300 MW机组循环水系统的优化运行及可视化

2002年第12期I华东电刀73300Mw机组循环水系统的优化运行及可视化闫桂焕,顾昌,郑李坤,张善达,龚广雄(武汉大学动力系,湖北武汉430072)关键词:大机组;循环水系统;优化运行;可视化摘要:利用Visual Basic 6. 0叮视化语言,基于Windows环境开发了循环水系统优化运行的可视化软件。介绍了优化运行的数学模型及其求解方法,并对该软件的功能特点进行S简要说明。该软件的投人使用可大大减少运行人员操作的自日性,改善循环水泵粗调或不调的现状,提高电厂运行的经济性。中图分类号:TK264.1文献标识码:B文章编号:1001-9529( 2002)12-0073-03电厂循环水系统是一个庞大的动力系统,其众所周知,增加循环水量会使汽轮机的真空供水量较大,消耗的电能约占电厂总发电量的提高,使机组的发电量增加，但增加循环水量也会1%~1.5%。由于多种原因，日前电)循环水系统使循环水泵的耗电量增加,因此,两者之间一定存处于粗调或不调的状况,未能实现经济运行。因在某个最佳值,使系统的净功率最大。以两者的差.此.研究循环水系统的优化运行方式是提高电厂额F最大作为目标所数，即经济性的一项重要措施。(1)笔者以某电厂300MW机组为例,对循环水系统的优化运行进行了深入研究,开发了循环水式中Ng,- 第i 台机组的发电量.i=1,2,..系统优化运行的可视化软件。m.m为机组台数;Np,- 第j台水泵的耗电量,j= 1.2..1循环水系统的优化计算[1]n.n为水泵台数。循环水系统的优化运行问题,实际上是寻求1.2机组发电量 Ng和循环水流量Q的关系机组的最大净功率。由于循环水系统较复杂,其优由于机组发电量和排汽压力Pr有关,而排汽化运行不能仅对某一部分孤立地进行,必须建立压力又和循环水流量有关,因此,需首先建立汽轮系统的数学模型进行优化求解[2]。机特性模型，从汽轮机低压缸排汽压力对出力的1.1建立系统的目标函数修正曲线上.提取数据.经多项式拟合得到机组发热耦动作后使主变部分风扇停止运转，导敛油温上:报,并提出解决办法。由于缺件牵涉厂家较多，升高而使油位升高至满,最后变压器油压升高而规格型号复杂,具体解决有一定难度,加之为满足使压力释放动作跳闸。后由常州变压器厂重新计1号机组安全运行而不断借用2号机组设备,导算并配置了热耦,义将主变油位调节至止常位置，致2号机组缺件不断增加。并对主变油样中乙炔含量进行了跟踪检查,确认为保证试运按计划进行,对个別通用件采取此次压力释放动作后变压器无损坏。经168 h满借用方式,优先满足试运;个别进口设备内采购周负尚试运行考验.该主变1.作正常。期较长,先用国产设备代用;有的关键设备如电泵偶合器伺服放大器,国外采购供货期需2个月,在112号机组设备缺件电泵试运时采川于操,在锅炉蒸汽冲管期间临时因设备缺陷、缺件和现场使用中的损坏、丢失借川1号机设备,点火冲管结束后立即归还。这及备品、备件供应的不及时而造成设备尤法按期样中国煤化工的进口设备已到货。完成安装并正常试运,成为影响2号机组调试的由YHCNMHG确.措施到位，确保主要因素。当1号机组整套试运还未结束,就安排了2号机组启动调试的顺利进行。了对2号机组缺件(包括被1号机组动用的)普查收稿日期:2002-08-267华东电力2002 年第12期电量与排汽压力的关系;接着建立凝汽器特性模建白。型,凝汽器压力p与对应的饱和蒸汽温度t.有循环水系统的优化模型是一个典型的具有多关,两者关系为:变量、等式和小等式约束的非线性数学模型。从模pn=o. 009 81x151 10“,kPa3(2)型中的独立变量米看,除了阀门开度为连续变量57.66 !外,其它如水泵的叶片角度、水泵的开启台数等皆式中t.一 循环水初温t、循环水温升Ot和凝为离散变量,这是一个具有复合类型变量的最优汽器端差δt之和。化问题。笔者采用枚举法逐步搜索出离散变量中由热平衡方程可得:所有可能取值的方法,将模型转化为只有阀门开.D2(h,- -h.)t__度为连续的变量.然后运用混合罚函数SUMT法;8t==xxrn(3)c.Q(在尤约束极小化过程中采用变尺度DFP法)对式中D;凝汽器蒸汽负荷,kg/s;模型进行求斛，从而最终得到循环水系统的最佳h.he.分别为排汽比焓和凝结水比焓;运行方式。优化程序的结构框图如图1所示。cw-冷却水比热容,kJ/(kg. C);程序启 动Q-一冷却水流量,kg/s;凝汽器管子有效面积,m2;[变量初始化， 输人原始数据]K一 凝汽器总体传热系数，C计算普道阻力系数]kW/(m2●K)。+[枚举泵的组合]根据设计资料通过凝汽器变工况计算得到排汽压力与循环水流量的关系,进-步拟合,最终得→+[枚举每_ 泵组合下的叶片角图关小阀门开度到机组发电量和循环水流量的关系。例如,在某个[解水力方程组， 求解泵的工作点低压缸排汽量下.且循环水初温为20 C时拟合得.[计算机组功率N， 泵总耗功Np到的两者关系为N=一0. 0259Q* + 0.734Q*- 7.933Q2一满足约束条件(计算39. 412Q卜222. 269(4)到阀关到10° :1.3 循环水泵耗电量Nr和循环水流量Q关系根据厂家提供的循环水泵特性曲线经过拟合比较最大值记录优化结果]得到。对于多泵并联情况,根据扬程不变流量叠加否叶片枚举结束的原则,并联后的功率由多台水泵对应流量的功↓是率叠加得到“。例如,单泵运行叶片角度为-4°时[记录该泵组合下的最佳叶片拟合得到的两者关系为:角度、阀门开度和优化结果Np=-0.0157Q*+0.168Q*-- 0.608Q i 1. 664(5)泵组台枚举结束1.4建立系统的水力特性模型工是比较各种结果，输出该工况在上.述模型中循环水流量是未知量,为此必下的最终优化运行结果须建立水力特性方程组来进行求解。循环水系统的静扬程和管道阻力损失是由循环水泉的扬程来图1 优化程序结构枢图提供,在建立管道阻力特性时应遵循如下原则:流2可视化软件开发经串联管路各管段的流量相等,其阻力损失为各管段阻力损失之和;流经并联管路各管段的阻力笔者基于Windows系统,利用Visual Basic .损失相等,其流量为各管段的流量之和。6.0中国煤化工VB)开发了循环水最终还应该给出其它约束条件，例如循环水系统YHCNMHG刊川该软件,运行人浆稳定运行、凝汽器顶端流体不汽化、满足厂其它员只需输人几个数据,点击几次按钮,就叮以得到用水的最小循环水流量等,从而i完成模型的全部系统的最佳运行方式.这样可以显省提高机组运2002年第12期霸华东电力行的经济性。表1 300MW机组循环水系统优化结果该软件采用模块化的程序设计方法,包含9负荷水溢水位月标晒数|循杂运 泵流最 叶片角度个窗体界面、5个运算模块和两个外界程序文件。/MW /C/m/MW| 行台数| im.s :/()在软件的主界面上用框架将该功能分为两组,一6.6 I 15.58 300. 5716.477组是机组负荷选项,包括7种系统常用负荷和1.5 I _ 15.78 300_ 3407. 088种任意负荷选项,另一组是软件的帮助、优化程序30016.0.16.92 ! 299. 3807. 79820.9| 19.43 297. 8928. 062框图和退出3个功能选项,主界面如图2所示。该.24.2| 20. 86296. 1894. 66↓软件的帮助和优化程序框图分别通过外接程序27.5 22.09[ 294. 1494. 8326.6I15.58T258.41815. 789.Notepad软件和Word软件显示。9.5 15.78258.2186. 506.口在规指导生席品循环水系统优化运行可视化软件25716.0| 16.92 257. 409.20.9 19.13 256. 180主界面24.2 20. 86254. 7238. 120优化之前首先请首先选择27.5| 22.69| 252. 7344. 820选择机组负荷不同的功能6.6 I 15.58 211. 9555. 3209.5 I 15.78 I 211. 7885. 815I其它功能额定负荷C 70%负荷21016.0 I 16.92 211. 0617.232-2r帮助20.9 719.43 [ 210. 0298. 062.最大计50%负荷24.2| 20.86 I 208. 793+4算负荷优化程序27.5 22.69| 207. 0008.13330、5%30%负荷结构框图超压六阀全开退出点击此处开始优化过程:66.7 过汽度四阁全开负荷0其它负荷泵的运行台数:2 泵的叶片 角度:4系统净功率(MW): 9414878724973单泵流量(212/)4832400307061图2叮视化软件主界面软件的主体是机组负荷功能选项组。这组功泵总耗功(MW): 179202039092汽机出力 (MW ): 2959086凝汽器出口阀能主要是对机组在不同负荷、不同循环水初温和的损失系数:235C返回主界面不同循环水进口水位的初始条件下循环水系统进行优化的过程。在主界面上操作人员首先选择相优化过程完成进度显示:应的机组负荷,然后根据提示输人当时的循环水初温和进口水位，程序经过计算得到机组发电量图3某种T况优化结果 界面和循环水流量的关系,最后输人优化过程中使川参考文献:的一些原始数据(如管道长度、管径、粗糙系数等),最终进入优化程序界面,在该界面上有显示11]韦红旗,非洲。母管制循环水系统优化运行的数学模型.优化过程进度的状态条，以提示操作人员优化完东南大学学报[J工1998;28(9):79-85成的百分比，优化结束后,将结果显示在界面对应「2]郭丙然，最优化技术在电厂热力工程中的应用「M].北京;水利电力出版社,1986:241-263的文本框内，如机组在额定负荷下循环水初温朱玉娜，凝汽器变工况核算及其传热系数的确定[].电27.5C、水位23m时的优化结果如图3所示。站系统[程.1998;14(6):202.103. 18. 54912利用本软件对该电厂300 MW机组3种常[4J萬晓霞.循环水泵叶片角度的优化调整∪」汽轮机技术.用负荷、六种不同循环水初温和进11水位工况进..1994;36(3):158-161收稿日8期:2002-07-23行了优化计算,计算结果列于表1中。下期要目基丁一维搜索的电力系统潮流快速解稱法●RGS中国煤化王与应用机电产品绿色度综合评价系统研究与实现MHCNM H G。四角切圆锅炉浓淡燃烧器的应用研究基于高压加热器爆炸堵管技术的应用风力发电成本主要影响因素分析与计算农治治动法参动治赫静沿办松治治封務孙治分泳扮孙孙孙扮扮诗特孙孙孙治特扮协孙孙孙汾洪孙孙孙孙鸡