第57卷第6期汽輪機(jī)技術(shù)Vol. 57 No. 62015年12月TURBINE TECHNOLOGYDec. 2015基于能量損失的汽輪機(jī)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行研究龐樂,邴漢昆,梁緒,李狀(華電電力科學(xué)研究院，杭州310030)摘要:循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行的目的是通過調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行臺數(shù)使汽輪發(fā)電機(jī)組單位上網(wǎng)電量所消耗的能量最少?，F(xiàn)有文獻(xiàn)在確定機(jī)組微增出力和凝汽器真空時(shí)都需要用到理論計(jì)算或變工況曲線擬合,難免計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相偏離。針對上述問題,提出了--種以冷端能量損失為研究對象的循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行方法,該方法以熱損率作為循環(huán)水泵切換運(yùn)行的判定準(zhǔn)則,進(jìn)而計(jì)算出各運(yùn)行工況切換點(diǎn)循環(huán)水溫升的比值，以溫升的比值來衡量循環(huán)水泵運(yùn)行的合理性,極大地提高了試驗(yàn)測試的精度和方便性,并將該方法應(yīng)用到某300MW機(jī)組中。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;優(yōu)化運(yùn)行;能量損失;溫升分類號:TK267文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001 -5884(2015)06 044443Optimal Operation Research of Steam Turbine Circulating W ater Pumpsbased on Energy I oSSPANG Le, BING Hankun, LIANG Xu, LI Zhuang( Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China)Abstract:The purpose of circulating pump optimization operation was to minimize the energy consumption of per grid-connection volume through adjusting Circulating water pumps number. Theoretical calculation or variable conditions curvefitting was always used to assume condenser vacuum and slight increase output in the existing literature, which madecalculation result deviate from the actual situation inevitably. In allusion to the problems above,a new method was putforward to study circulating pump optimization operation on the basis of energy loss in the cold end，in which the heat lossrate was taken as the criterion to switch operation of circulating water pump , and the ratios of circulating water temperaturerise was used to measure the rationality of the circulating water pump operation，which calculated by switching point in theoperating conditions. Finally ，the new method which improved the accuracy and convenience of the test greatly was appliedin a 300 MW power plant.Key words :circulating water pumps; operating optimization; energy loss; temperature rise對應(yīng)的能量損失大小作為判斷基準(zhǔn),根據(jù)少量參數(shù)的在線測0前言量就可以直觀地判定循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式,便于運(yùn)行管理。并可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)建立知識庫,形成特定機(jī)組的汽輪機(jī)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和循環(huán)水人循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行專家系統(tǒng),使循環(huán)水泵的切換更加接近機(jī)口溫度的變化,通過切換循環(huán)水泵的運(yùn)行臺數(shù),使機(jī)組在最組的實(shí)際運(yùn)行情況。佳真空下運(yùn)行,達(dá)到節(jié)能降耗的效果”。傳統(tǒng)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行理論主要是通過增加循環(huán)水的流量,使凝汽器真空度提1基于能量損失計(jì)算方法的理論模型高從而增加汽輪機(jī)組的出力,而循環(huán)水流量的增加需要通過增加循環(huán)水泵開啟臺數(shù)獲得,這必然導(dǎo)致循環(huán)水泵耗功增汽機(jī)側(cè)基于能量損失的計(jì)算方法[61是以整個汽輪發(fā)電加,機(jī)組出力增加值與循環(huán)水泵耗功增加值的差值最大時(shí)，機(jī)組(包括抽汽回?zé)嵯到y(tǒng))為研究對象,不考慮能量的具體轉(zhuǎn)即為循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式口。其方法包括對機(jī)組微增換過程,從宏觀上研究相同電力產(chǎn)品的產(chǎn)出所對應(yīng)的能量損出力凝汽器變工況計(jì)算、冷卻塔特性等的研究34。傳統(tǒng)計(jì)失大小。其研究對象邊界條件如圖1所示算方法基本是采用設(shè)計(jì)參數(shù)和制造廠提供的變工況曲線擬中國煤化工電機(jī)組的邊界,根據(jù)能量合進(jìn)行計(jì)算處理'51 ,然而設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況往往與設(shè)計(jì)工守恒YHC N M H G組的能量相等,其表達(dá)式?jīng)r有所偏離,并隨著時(shí)間的推移,誤差會越來越大。因此,本如式(1):文提出了一種基于能量損失的汽輪機(jī)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行方Q人=Qm法，該方法以整個汽輪機(jī)組為研究對象,以單位上網(wǎng)電量所從鍋爐側(cè)進(jìn)人汽輪發(fā)電機(jī)組的能量以兩種方式輸出,一收稿日期:2015-08-07作者簡介:龐樂(1984-),男 ,湖北崇陽人,工學(xué)碩士,工程師,主要從事汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)及熱經(jīng)濟(jì)性分析方面的研究。第6期龐樂等:基于能量損失的汽輪機(jī)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行研究445e1___ 0,P.=Pg+Pp+P。式中,P。為發(fā)電機(jī)出口功率;Pg為上網(wǎng)功率,kW;P,為循環(huán)水泵功率, kW;P。為其它輔機(jī)功率, kW。P。= (P.-P,) -P。P根據(jù)以上假定,在相同的發(fā)電機(jī)出口功率下,P。為常數(shù),那么P。與P.-P。成正比。這里定義熱損率為:LQ29= P。= (P.-P,)-P。P.-P。熱損率的意義為單位上網(wǎng)功率所對應(yīng)的冷源損失,根據(jù).上述假定,在相同發(fā)電機(jī)輸出功率下,切換循環(huán)水泵的運(yùn)行臺數(shù),當(dāng)qu最小時(shí),Q2也最小,根據(jù)公式(2) ,汽輪機(jī)組能量圖1汽輪發(fā)電機(jī)組能量輸人輸出流向圖是以電能的形式從發(fā)電機(jī)出口輸出,該部分能量除小部分供輸人Q人也最小,那么燃料消耗量也最小，此時(shí)即為該負(fù)荷廠用電外,大部分并人電網(wǎng);二是以能量損失的形式流失(包2.3循環(huán)水 泵切換運(yùn)行方式的判定準(zhǔn)則括冷源損失、散熱損失及工業(yè)冷卻水帶走的熱量等)。由此在兩種不同的循環(huán)水泵運(yùn)行方式下，設(shè)式(1)可寫成:F(gi) =91 -9u(8)Q出= 3600P。+Q2 +Q3 +Q4.(2)式中,角標(biāo)1、2表示兩種不用的循環(huán)水泵運(yùn)行方式,設(shè)為工式中,P。為發(fā)電機(jī)功率,kW;Q2為循環(huán)冷卻水帶走的熱量,況1和工況2。kJ/h;Qs為汽輪發(fā)電機(jī)組散熱損失, kJ/h,通常取Q3 =0.01當(dāng)F(gn) >0時(shí),采用工況1運(yùn)行;當(dāng)F(g1)<0時(shí),采用Q人;Q4為工業(yè)冷卻水帶走的熱量, kJ/h。汽輪機(jī)循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行,歸根結(jié)底是通過切換循環(huán)工況2運(yùn)行;當(dāng)F(gu) =0時(shí),不切換運(yùn)行方式。那么循環(huán)水泵運(yùn)行的切換點(diǎn)為:水泵的運(yùn)行臺數(shù),使汽輪發(fā)電機(jī)組在相同的能量輸人下,能發(fā)出最大的功率;或者使汽輪發(fā)電機(jī)組相同的功率輸出所消aF(gn)=0(9)dgr耗的能量最小。本文提出的基于能量損失的汽輪機(jī)循環(huán)水將式(4)、式(6)、式(7)代人式(9),得到兩種運(yùn)行方式泵優(yōu)化運(yùn)行方法,是假定在相同的能量輸人或功率輸出下汽下循環(huán)水泵的切換點(diǎn)為:輪發(fā)電機(jī)組的散熱損失(3和工業(yè)冷卻水帶走的熱量Q4相D。A,D.2Ot.同,通過調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行臺數(shù),使冷源損失的熱量最小，P。-Pp~ Pa - Pp2(10)那么,整體汽輪發(fā)電機(jī)組所消耗的能量就最小,燃料消耗量轉(zhuǎn)換為溫升之間的比例關(guān)系為:也就最小，該種循環(huán)水泵的運(yùn)行方式即為最佳運(yùn)行方式。D2(P。- Pp)(11)Dw(Pa2 - Pp2)2基于能量損失的循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行原理對于確定的循環(huán)水泵運(yùn)行方式，D.、P.、P,為已知數(shù),( Om :0<)的比值可以求出,設(shè)為常數(shù)A,這樣熱損率的大小2.1冷 源損失的計(jì)算方法轉(zhuǎn)換為循環(huán)水溫升之間比例關(guān)系。當(dāng)(Q:O2) >A時(shí),說明對于純凝機(jī)組,冷源損失即為汽輪機(jī)排汽在凝汽器中凝工況1的熱損率大于工況2的熱損率，循環(huán)水泵采用工況2結(jié)所發(fā)出的熱量,其能量平衡方程為:運(yùn)行;當(dāng)(O::02) 1.2732,0r:O; <0. 785 4:0.5849= 1.342 8時(shí),采用工況2運(yùn)行;當(dāng)A:L2 > 1.273,Q:A; >1.342 8,2 883. 126 500Or::Os <0.5829:0.5218=1.1157時(shí),采用工況3運(yùn)行;當(dāng)根據(jù)前述方法和表1的運(yùn)行參數(shù),可計(jì)算出各基準(zhǔn)負(fù)荷A:O2 >1.2732, Q:Q;> 1.3428,0s:Os >1.1157時(shí),采下,循環(huán)水泵切換點(diǎn)的溫升比值(Q:Ox: N;: A:)。即用工況4運(yùn)行。其它各負(fù)荷以此類推。100%負(fù)荷下Nn:Nr:Qx;:Q4=1:0. 7857:0.5856:0. 5251;根據(jù)文獻(xiàn)[7]提供的在線監(jiān)測方法,可以計(jì)算出不同負(fù)90%負(fù)荷下Ar:O2:Ox:Ot; = 1:0.7856:0. 585 3:0. 5247;荷、不同循環(huán)水流量及不同環(huán)境溫度下,循環(huán)水的溫升值。80%負(fù)荷下Ar:O2:Ox:Qt, = 1:0.7854:0.584 9:0.5243;在240MW負(fù)荷下,其計(jì)算結(jié)果如表2所示。70%負(fù)荷時(shí)A::Ox:Q;:O4 = 1:0. 7853:0.5845:0.5237;折算成各循環(huán)水泵運(yùn)行工況不同環(huán)境溫度下的溫升比60%負(fù)荷下Ar:O2:Ox:Ot; = 1:0.7851:0. 583 8:0.5229;值如表3所示。表2240MW循環(huán)水溫升計(jì)算值環(huán)境溫度,C循環(huán)水溫升:1152025033工況18.0918.2318.5119. 4720.4521. 0721. 7014.2214.2714.4914.9115.3415. 8216.6710.6110.6610.7010.7910.8910. 9811.11工況49.519. 569.599. 699.799. 819. 86表3循環(huán)水泵各運(yùn)行工況在不同環(huán)境溫度下循環(huán)水溫升的比值溫升比值51(2(A;:Au山, :021.272 31.277 61.277 51.305 71.333 11.332 11.302 102:0l31.34011.338 31.354 51.381 61. 408 81.44101.50041.11541.115 5.1.11551. 11371.11231.11941. 1265根據(jù)前述討論和表3的計(jì)算數(shù)據(jù),240MW負(fù)荷下，當(dāng)環(huán)表4循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行方式境溫度為5C時(shí), A:O2 =1.2723< 1.2732,應(yīng)采用工況1負(fù)荷環(huán)境溫度/C運(yùn)行;當(dāng)環(huán)境溫度為10C時(shí),O1:O2 =1.2776 > 1.2732,%23(3Q2:0;=1.3383<1.342 8,應(yīng)采用工況2運(yùn)行;當(dāng)環(huán)境溫度1004為15C時(shí), Qr:O2 = 1.2775> 1.2732,Q2:Os=1.3545 <901. 342 8,應(yīng)采用工況2運(yùn)行;當(dāng)環(huán)境溫度為20C時(shí), Dr:O280=1.3057> 1.2732,02:Ot3 =1.3816> 1.3428,Ax;:O4 = .1.1137<1.1157,應(yīng)采用工況3運(yùn)行;當(dāng)環(huán)境溫度為25C70時(shí),An:O2=1.3331> 1.2732,02:O; =1.4088> 1.342 8,A;:0s=1.1123<1.1157,應(yīng)采用工況3運(yùn)行;當(dāng)環(huán)境溫度為30C時(shí), Or:Oc2=1.3321 > 1.2732,02:0s=1.4410>注:“1”、“2”、“3”、“4"分別代表工況1、工況2、工況3、工況4。.1. 3428,Qx;:0t。=1.1194>1.1157,應(yīng)采用工況4運(yùn)行;當(dāng)行方法,推算出了采用該方法判定循環(huán)水泵運(yùn)行切換點(diǎn)的準(zhǔn)環(huán)境溫度為33C時(shí), M:Q2=1.3021 > 1.2732,:0; =則,解決了傳統(tǒng)方法根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算和變工況曲線擬合導(dǎo)1. 5004>1.3428,Us:As =1.1265>1.1157,應(yīng)采用工況4致誤著越來越大的問題。同時(shí)提出了熱損率的概率,更加運(yùn)行。依此類推,可以計(jì)算出各負(fù)荷在不同環(huán)境溫度下,循直觀中國煤化工目的，用溫升的比值來判環(huán)水泵的運(yùn)行工況如表4所示。斷循|YHCN M H G員實(shí)時(shí)監(jiān)測。此外,通過不同負(fù)荷、不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式、不同環(huán)境溫度下對循環(huán)4結(jié)論水溫升的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,可以建立特定機(jī)組的數(shù)據(jù)庫,形成專家系統(tǒng),使循環(huán)水泵的優(yōu)化運(yùn)行越來越接近機(jī)組的實(shí)際情本文提出一種基于能量損失的汽輪機(jī)循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)兄。(下轉(zhuǎn)第450頁)450汽輪機(jī)技術(shù)第57卷(3)假定了凝汽器低壓側(cè)與高壓側(cè)有相同的散熱量,實(shí)由圖4可以看出,兩種優(yōu)化運(yùn)行方式下的最佳循環(huán)水流際中散熱量是不一樣的。量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于優(yōu)化前的流量;而采用改進(jìn)優(yōu)化方法確定的最(4)由于傳感器測量儀表等設(shè)備可能存在精度誤差,導(dǎo)佳循環(huán)水量低于傳統(tǒng)優(yōu)化方法確定的循環(huán)冷卻水量。致測點(diǎn)參數(shù)值有誤差,從而導(dǎo)致計(jì)算背壓與實(shí)際背壓有偏由圖5可以看出,在其它條件相同的情況下,任一時(shí)刻差。采用改進(jìn)優(yōu)化方法計(jì)算出的發(fā)電凈增功率明顯高于采用傳由上可知，改進(jìn)后的雙壓凝汽器低壓缸高、低壓側(cè)背壓統(tǒng)優(yōu)化方法獲得的機(jī)組發(fā)電凈增功率。計(jì)算方法與實(shí)際背壓更為相符。更適合用于運(yùn)行中最佳真空的確定。3結(jié)論為比較兩種運(yùn)行優(yōu)化方法的效果,這里首先計(jì)算采用兩種優(yōu)化方法確定出各自的最佳循環(huán)水量,然后將傳統(tǒng)優(yōu)化方通過對某電廠600MW機(jī)組的實(shí)例驗(yàn)證，得出如下結(jié)論:法獲得的最佳循環(huán)水量帶人改進(jìn)優(yōu)化方法中的真空計(jì)算公(1)在相同的燃煤量下,采用本文所提供的理論模型進(jìn)式,進(jìn)而獲得發(fā)電凈增功率。兩種優(yōu)化方法對應(yīng)的最佳循環(huán)行優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié),凈發(fā)電量明顯高于傳統(tǒng)優(yōu)化方法的凈發(fā)電水流量如圖4所示,凈增發(fā)電功率如圖5所示。量,即在相同的電廠負(fù)荷下,可以減少燃煤量,降低供電煤耗率;2.0-原始循環(huán)水流量(2)另外,優(yōu)化運(yùn)行后的循環(huán)水流量少于優(yōu)化前的循環(huán)1.8水流量,節(jié)約了電廠“用水量;(3)本文為理論計(jì)算模型編制了- .套MATLAB程序，可1.6用于電廠實(shí)時(shí)在線計(jì)算最佳循環(huán)水流量,進(jìn)而指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行傳統(tǒng)法最佳1.4 t循環(huán)水流量優(yōu)化。參考文獻(xiàn)1.2改進(jìn)法最佳[1] Zhengyu H , Robert M. 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