循环水系统优化运行的经济分析

浙江电力2011年第9期ZHEJIANG ELECTRIC POWER51循环水系统优化运行的经济分析秦攀',林闽成了,叶劲松",孙永平，董益华'(1.浙江省电力试验研究院，杭州310014; 2. 浙能温州发电有限公司,浙江温州325602)摘要: 针对循环水系统对机组冷端运行经济性产生的影响，通过试验、数值计算和理论分析，综合研究循环水温、循环水量、凝汽器特性、低压缸排汽压力等多种因素对机组负荷及经济性的影响，依据2个评价准则计算确定某300MW机组循环水系统在不同循环水温、不同负荷条件下的经济运行方式，并对该型机组循环水系统的实际优化运行方式的选取方法进行讨论和分析。关键词: 300 MW机组;循环水泵;优化运行;评价准则中图分类号: TK264.1文献标志码: B文章编号: 1007-1881(2011 )09 -0051-03Economic Analysis on Optimal Operation of Circulating Water SystemQIN Pan', LIN Min-cheng, YE Jin-song", SUN Yongping' , DONG Yi-hua'(1. Zhejiang Electric Power Test and Research Institute, Hangzhou 310014, China;2. Zhejiang Energy Wenzhou Power Generation Co., Lid, Wenzhou Zhejang 325602, China)Abstract; In view of the influence of circulating water system on cold-end system operation economy of u-nits, thispaper carries out the comprehensive research on the inluence of multiple factors such as circulatingwater temperature, circulating water volume，condenser characteristics, exhaust steam pressure of low pres-sure cylinder on the unit load and economy through the tests, numeric calculation and theoretical analysis.The economic operation modes of the circulating water system for 300 MW unit under different circulating wa-ter temperatures and loads are confirmed after the calculation according to the two evaluation criteria, and theselection method of actual optimal operation mode of the circulating water system for the unit of this type isdiscussed and analyzed.Key words: 300 MW unit; circulating water pump; optimal operation; evaluation criteria循环水系统的优化运行，对发电机组的净输确定循环水系统优化运行的判定准则，最常出电能有一定的影响，对提高发电厂的经济性有使用的方法是电能增益法。对1台机组而言，在着积极的作用。在机组日常运行过程中，随着环机组负荷和冷却水温一定的条件下，增加循环水境温度及机组负荷的变化，可以采取改变循环水流量，会降低汽轮机的背压汽轮机的电能会随泵(简称循泵)运行方式来调整循环水流量、改善着机组背压的降低而增加。同时增加的循环水流机组真空、提高汽轮发电机组的运行效率。因量又会使循泵的耗功增加。当汽轮机电能的微增此，在机组负荷、环境温度及循环水流量之间存值AP。与循泵的耗电增加值△P,之间的差值达到在一个寻优的目标，找到在不同负荷、不同环境最大时，所对应的循环水流量即为最佳循环水流温度下最优的循环水流量,就可以把机组整体的量。这时，汽轮机的最大净增电能△P为:运行能耗降到最低。SP =△P.- OP,(1)1.2 综合费用法1循环水系统优化的评价准则发电厂作为电力市场竞争的主体，不仅关心1.1 电能增益法电能的节省，同时也密切关注发电过程综合成本52浙江电力2011年第9期的降低。在机组负荷和冷却水温一定的条件下,0.02[改变循环水流量，使综合成本煤耗率最低的冷端寻优方法，称为综合费用法。该方法考虑了煤和-0.04电不同能量价值的综合煤耗率,也把发电厂供电-0.06煤耗、上网电价和标煤价格有机地联系起来，可i -0.08以更加直观地分析判断发电厂的节能经济指标。-0.1采取该优化评价方法时，需把由背压降低得-0.12520凝汽器压力Pa .到增益的发电机电能，根据机组供电煤耗和标煤价格,折算得到煤耗收益费用OFm,再根据上网图1某300MW机组满负荷时凝汽器压力与机组出力的修正曲线电价,推算得到循泵的损耗费用AFa,两者之差达最大值时就是发电厂最优成本费用所对应的循时,再降低背压，机组出力已不再增加，汽轮机环水运行方式。这时，汽轮机的最佳综合费用末级叶栅发生“阻塞",即动叶斜切部分的膨胀能△F..为:力已经被利用完。如果再降低背压，蒸汽将在动OF =△Fm-AFs(2)叶斜切部分之外膨胀，末级焓降与电能均不再增以上2种方法是从微增电能和综合煤耗2个加。若背压继续降低，对应的饱和温度下降,使方面来体现优化运行方式的差异，虽然因标煤价最低压力级加热器的抽汽量增大，致使末级电能格和上网电价的变化而会略有不同，但变化趋势减小，此时汽轮机的背压称为极限背压，对应的是-致的。通过以上2种方法对某300 MW机组真空即为极限真空。当出现上述极限背压时,如的循环水系统进行试验比较,并进行计算分析,果水温还要降低，则可减少循泵运行台数，减小给出最优的运行方式。循泵动叶角度,适当关小循环水回水调节阀,避免机组背压进一一步降低，以免对机组安全性、经2循环水系统的数学模型济性产生不利影响。2.1汽轮机特性2.2凝汽器的变工况特性汽轮机特性就是研究汽轮机背压与出力的关凝汽器变工况计算模型主要是建立机组负系，即在不同的机组排汽流量下，改变凝汽器压荷、循环水温度、循环水流量与凝汽器压力的关力，得出机组出力与背压的关系。当其他设备的系。在不同热负荷、不同冷却水温度下，改变进运行参数一定时，在某一新蒸汽参数和流量下，人凝汽器的循环水流量，得出凝汽器压力与循环汽轮机输出电能与排汽压力之间的关系为:水流量的变化关系:P.=f(N, P)(3)P-=f(w, D., D.)(4)式中:P。为汽轮机输出电能;No为机组负荷;P式中:tu为循环水入口温度;D.为循环水流量;为汽轮机背压。D.为排汽流量。在正常运行时，可认为凝汽器压力变化对机汽轮机的背压由凝汽器排汽温度对应的饱和组出力的影响等同于汽轮机背压变化对机组出力压力得到，凝汽器的排汽温度为:的影响。根据制造厂提供的汽轮机排汽压力对机t。=twa +Ot +δt(5)组出力的修正曲线，通过曲线拟合得到不同排汽式中:1,为凝汽器的排汽温度;△t为循环水平均压力对应的出力值，在确定最佳循环水量和计算温升; 8t为凝汽器端差。经济效果时都要用到这一特性关系。图l是某2.3循泵的耗功特 性300MW机组满负荷运行时典型的背压与出力的循泵的耗功特性就是在一定外部环境中，确修正曲线。定循环水流量和循泵电能之间的对应关系:由图1可知，凝汽器压力与机组出力基本呈Pp,=f(D2)(6)线形关系，凝汽器压力每增加1 kPa, 机组出力式中:P,为循泵所耗的电能。约增加1%。但是当汽轮机背压降低到一定数值循泵耗功特性中，关键是确定循环水的流2011年第9期秦攀， 等:循环水系统优化运行的经济分析53量。由于循环水流量大、管径粗、压力低,不易直进水温度20C时的综合费用比较如图3所示。接测量，一般多采用热平衡计算的方法取得。热4000平衡计算法是依据热量平衡的原理，汽轮机排汽2 000....热量等于循环水带走的热量，通过汽轮机排汽流量、排汽负荷、循环水温升来推算循环水流量。-2 000根据循泵的配置和日常运行模式，循泵运行-4000方式可以分为一-机-泵、两机三泵和一机二泵。由于本次试验机组的循泵动叶在一-定范围内可-6000调，根据循泵动叶开度分为大、中、小3个不同200 250 3035开度，测定各工况下循泵的耗功和凝汽器循环水机组负荷AW流量的对应关系，如表1所示。注:图中1~9为组合编号,组合方式见表1。.图220C进水温度下各工况电能收益比较t1 试验循泵组合方式汇总组合循泵动叶开度循环水流量循泵耗功循泵组合方式/(m2h*)_/kW50小16 9801 095中18 4461 240-机一泵19 9841 405-50022 9901 52825 7941 730两机三泵色-100028 8102 005-1 50026 14928 0381 963-机二泵15302217机组负荷/MW3计算实例.注:图中1-9为组合编号,组合方式见表1。图3 20C进水温度下 各工况综合费用比较针对某发电厂引进型300 MW汽轮机组开展循环水系统优化试验，通过变换机组负荷、改变.4结论与建议循环水流量，在不同的季节进行循泵组合优化。在试验的基础上,再进行凝汽器变工况计算,根从推荐的运行方式看,两种评价准则影响趋据电能增益法、综合费用法，分别得到各不同进势是一致的,只有个别工况略有出人。这是因为水温度下的优选运行方式。两种评价准则寻优的核心指导思想是相同的，只3.1电能 增益法计算结果是存在电能、费用的表现形式差异。综合费用法为了方便比较表1中各种组合方式的优劣,是在电能收益的基础上，又考虑了现实的标煤价选用处于中间状态的两机三泵动叶居中的组合作格和上网电价。在标煤价格降低的时候，可以考为参比工况，所得电能为其他不同的组合工况与虑增加循环水量、降低汽轮机背压来达到机组增参比工况的差值，电能大于0,说明组合工况优于加 发电量的目的;在上网电价高的情况下，可以参比工况，电能越大，说明组合工况越节能。设考虑减少循泵的耗功来降低厂用电率,以减少发计进水温度20C时的节约电能比较如图2所示。，电成本费用。选取较具代表性的机组负荷以及循3.2综合 费用法计算结果环水进水温度，依照目前的煤价和电价情况推荐以两泵三机动叶居中组合工况作为参比工运行组合方式如表2所示。况，在电能收益的基础上，考虑机组实际的供电在循环水温大于23C时，推荐一机二泵动叶煤耗、标煤价格(以850元/t计)、上网电价(扣大角度和两机三泵动叶大角度运行方式。两机三除17%的增值税后，以0.349元/kWh计),设计(下转第60页)60浙江电力2011年第9期AAL%=Axx100%= Cigo -x 100%=7.54%，736.23实际低压电网运行特性显然存在较大的差异，直接影响理论线损计算的精度。基于三相负荷不平(5)本台区统计线损率:衡的低压电网等值电阻和功率损耗计算，将三相不平衡损耗系数a直接引入低压台区线路的等AAs%=. x100%= .9 760 -8 858x 100%值电阻和功率损耗计算中，使计算原理和数学模Am9 760型更接近低压电网的实际运行特性，有利于提高计算的精度。通过某供电所部分台区的实测计算统计线损比理论线损高出2.11%,说明本台分析，基于三相负荷不平衡的低压台区线路理论区还有-定的降损潜力。线损计算法的计算结果与实际线损更为接近。上例中如采用传统粗估计算法计算，则本台参考文献:区中所有三相四线制线段④,⑦,及式(6)与(8)的结构常数N均取3.5,计算方法与步骤与上述[1]方向晖.供电所“三事”管理基础[M].北京:中国电力出版社,2010.相同，等值电阻Ra的计算值为0.220,两种算[2]廖学琦.农网线损计算分析与降损措施[M].北京:中国法相差15.45%，台区理论线损率为8.04%，两种水利水电出版社,2003.算法相差6.22%。[3]王抒祥.供电所管理[M].北京:中国电力出版社,2000.5结语传统的粗估计算方法中，对低压三相四线制收稿日期: 2011-02-11线路的理论线损计算式(6)与(8)中的结构参数N作者简介:方向晖(1967-),男，浙江建德人，副教授，高级值统- -取3.5，此计算方法是基于假设零线的损技师，长期从事配电网运行维护技术培训和教学研究工作。耗为相线损耗的一半这一前提得出， 这- -假设与(本文编辑:杨勇)(上接第53页)合考虑安全性、经济性的情况下，可以考虑适当延长两机三泵动叶大角度的运行时间。表2推荐运行方式汇总实际情况中，循泵不可能频繁启停切换，出循环水温度/C负荷率(占额定负伺的百分数)于安全、振动等方面的考虑，动叶也不宜于经常50% 60% 70% 80% 90% 100%-7组合1组合1 组合1组合1组合1组合1调整。所以在循环水温11~23C之间时,推荐两9组合1 组合1组合2组合2组合2组合2机三泵运行，随着温度的降低,适当调小循泵的1组合1组合2 组合4组合4组合4组合4动叶开度。在循环水温度低于11C时,推荐- -机组合4组合4组合4组合4组合4组合4二泵运行，适当延长动叶小开度的运行时间。组合4组合4 组合4组合4组合4组合57组合4组合5组合5组合5组合5组合6组合5组合5组合5组合6 组合6组合6组合6组合6组合6组合9组合9组合9[1]何冬辉.火电厂冷端系统性能分析及优化研究[D]大连:23-25 .组合6组合9组合9组合9组合9组合9大连理工大学,2010.27-33组合9组合9组合9组合9组合9组合9[2]徐海新.600MW机组循环水和真空系统优化运行[J]发注:组合方式见表1。电设备, 2009(3):191-193.泵动叶大角度工况，虽然是次优运行方式，经济收稿日期: 2011-07-04性略逊于一机二泵动叶大开度工况,以循环水温作者简介:秦掌(1976-), 男,山东蒙阴人，硕士,工程师，30C、常用机组负荷率80%计算，两者费用差约主要从事汽轮发电机组热力性能试验和节能改造工作。90元/h。但是相比一-机二泵多了1台循泵备用,(本文编辑:陆莹)方便发电厂合理安排检修、灵活运筹调度，在综