7]王雷,王洪跃,张瑞青,等基于支持向量机回归的凝汽器真机技术,1995 ,37(2):73 -76 ,86.中国煤化工气轮机技术,2007 ,49(1):43 -[3]金国华. 凝汽器清洁特性诊断[J].汽轮机技术,1987 ,29(2):CHCNMHG轮机原理[M].北京:中国电9-13.[4]林轶,陈文和,马汀山考虑清洁系数的循环泵变频优化运力出版社,1998.