300MW机组单元制循环水系统优化运行

第52卷第6期汽轮机技术Vol.52 No.62010年12月TURBINE TECHNOLOGYDec. 2010300MW机组单元制循环水系统优化运行刘哲,王松岭,王 鹏(华北电力大学动力与机械工程学院,保定071003 )摘要:通过对某300MW力发电机组循环冷却水系统进行分析研究,运用枚举法逐步搜索出不同负荷下所对应的循环水量。对所得到的循环水量进行循环比较确定出机组在不同负荷、不同循环水温下最经济的循环水泵运行方式,编制出循环水最佳运行工况表和循环水泵经济调度图,对火电厂循环水系统的运行具有指导意义。关键词:热能动力工程;循环水系统;循环水泵;优化运行分类号:TK264. 1文献标识码:A文章编号1001-5884(2010)06-0475-03Optimal Operation of Circulating Water System in 300MW Unit SystemLIU Zhe , W ANG Song-ling, W ANG Peng( Energy & Power Engineering School ,North China Electric Power University , Baoding 071003 ,China)Abstract:In this paper, the analysis of 300 MW coal-ired power unit cooling water system is obtained, using theenumeration way to search the number of circulation water under the different loads. To make sure the optimistic number ofcirculation water under the diferent loads and the diferent temperature , which needed cyeling comparison, establishes thecirculating water optimum operating condition table and the circulating water pump economic dispatch chart,it is of greatsignificance for the power plant' s operation of circulation water system.Key words: thermal power engineering; circulating water system; water circulating pump; optimal operation0前言1循环水系统优化原理循环水系统作为火力发电厂一个相对独立的,对机组经循环水泵是从冷水源取水后送往凝汽器对汽轮机排汽济性有较大影响的重要辅助系统,是为汽轮发电机组凝气设进行冷却.循环水泵经济调节的核心就是根据凝汽器最佳真备等系统设备提供冷却水的重要辅机。在电厂中,循环水泵空所需循环水量合理调节循环水泵的组合方式。为提高机作为循环水系统的核心,其耗电量约占电厂总发电量的组运行经济性,循环水泵运行方式切换应遵循以下原则:当1.5% ~2%",它又是改变汽轮机真空的重要可调节因素，增 加循环水量时,应使汽轮机功率增量大于循环水泵功率增合理选择循环水泵的运行方式对于提高电厂的经济性有重量; 当减少循环水量时,应使机组功率减少量小于循环水泵要意义。但目前大多数电厂在循环水系统的运行方式中缺功率减少量,即在汽轮机热耗不变的情况下.使其发电量N,乏可操作性的理论依据.对循环水量的调节相当粗略,仅凭与循环水泵的耗电 量N,的差值达到最大值的循环水量为最经验进行运行调节。夏季循环水温度较高,按照机组配备的佳循环水量:循环水泵皆投人运行;冬季循环水温度较低,可以停运一台maxSN= ZoN.- ZoN,(1)或多台泵,但没有具体明确的理论依据,造成循环水泵开启的数量很难与机组的工况相匹配，耗电量增多。式中, AN。为第i台汽轮发电机组功率增量,i=1,..mn,虽然近些年来我国在变频调速方面有了长足的进步和m为机组台数;QN,为第j台循环水泵的耗电增量,j=1,2,3,发展，由于应用高压变频器造成的初投资过高,很多电厂在..n,n为循环水泵台数。改造方面表现得很谨慎,这就成为泵与风机调速节能方面的图I为最佳循环水量的示意图。主要障碍,现阶段我国大部分电厂都采用单元制或扩大单元制，而且大部分都是定速泵或双速泵,其经济性往往取决于2循环水系统的优化模型运行人员的操作水平和机组的安全性.故仅凭经验进行调节就有很大的局限性,循环水系统的经济性就很难得到充分发2.1中国煤化工。挥,成为电厂节能降耗亟需解决的问题。本文采用逐步搜索斤对应的饱和温度t,法,通过循环比较得到每种工况下的最佳循环水量,对电厂可由下fHCNMHG的循环水系统的运行具有重要的指导意义。t, =ta +△t +8t(2)收稿日期:2010-03-01作者简介:刘哲(1985-) ,男,河北石家庄人,华北电力大学硕士研究生,河北保定,主要从事火电机组辅机分析与研究。476汽轮机技术第52卷4N2.2排汽量D, 的确定在计算汽轮机功率时,必须准确地计算排汽量。通常电厂常把凝结水流量的指示值作为排汽量,这样会产生很大误aN,w,差。因为进入凝汽器的流量中除了排汽量之外.还有各处的疏水和漏汽,特别是当凝结水再循环门开启时,凝结水泵出水量远大于排汽量。由于汽轮机末级抽汽点压力仅与排汽量有关所以可利用该压力来计算排汽量。根据汽轮机变I况原理,凝汽式机组末级常处于临界工况,抽汽点压力p,与排汽量成正比;即使处于亚临界工况,抽图1净增功率与循环水量的关系曲线式中4为循环水入口水温, ;01为循环水温升，心，可用下汽点压力p 也与排汽量D.成正比,即:p=P ,则有:D。Pno式表示:Ot =ia -。;8为凝汽器端差,C ,可用下式表示:&D。、B-H=1, -6n。D.=pox735.62.1.1循环水入口水溫 。的确定冷却水人口水温取决于当地的气候条件,而与凝汽器和D。B .DgH(Vh)(8)735.6po~ 735. 6po循环水泵的运行状况无关，对于循环水系统，冷却水入口水式中,B为大气压力,Pa;H为末级抽汽点真空,Pa;Do为设计温除受气象条件影响外,还受冷却塔运行性能的影响。因排汽量,Vh。此，要确定冷却水入口水温的应达值,必须把凝汽器和冷却2.3 背压变化后,汽轮机功率增的计算塔作为-一个整体进行考虑。凝汽器真空提高,可以使汽轮机多发电,可以用下式表2.1.2循环水温升 At的确定示[(1:由凝汽器热平衡理论,蒸汽的凝结放热量等于循环水的AN, = 1.02x10' .0p.K.N,(9)吸热量,用下式表示为:其中,0N,为汽轮机功率的增量, kW ;4p为凝汽器真空的变Q=D(h. -h.') = D.(ha-hm) =D.c(ta -tn)化,MPa;K为真空每变化0.009 8MPa,汽轮机功率相对变化(3)率,可以从背压变化对功率的修正曲线上查出;N,为汽轮机式中,D,为汽轮机的排汽量,Vh;h. he分别为凝汽器中的蒸额定功率,kW。汽.凝结水的比焓,kJ/kg;D.为循环水的流量,Vh;h2、ha分2.4 循环水量改变以后,循环水泵耗功增量的计算别为进人和离开凝汽器循环水的比焓,kJ/kg;c为循环水的由于电厂采用的是单元制循环水系统,两台同样型号的比热,对于淡水,c =4.1787kJ/(kg. K)。双速电机循环水泵并联运行,因而共有4种运行方式,即:则循环水温升可以表示为: .(1)一台泵低速运行;(2)一台泵高速运行;(3)-台泵高速ar. D.(h.-h%). bh.-b.'(4)运行,一台泵低速运行;(4)两台泵高速运行。表1为不同运4. 187D.4.187m行方式下循环水泵耗功与循环水流量的关系。其中A.B、C、D分别对应上述4种运行方式。式中,m为循环倍率,即m =D;它表明冷却单位蒸汽量所表1不同运行方式 下循环水泵耗功与循环水流的关系需要的循环水量。其中,熔差Ah=h, -h,'表示凝结1kg蒸汽所放出的热运行.流量功率后一种比前一种量。由于排汽有10%左右的湿度,故h.-h.将比1kg干饱和方式m'/hkW运行方式多耗功蒸汽的凝结放热最少,只有2140J/kg ~ 2220kJ/kg,取其平14508775.2均值,则r≈-2177。52016 9201 223.1447.94. 187m2.1.3凝汽器端差 8t的确定27 0281 998.3由传热学基本公式推导可得:29 102.42446.2(5)e187D。-13设备概述式中,A.为凝汽器的冷却面积,m' ;K为凝汽器的总体传热系数,J/(m2.s.K)。该厂循环水系统为闭式循环,采用地下水冷却,每台机凝汽器的总体传热系数采用美国HEI公式计算,并且利组配有两台立式湿坑式斜流泵,采用凉水塔冷却凝汽器回用别尔曼公式中的蒸汽负荷修正系数'”1:水,重身中国煤化工K泵技术规范(°)见表K= CE.B.B. VTφ,(6)2、表3凝汽器饱和温度下所对应的压力可以由以下经验公式YHCNMHG确定4):4计算结果及分析p.=9.81x(1+100).*(7)57.66 i全年季节性冷却水温的变化情况随季节变化的规律大第6期刘哲等:300MW机组单元制循环水系统优化运行477表2凝汽器设备技术规范表5不同负荷不同水温下循环水泵的组合方式型64LKX1-23水温16 920/14 508m'/hsC 10C 15C 20C 25C 30C 339C扬23/17m300MWAD必罱汽蚀余量7. 83/5.76m270MW轴功辜1 223. 1775.2kW240MW转速495/425r/min210MW电机型号YKSLD1600/1000 - 12/14/1730-1180MW额定功率1 600/1 00kw150MWB额定电压6kV由以上计算结果分析可知:额定电流199.5/135. 1A(1)机组负荷在300MW ~ 240MW之间时,当循环冷却494/424t/min水温超过25C,必须是两台泵高速运行,若循环水温低于表3循环水泵技术规范15C,一般都是-一台低速泵运行。(2)机组负荷在210MW ~ 180MW之间时,当循环冷却型号单背压双流程表面式水温低于20C ,在-般情况下都采取- -台 泵低速运行。凝汽器背压(3)机组负荷在150MW左右时,除了在30C及以上采"水室设计压力0. 35MPa取两泵运行(30C为一台泵高速运行33为-高- -低运行壳侧设计压力-0.1 ~0.1MPa方式)方式外其它循环冷却水温下都采取的是一台泵低速总有效面积18 000m2运行。循环水量35 280/h根据计算所得结果可以绘制循环水量随负荷与循环水凝汽器汽侧进口允许最高温度80C温的关系曲线,由图2所示可以清晰直观地确定不同负荷与循环水设计进水温度21C循环水温下的泵组的运行方式。循环水允许最高进水温度35C35000不同负荷下循环水温与循环水关系曲线管内平均流速2. 1m/s30000 t25000致是最高月平均水温出现在每年的7.8月份,大约在339C,k 2000 t最低月平均水温在每年的1.2月和12月份,大约在5C左a1000右。3.4.5.10、11各月大约在10C ~20C。6.9月大约在10000+ 300VW + 240MW- * - 180MW25C左右。因此,本文依次取循环水温为59C , 10C,15C,一.270MW女210MW-+150MW20年,25C,30C,33C。当机组负荷低于50%负荷运行时，102040锅炉燃烧的稳定性变差.将不能维持炉膛的稳定燃烧，甚至循环水温会出现锅炉灭火的现象,因此最低负荷选择50%负荷,负荷图2不同负荷下的循环水温与循环水量干系曲线分别选取.300MW.270MW.240MW. 210MW. 180MW.150MW,表4为不同负荷及其泵的组合方式下,在不同循环5结论水温下的传热系数的部分计算结果。表4传热系数的部分计算结果及比较本文通过枚举法逐步搜索出不同负荷下所对应的循环泵组合 负荷人口水温循环水温升端差传热水量即循环水泵的组合方式,对于列举出的每一种工况,都方式MWC系敷可以通过枚举法搜索到一个最优的循环水泵的工作方式,对3023.012.052345.88于涉及到的所有工况,可以通过循环比较得到最优的组合方2717.762.352719. 86式,从而合理地调度循环水泵，使循环水泵始终处于最优的2108.643.053093.84工况下运行。155.732.31 3 365. 83(1)利用本节及上节的经济计算分析通过对凝汽器模型单元制机组循环水泵的4种固定的组合方式.分别对应汽轮机模型的简 化,完全可预测出在不同的循环泵运行方式.不同的4种循环水量。固定负荷N,来不断改变循环水人口下 ,汽轮发电机组的经济性,从而合理调度循环泵运行工况,温度n ,利用式(2) ~式(9)分别计算出发电功率增量AN,和使循中国煤化工。循环水泵耗功量AN, ,再用(1)式计算出功率净增量AN。再二温度对机组经济性的改变负倚,步骤如上,直到遍历完所有负荷为止,最终得出不影响非HCN M H G使提高循环水流量，同负荷,不同水温下的最佳循环水量与运行的循环水泵数不同负荷 下的机组净增益sN均很小,弥补不了循环泵的多量。表S为计算得到的不同负荷不同循环水温下循环水泵耗电功;而当冷却水温度较高时 ,机组净增益ON随循环水量的组合方式。的变化其数值变化较大。(下转第480页)480汽轮机技术第52卷保证加工精度,而该级叶片的型面质量的好坏又极大地影响面 两斜面分别垂直于2与3辐射线,并有3个线铆钉头。着机组的效率。因此需用五座标数控机床来完成该处加工。通过方案比较,确定采用数控加工方案,利用三轴联动方式具体的加工工部划分如表1。同时加工整个叶冠型线和铆钉头型线,效果令人满意。叶冠表1叶身加工工序按以下加工路线进行:来料-粗精加工端面-粗加工圆弧面加工性质加工名称加工区域使用刀具-去台阶面余量-去铆钉头余量-粗加工台阶面-粗加工粗加工铣进汽边叶身IC32玉米铣刀圆弧面-粗加工铆钉头轮廓-精加工台阶面-精加工圆弧面-精加工铆钉头型线-精加工铆钉头根部R。铣出汽边1C32玉米铣刀2.4.2量具设计及检测方案叶冠背弧侧开空刀根据铆钉头的形状和尺寸设计量具分为以下几个(2] :叶根背弧侧开空刀①铆钉头位置度标准块:测量铆钉头相对于叶根中心线叶冠内弧侧开空刀1G32玉米铣刀弧深方向的位置;IG32玉米铣刀②叶冠高度标准块:测量叶冠在汽道高度方向的位置;粗加工叶身③铆钉头全型线样板:测鼠铆钉头间的相对位置;精加工叶身R28铣刀④铆钉头单型线样板:测量铆钉头的轮廓尺寸。精加工铣叶冠平台叶冠平台K16 锥度球头铣刀铆钉头型线样板如图6所示。铣叶根平台叶根平台K16 锥度球头铣刀半精加工半精铣叶根圖角叶根圆角KI6 锥度球头铣刀半精铣叶冠圆角叶冠圆角K16 锥度球头铣刀精铣叶根閟角叶根圜角KI2 锥度球头铣刀精铣叶冠圆角叶冠圆角K12 锥度球头铣刀2.3.2型面的检测.型线测量采用日立标准:即首件经三座标检验合格,工图6铆钉头型线样板序中按1/10三坐标抽检,其余采用型线样板检验,并按标准测量P、Q、E、Wr.D等值。如图5所示。3结束语出汽侧经过叶根试加工工艺试验和叶冠及铆钉头试加工工艺Q0.25试验,在工艺试验完成和程序优化的基础上,按照上述工艺E+0.13方法,现已加工出9台份600MW调节级动叶片,替代了进口叶片,并且该工艺方法已应用于其它同类叶片的加工。加工Dmas和装配的结果达到了图纸的要求,表明该工艺流程.工艺方法的设计合理、加工程序设计正确、测量方式严密。能保证质量,满足加工的需要。通过工艺试验以及程序的优化，加工的叶片符合设计要求。现该工艺方案已经成功应用于该叶片的批量加工,完全图5型线量具实现了该叶片的国产化要求。同时该工艺中某些方法也已2.4叶冠的工艺方案600MW调级节动叶片叶冠的结构特点:圆弧状的叶冠经应用到其它叶片的加工制造中,使该厂的叶片加工技术迈上面带有3个铆钉头,同时叶冠的内背弧侧还有3个台阶.上了一一个新的台阶。面,台阶面的深度不一样,而且台阶面带有一定的角度,每个.参考文献台阶面和辐射线的夹角也不- -样;钉头之间的距离很小,钉[1] 王先逵.机械制造工艺学[M].机械工业出版社1992.1-27.头和叶冠的交接面是一一个很小的R连接面,交接面也在圆弧[2]袁长良机械制造工艺装备设计手册[M].中国计量出版社，面上。详细的结构如图1所示。2003. 103 - 107.2.4.1叶冠及铆钉头的加工方 案[][3]杨建明. 数挖加工工艺与编程[M].北京理工大学出版社，600MW调级节动叶片叶冠外端为两斜面内切-圆柱2006. 101 - 124.(上接第477页)2]中国煤化工啊电力出版+.1992.二机械」业出版社.1993.参考文献[4]CN M H G中的应用[M].北京:水利电力出版社,1986.[1] 黄新元,赵 丽,安越里,常家星.火电厂单元制循环水系统离5] 席愛民. 200MW机组循环水泵技术改造及经济调度研究[ D].散优化模型及其应用[J]热能动力工程2004,19(3):302 -保定:华北电力大学(保定) ,2002.305.[6]唐山丰润热电厂. 大唐国际丰润热电厂运行规程[R].2008.