第32卷第4期羊柬電力.Vol.32 No.42004年4月East China Electric PowerApr. 2004火力發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的研究徐海東',劉建華',崔欣',李莉(1.山東電力研究院,山東濟南250002;2. 濟南市水質凈化- -廠,山東濟南25003)摘要:通過對火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行的理論和試驗研究,綜合得出不同冷卻水溫和不同機組負荷下保持機組處于最經濟運行真空的理論依據(jù),實現(xiàn)了將循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化調節(jié)設想轉化為可行的I程指導，解決了長期以來困擾電廠實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的難題。關鍵詞:火力發(fā)電廠;循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化控制;凝汽器真空中圖分類號:TK264. 1文獻標識碼:A文章編號 :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隨著天氣冷熱和機組負荷的變化,需要對火電機組的循環(huán)冷卻水量進行實時調整,以保證機-1997標準中圖1。(3)進行斷路器遮斷能力校核時，流經斷路從系統(tǒng)出現(xiàn)短路時算起,直到斷路器斷口分器的電流既不-定等于短路點的電流，也不一定離時的總時間r,T的數(shù)值等于斷路器分閘時間加等于支路電流,它與斷路器的接線方式、故障點的10ms。這里的分閘時間指可能的最短時間,即其位置有關。范圍的下限。(4)無論是用ANSI標準還是IEC標準校核與IEC標準相同,對于給定的額定交流分量，斷路 器的遮斷能力,還是我國的DL/T 615 - 1997也可以用式(3)計算額定短路開斷電流。標準,在斷路器觸頭分開的瞬間考慮斷路器的遮實際應用中,短路電流中的交流分量和直流斷容量都是用不對稱短路電流校核,它包括兩個分量應該分別對待。分量:對稱分量和不對稱分量。4結語參考文獻:(1)雖然短路電流實時計算與離線計算的原1] Thanh C, Nguyen, Sherman Chan, Ron Bailey , Thanh Nguyen.Auto - Check Circuit Breaker Iteruping Capabilies. IEEE理都是對稱分量法,但是實時短路電流計算還需Computer Aplications in Power,1S(1) ,Jan 2002. :24 -28要與EMS緊密結合,零序網(wǎng)也需要根據(jù)正序網(wǎng)的2] 中華人民共和國電力行業(yè)標準, DL/T615 - 1997,交流高壓拓撲結構變壓器的接線方式自動形成。斷路器參數(shù)選用導則[S].(2)由于某些支路的單相短路電流比三相短收稿日期2003-08-20路電流還大,因此不能僅僅計算三相短路故障,還作者簡介:羅為(1979-),女 .碩士研究生,從事電力系統(tǒng)安全中國煤化工要計算單相接地短路故障。YHCNMHG20(總230)阜柬電力.2004 ,32(4)組處于“最有利真空”下運行，實際上電廠普遍缺00C[_ 計算工況- -10C， 80%機組負荷 (224t/h, 排汽)乏有效、準確的運行指導依據(jù),再加上調節(jié)手段有800t限,對于每臺機組全年實際上只采用兩個甚至一600個冷卻水流量運行(即單、雙泵運行),由此引起400、AN= 0N- AN系統(tǒng)供水和機組實際需求之間的嚴重失衡,加大ONm了機組的冷端損失。-200根據(jù)查新和調研結果,國內外在電廠循環(huán)水6000 8000 1000 12000 14000 16000 18000循環(huán)水流量/i.h系統(tǒng)優(yōu)化調節(jié)方面的應用技術研究較少,現(xiàn)有的文獻僅限于對循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化調節(jié)設想等原理性圖1最佳循環(huán)水 量計算原理示意圖的闡述,遠未達到工程應用的程度。當前電廠只是根據(jù)經驗、現(xiàn)象以及簡單的試驗得出的極不準確的數(shù)據(jù)指導循環(huán)水系統(tǒng)的運行調節(jié)。主要是“看真空”、“看電流"、機組運行能水景qrh’否“滿負荷"等進行簡單的判斷和操作;有的電廠已經進行了一些摸索試驗,但因為眾多因素和條圖2循環(huán)水管路阻力特性示意圖件的限制難于獲取有意義的結論,尤其是當過分阻力與水量關系H =f(q)用拋物線表示具有強調“小指標”競賽時,得出的觀點可能與機組的足夠的精度:實際需要背道而馳。H=H。+aq + bq2(1)少數(shù)電廠雖然增設了流量調節(jié),改變了落后式中H-- 循環(huán)水系統(tǒng)的阻力, 即與之匹配的水泵揚的臺數(shù)調節(jié)模式，但因缺乏控制依據(jù)而只能手動程;操作,無法實現(xiàn)自動控制,更談不上優(yōu)化調節(jié)。a、b-均為系數(shù)。則循環(huán)水所獲得的有效能量為:1電廠循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的基本原理N有=gHq通常,在特定的循環(huán)水溫下,循環(huán)冷卻水量若式中N一-循環(huán)水泵的有效功率;增加Aq將提高汽輪機組的排汽真空,從而使機g--重力加速度。組負荷相應增加ANg,但水泵電耗也相應增加考慮泵和電機效率后,實際電機耗功為: .ON,,所獲凈效益為AN = AN, - AN,;當水量的增N電n=N在_ g(Ho+aq+bq*) .q(3)η.pη.np加使得水溫差減小的幅度變小時,對真空的影響式中nn,一一電機、水泵效率。也隨之降低,所獲凈效益也減少。要使機組獲得對十里泉電廠:H。=11,求得a=0. 767,b=最大凈效益的排汽真空就是最有利真空,對應的0.439。水量為最佳循環(huán)水冷卻水量。水量增加對機組功fH=17.42 ,Q = 17266m'/h =4.796 m2/s率和泵耗電影響的基本過程如圖1所示(以十里\H= 14. 24,Q=13416 m'/h=3. 727 m2/s泉電廠的125 MW機組為例)。過大的冷卻水量如電機在有效工作區(qū)中,取電機效率η。= .則可能出現(xiàn)凈效益為負值。0. 92(常數(shù))。2試驗研究在泵運行的高效區(qū)取水泵效率:ηp =0. 85。將不同的流量代人電機耗功公式得出結果如2.1循環(huán)冷 卻水系統(tǒng)中循環(huán)水系統(tǒng)耗功與水最表1中所列。的變化關系表1不同流下的水和揚程及功率對于循環(huán)水冷卻水系統(tǒng),其流量q與總阻力恢量/e2h-1 100000 12416 15000 17266 20 000H的特性可以用圖2表示。H。為出水口與泵人口水位之間的凈高差,當揚程/m .12.265 14.245.42617.42 20. 29.功率/kW57806. 3010551414.2閉式循環(huán)時,Ho代表水塔配水高度與吸水池水面高度差。中國煤化工進行分析比較，TYHCNMHG徐海東,等火力發(fā)電廠 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的研究21<總231)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的阻力特性基本符合上述關影響為:當q +0時:h→q,δ- +0;當q→∞時:四，系,由此可作出泵在理想狀態(tài)下供水量與電機耗→tm,8_→常數(shù).功的關系曲線N, = N(q)。其中4---排氣溫度;2.2凝汽器特 性的理論探討細如一循環(huán)水進 出冷凝器溫度。研究冷凝器的特性就是研究冷凝器的真空因此,端差和冷卻水量之間應是單調遞增的P:和相關參數(shù),如機組負荷D,、冷卻水溫Tμ、水函數(shù)關系:δ.∞f(q)。參照上述關系,結合常用經量q以及反映傳熱綜合效果的端差8t等的關系:驗公式8.=31 (+7.5),寫成統(tǒng)一的格tg=tw +Ol +δt .排汽壓力P:是排氣溫度n的單值函數(shù)。式,8 -31.5+(F +7.5}y(q) ,則該關系實際包式中0---循環(huán)水溫升。(1)有關循環(huán)水溫升的討論含了流量對端差的影響,從而可以得出各種流量△t與排氣量、排氣焓和冷卻水量的關系為:下具有實際意義的端差特性。D.(in-i)，代人典型工況下各個實驗數(shù)據(jù)或具體運行數(shù)(5)值及其相對應的各種參數(shù),可以求出對應具體機式中C--水的比熱容。組的端差變化關系曲線。根據(jù)已有研究結果(沈振飛,鄭美容等編，K=8.(31.5+1)(7)《汽輪機輔助設備》P979),在凝汽式汽輪機帶負荷運行的任何工況下該式中iFi的差幾乎不(P +7.5){(q)變,對于大中型汽輪機,其值為21809 kJ/kg 左真空變化隨排汽溫度而變化:Pe =Pe(4)右,設循環(huán)倍率為m,則:由此，只要能夠通過實驗,正確得出端差隨水2 180520- 520量的變化關系,就可以準確得出冷凝器特性。4. 187(ig-i,) ig-ig A對于125 MW機組各工況的排汽狀態(tài),在1-2.3真空變化對機組功率影響該影響涉及--系列復雜過程,包括機組末級s圖上進行了分析:當D、↓(負荷↓),Pk↓,但是由于壓力減效率變化排汽狀態(tài)、余速損失及變工況下末級氣少,中間再熱參數(shù)狀態(tài)點沿等溫線上右移,使得在流的流動分布(如二次流大小)等。AN與P.是Px降低和低壓缸效率肖有上升條件下,并不引起一個復雜關系,對于汽輪機的各種工況,計算相當i明顯變化。因此，對循環(huán)水溫升的影響完全取困難，當流量小時,末級效率高,制造廠通常給出真空變化對機組負荷影響的關系曲線作為機組試決于機組負荷和循環(huán)水量兩個因素。驗修正的依據(jù),有關設計資料顯示正常范圍的P(2)端差關系的確定與ON是一直線關系而與負荷無關。為準確得出對于端差項,根據(jù)傳熱學關系得:125 MW機組實際運行的真空關系,東北地區(qū)各At(6研究院所曾經對該機組的前期機型,如閔行,閘北等電廠的125 MW機組作了系統(tǒng)的試驗研究,得式中q-- 循環(huán)冷卻水量;出了較明確的試驗結論。試驗表明該類機組的晚K- --傳熱系數(shù);A--冷凝器的傳熱面積;期機型與前期機型具有相同的變化趨勢關系,但δ.- - -冷凝器的端差。同樣真空變化情況的功率變化為前期機型的式(6)中有關水量及面積項是可以確定的，86%左右(參考荷澤電廠125 MW機組真空特性但是對于傳熱系數(shù)K,因每臺機組而不同，得出準試驗報告)。閔行、閘北等電廠125 MW機組的真確的數(shù)值具有相當?shù)碾y度,尤其是考慮水溫對傳空特性試驗也表明,機組功率增加和真空變化關熱端差影響時,K值確定更加困難。系為一直線,而在特高真空下，就無法使負荷增端差經驗公式的修改:加;另外,根據(jù)運行經驗,對經常處于過高真空下從熱交換的基本原理分析可以得出,在其他中國煤化工,造成汽輪機末級參數(shù)相對不變的前提下,循環(huán)水量變化對端差的}對真空3~4 kPaTYHCNMHG22(總232)摹束電力2004 ,32(4)下運行,對設備不利。結合眾多電廠的試驗結果有關試驗結果的整理和計算見表1、表2,凝可擬合成下列關系式:汽器端差與循環(huán)水量的關系見圖3。(QN=A +BPK P≥6.0 kPa表1試驗負荷下汽壓力計算的端差(8)lAN=C+DP2 P. <6.0 kPa點號2式中sN- -機組功率的變化值;流量m/h9056.8 10619.0 12374.0 13 230P一機組排氣溫度;端差8U/C 0 5.075 5.715 6. 0486. 240A.B、C、D--均為系數(shù)。表2不同水溫下典型工況的端差統(tǒng)計和計算端差2.4水變化與凝汽器真空關系試驗日期03-151105 05-1506-1509409(1)試驗機組選擇本試驗的主要內容是確定不同水溫下水量變負荷/MW124.6 124.8 124.8124.6冷卻水量0.931.031.040.96化對機組真空影響的關系特性。/小h-1由于機組冷凝器的真空是機組負荷、凝冷器水溫心125.014.2 19.724.5參數(shù)、嚴密性、臟污程度冷卻水量、水溫等多個因實際端差/心7.2.84.34.素共同作用的結果,因此,減少變動因素是保證試計算竣差/氣6.425.55.464.824.17驗精度的有效手段。試驗方案初期選在十里泉電廠,但考慮到在內陸閉式循環(huán)的機組上試驗時,凝汽器循環(huán)水的1.522.533.5~4進水溫度就成了變化較大的因素,可能影響試驗循環(huán)水量t/s精度,為此,最終將試驗選在威海電廠。試驗情況表明,海水溫度的穩(wěn)定性保證了凝汽器循環(huán)進水圖3冷凝器端差 與循環(huán)水量關系曲線從計算結果分析,端差的差值均在1心以內，溫度在實驗過程中的相對穩(wěn)定?？紤]現(xiàn)場表記的精度可知，結果具有良好的準確(2)試驗方法和過程性。1)試驗方法參照機組變真空實驗特性運行,不同的是通2.5最經濟水 的分析及計算常機組的變真空特性實驗是向真空系統(tǒng)放空氣,根據(jù)在華能威海電廠前期的試驗結果、得出而這次實驗是通過改變循環(huán)冷卻水量進行。冷凝器一般臟污程度和較好嚴密型條件下不同機組負荷率和不同循環(huán)水溫下最有利真空下的水量2)實驗關鍵參數(shù)的測量機組負荷用瓦特表測量,機組真空和大氣壓關系如圖4所示。利用水銀柱測量,循環(huán)水凝結水和機組排汽溫度1800.用標準玻璃溫度計測量,機組其他參數(shù)采用運行16 00表記,直接用計算機打印出機組試驗中的各項參。1200- 10%頁蘅]10 000威海電廠1期工程為2臺125 MW機組,共配置4臺64LKA - 13B型循環(huán)水泵,原設計為單0~T循環(huán)水溫度/心元制運行,為增加調節(jié)方式電廠在來兩機循環(huán)水泵之間增加了聯(lián)絡管和聯(lián)絡門。圖4優(yōu)化循環(huán)水流量隨水溫 、負荷的變化曲線雖然是在1號機組上進行試驗,但實驗過程中4臺泵同時參與調整以實現(xiàn)5個流量變化工隨負荷的增加,要求水量接近成正比例增加，況:1 2號泵運行供1號機用水;1.2.3號泵運行，但在25 C以上時,要求的最佳水量增量越來越聯(lián)絡門半開;1 2.3號泵運行,聯(lián)絡門全開;1.3.4號泵運行,聯(lián)絡門半開;1號泵供1號機用水。收稿日期:2003-08-13試驗共測驗了機組的4個工況，每個負荷下作者簡介:徐海東(1973-).男.碩十.工程師,從事電廠汽輪機及的冷卻水調整不少于5個流量工況。輔機中國煤化工HCNMHG