火力发电厂循环水系统优化的研究

第32卷第4期羊柬電力.Vol.32 No.42004年4月East China Electric PowerApr. 2004火力发电厂循环水系统优化的研究徐海东',刘建华',崔欣',李莉(1.山东电力研究院,山东济南250002;2. 济南市水质净化- -厂,山东济南25003)摘要:通过对火力发电厂循环冷却水系统进行的理论和试验研究,综合得出不同冷却水温和不同机组负荷下保持机组处于最经济运行真空的理论依据,实现了将循环水系统的优化调节设想转化为可行的I程指导，解决了长期以来困扰电厂实现循环水系统优化运行的难题。关键词:火力发电厂;循环水系统;优化控制;凝汽器真空中图分类号:TK264. 1文献标识码:A文章编号 :1009529(2004 )04-0019-04Study on optimal control of circulating water system in power plantXU Hai -dong' , UU Jian- hua' , CUI Xin' ,II Li(1. Shandong Elctrie Power Research Institute ,Jinan 250002 ;2. Jinan No. 1 water purification plant,Jinan 250033 )Abstrat:Through the theoretical and experimental study on circulating coling water sysem for power plant, the theorelical support for keeping the unit in the most economic condenser vacuum under diferent cooling waler tempera-tures and dfferent unit loads was obtained. The idea of optimal control of circulating water system was able to betransformed into practicable engineering guidance and the problem in optinal operation of the circulating water systemwhich has puzzled power plants for a long time was sttled.Key words :power planl; circulating water system; optimal control; condenser vacuum随着天气冷热和机组负荷的变化,需要对火电机组的循环冷却水量进行实时调整,以保证机-1997标准中图1。(3)进行断路器遮断能力校核时，流经断路从系统出现短路时算起,直到断路器断口分器的电流既不-定等于短路点的电流，也不一定离时的总时间r,T的数值等于断路器分闸时间加等于支路电流,它与断路器的接线方式、故障点的10ms。这里的分闸时间指可能的最短时间,即其位置有关。范围的下限。(4)无论是用ANSI标准还是IEC标准校核与IEC标准相同,对于给定的额定交流分量，断路 器的遮断能力,还是我国的DL/T 615 - 1997也可以用式(3)计算额定短路开断电流。标准,在断路器触头分开的瞬间考虑断路器的遮实际应用中,短路电流中的交流分量和直流断容量都是用不对称短路电流校核,它包括两个分量应该分别对待。分量:对称分量和不对称分量。4结语参考文献:(1)虽然短路电流实时计算与离线计算的原1] Thanh C, Nguyen, Sherman Chan, Ron Bailey , Thanh Nguyen.Auto - Check Circuit Breaker Iteruping Capabilies. IEEE理都是对称分量法,但是实时短路电流计算还需Computer Aplications in Power,1S(1) ,Jan 2002. :24 -28要与EMS紧密结合,零序网也需要根据正序网的2] 中华人民共和国电力行业标准, DL/T615 - 1997,交流高压拓扑结构变压器的接线方式自动形成。断路器参数选用导则[S].(2)由于某些支路的单相短路电流比三相短收稿日期2003-08-20路电流还大,因此不能仅仅计算三相短路故障,还作者简介:罗为(1979-),女 .硕士研究生,从事电力系统安全中国煤化工要计算单相接地短路故障。YHCNMHG20(总230)阜柬電力.2004 ,32(4)组处于“最有利真空”下运行，实际上电厂普遍缺00C[_ 计算工况- -10C， 80%机组负荷 (224t/h, 排汽)乏有效、准确的运行指导依据,再加上调节手段有800t限,对于每台机组全年实际上只采用两个甚至一600个冷却水流量运行(即单、双泵运行),由此引起400、AN= 0N- AN系统供水和机组实际需求之间的严重失衡,加大ONm了机组的冷端损失。-200根据查新和调研结果,国内外在电厂循环水6000 8000 1000 12000 14000 16000 18000循环水流量/i.h系统优化调节方面的应用技术研究较少,现有的文献仅限于对循环水系统优化调节设想等原理性图1最佳循环水 量计算原理示意图的阐述,远未达到工程应用的程度。当前电厂只是根据经验、现象以及简单的试验得出的极不准确的数据指导循环水系统的运行调节。主要是“看真空”、“看电流"、机组运行能水景qrh’否“满负荷"等进行简单的判断和操作;有的电厂已经进行了一些摸索试验,但因为众多因素和条图2循环水管路阻力特性示意图件的限制难于获取有意义的结论,尤其是当过分阻力与水量关系H =f(q)用抛物线表示具有强调“小指标”竞赛时,得出的观点可能与机组的足够的精度:实际需要背道而驰。H=H。+aq + bq2(1)少数电厂虽然增设了流量调节,改变了落后式中H-- 循环水系统的阻力, 即与之匹配的水泵扬的台数调节模式，但因缺乏控制依据而只能手动程;操作,无法实现自动控制,更谈不上优化调节。a、b-均为系数。则循环水所获得的有效能量为:1电厂循环水系统优化的基本原理N有=gHq通常,在特定的循环水温下,循环冷却水量若式中N一-循环水泵的有效功率;增加Aq将提高汽轮机组的排汽真空,从而使机g--重力加速度。组负荷相应增加ANg,但水泵电耗也相应增加考虑泵和电机效率后,实际电机耗功为: .ON,,所获净效益为AN = AN, - AN,;当水量的增N电n=N在_ g(Ho+aq+bq*) .q(3)η.pη.np加使得水温差减小的幅度变小时,对真空的影响式中nn,一一电机、水泵效率。也随之降低,所获净效益也减少。要使机组获得对十里泉电厂:H。=11,求得a=0. 767,b=最大净效益的排汽真空就是最有利真空,对应的0.439。水量为最佳循环水冷却水量。水量增加对机组功fH=17.42 ,Q = 17266m'/h =4.796 m2/s率和泵耗电影响的基本过程如图1所示(以十里\H= 14. 24,Q=13416 m'/h=3. 727 m2/s泉电厂的125 MW机组为例)。过大的冷却水量如电机在有效工作区中,取电机效率η。= .则可能出现净效益为负值。0. 92(常数)。2试验研究在泵运行的高效区取水泵效率:ηp =0. 85。将不同的流量代人电机耗功公式得出结果如2.1循环冷 却水系统中循环水系统耗功与水最表1中所列。的变化关系表1不同流下的水和扬程及功率对于循环水冷却水系统,其流量q与总阻力恢量/e2h-1 100000 12416 15000 17266 20 000H的特性可以用图2表示。H。为出水口与泵人口水位之间的净高差,当扬程/m .12.265 14.245.42617.42 20. 29.功率/kW57806. 3010551414.2闭式循环时,Ho代表水塔配水高度与吸水池水面高度差。中国煤化工进行分析比较，TYHCNMHG徐海东,等火力发电厂 循环水系统优化的研究21<总231)闭式循环冷却水系统的阻力特性基本符合上述关影响为:当q +0时:h→q,δ- +0;当q→∞时:四，系,由此可作出泵在理想状态下供水量与电机耗→tm,8_→常数.功的关系曲线N, = N(q)。其中4---排气温度;2.2凝汽器特 性的理论探讨细如一循环水进 出冷凝器温度。研究冷凝器的特性就是研究冷凝器的真空因此,端差和冷却水量之间应是单调递增的P:和相关参数,如机组负荷D,、冷却水温Tμ、水函数关系:δ.∞f(q)。参照上述关系,结合常用经量q以及反映传热综合效果的端差8t等的关系:验公式8.=31 (+7.5),写成统一的格tg=tw +Ol +δt .排汽压力P:是排气温度n的单值函数。式,8 -31.5+(F +7.5}y(q) ,则该关系实际包式中0---循环水温升。(1)有关循环水温升的讨论含了流量对端差的影响,从而可以得出各种流量△t与排气量、排气焓和冷却水量的关系为:下具有实际意义的端差特性。D.(in-i)，代人典型工况下各个实验数据或具体运行数(5)值及其相对应的各种参数,可以求出对应具体机式中C--水的比热容。组的端差变化关系曲线。根据已有研究结果(沈振飞,郑美容等编，K=8.(31.5+1)(7)《汽轮机辅助设备》P979),在凝汽式汽轮机带负荷运行的任何工况下该式中iFi的差几乎不(P +7.5){(q)变,对于大中型汽轮机,其值为21809 kJ/kg 左真空变化随排汽温度而变化:Pe =Pe(4)右,设循环倍率为m,则:由此，只要能够通过实验,正确得出端差随水2 180520- 520量的变化关系,就可以准确得出冷凝器特性。4. 187(ig-i,) ig-ig A对于125 MW机组各工况的排汽状态,在1-2.3真空变化对机组功率影响该影响涉及--系列复杂过程,包括机组末级s图上进行了分析:当D、↓(负荷↓),Pk↓,但是由于压力减效率变化排汽状态、余速损失及变工况下末级气少,中间再热参数状态点沿等温线上右移,使得在流的流动分布(如二次流大小)等。AN与P.是Px降低和低压缸效率肖有上升条件下,并不引起一个复杂关系,对于汽轮机的各种工况,计算相当i明显变化。因此，对循环水温升的影响完全取困难，当流量小时,末级效率高,制造厂通常给出真空变化对机组负荷影响的关系曲线作为机组试决于机组负荷和循环水量两个因素。验修正的依据,有关设计资料显示正常范围的P(2)端差关系的确定与ON是一直线关系而与负荷无关。为准确得出对于端差项,根据传热学关系得:125 MW机组实际运行的真空关系,东北地区各At(6研究院所曾经对该机组的前期机型,如闵行,闸北等电厂的125 MW机组作了系统的试验研究,得式中q-- 循环冷却水量;出了较明确的试验结论。试验表明该类机组的晚K- --传热系数;A--冷凝器的传热面积;期机型与前期机型具有相同的变化趋势关系,但δ.- - -冷凝器的端差。同样真空变化情况的功率变化为前期机型的式(6)中有关水量及面积项是可以确定的，86%左右(参考荷泽电厂125 MW机组真空特性但是对于传热系数K,因每台机组而不同，得出准试验报告)。闵行、闸北等电厂125 MW机组的真确的数值具有相当的难度,尤其是考虑水温对传空特性试验也表明,机组功率增加和真空变化关热端差影响时,K值确定更加困难。系为一直线,而在特高真空下，就无法使负荷增端差经验公式的修改:加;另外,根据运行经验,对经常处于过高真空下从热交换的基本原理分析可以得出,在其他中国煤化工,造成汽轮机末级参数相对不变的前提下,循环水量变化对端差的}对真空3~4 kPaTYHCNMHG22(总232)摹束電力2004 ,32(4)下运行,对设备不利。结合众多电厂的试验结果有关试验结果的整理和计算见表1、表2,凝可拟合成下列关系式:汽器端差与循环水量的关系见图3。(QN=A +BPK P≥6.0 kPa表1试验负荷下汽压力计算的端差(8)lAN=C+DP2 P. <6.0 kPa点号2式中sN- -机组功率的变化值;流量m/h9056.8 10619.0 12374.0 13 230P一机组排气温度;端差8U/C 0 5.075 5.715 6. 0486. 240A.B、C、D--均为系数。表2不同水温下典型工况的端差统计和计算端差2.4水变化与凝汽器真空关系试验日期03-151105 05-1506-1509409(1)试验机组选择本试验的主要内容是确定不同水温下水量变负荷/MW124.6 124.8 124.8124.6冷却水量0.931.031.040.96化对机组真空影响的关系特性。/小h-1由于机组冷凝器的真空是机组负荷、凝冷器水温心125.014.2 19.724.5参数、严密性、脏污程度冷却水量、水温等多个因实际端差/心7.2.84.34.素共同作用的结果,因此,减少变动因素是保证试计算竣差/气6.425.55.464.824.17验精度的有效手段。试验方案初期选在十里泉电厂,但考虑到在内陆闭式循环的机组上试验时,凝汽器循环水的1.522.533.5~4进水温度就成了变化较大的因素,可能影响试验循环水量t/s精度,为此,最终将试验选在威海电厂。试验情况表明,海水温度的稳定性保证了凝汽器循环进水图3冷凝器端差 与循环水量关系曲线从计算结果分析,端差的差值均在1心以内，温度在实验过程中的相对稳定。考虑现场表记的精度可知，结果具有良好的准确(2)试验方法和过程性。1)试验方法参照机组变真空实验特性运行,不同的是通2.5最经济水 的分析及计算常机组的变真空特性实验是向真空系统放空气,根据在华能威海电厂前期的试验结果、得出而这次实验是通过改变循环冷却水量进行。冷凝器一般脏污程度和较好严密型条件下不同机组负荷率和不同循环水温下最有利真空下的水量2)实验关键参数的测量机组负荷用瓦特表测量,机组真空和大气压关系如图4所示。利用水银柱测量,循环水凝结水和机组排汽温度1800.用标准玻璃温度计测量,机组其他参数采用运行16 00表记,直接用计算机打印出机组试验中的各项参。1200- 10%页蘅]10 000威海电厂1期工程为2台125 MW机组,共配置4台64LKA - 13B型循环水泵,原设计为单0~T循环水温度/心元制运行,为增加调节方式电厂在来两机循环水泵之间增加了联络管和联络门。图4优化循环水流量随水温 、负荷的变化曲线虽然是在1号机组上进行试验,但实验过程中4台泵同时参与调整以实现5个流量变化工随负荷的增加,要求水量接近成正比例增加，况:1 2号泵运行供1号机用水;1.2.3号泵运行，但在25 C以上时,要求的最佳水量增量越来越联络门半开;1 2.3号泵运行,联络门全开;1.3.4号泵运行,联络门半开;1号泵供1号机用水。收稿日期:2003-08-13试验共测验了机组的4个工况，每个负荷下作者简介:徐海东(1973-).男.硕十.工程师,从事电厂汽轮机及的冷却水调整不少于5个流量工况。辅机中国煤化工HCNMHG