考慮清潔系數變化的循環(huán)水泵調度優(yōu)化

第57卷第5期.汽輪機技術(shù)Vol. 57 No. 52015年10月TURBINE TECHNOLOGYOct. 2015考慮清潔系數變化的循環(huán)水泵調度優(yōu)化王雷',李鵬',張瑞青',高歆光“(1沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院,沈陽(yáng)110136;2 華能營(yíng)口電廠(chǎng),營(yíng)口115000)摘要:凝汽器清潔系數是評價(jià)凝汽器性能最重要指標,其變化對循環(huán)水泵最優(yōu)化調度將產(chǎn)生較大影響。在分析了凝汽器水側污垢增長(cháng)簡(jiǎn)化理論模型的基礎上,得到凝汽器水側污垢隨時(shí)間變化的基本規律,分析了清潔系數隨運行時(shí)間和冷卻水流速變化的規律,并通過(guò)某600MW超臨界汽輪機凝汽器循環(huán)水泵最優(yōu)化調度作為實(shí)例,對凝汽器端差凝汽器真空隨清潔系數的變化趨勢進(jìn)行了分析,分析結果表明,不同清潔系數對循環(huán)水系統的優(yōu)化運行方式造成影響,并得到了不同負荷、不同循環(huán)水溫度及不同清潔系數下循環(huán)水泵的最佳運行方式，對火電廠(chǎng)循環(huán)水系統的運行具有一定的指導意義。關(guān)鍵詞:汽輪機;凝汽器;清潔系數;循環(huán)水優(yōu)化分類(lèi)號:TK264.1文獻標識碼:A文章編號:1001-5884( 2015)05-037403Optimum Operation of Circulating W ater Pumps in Power Plant Consideringthe Change of Condenser Cleanness CofficientWANG Lei, LI Peng，ZHANG Rui-qing'，GAO Xin-guang(1 Department of Power Engineering , Shenyang Institute of Engineering , Shenyang 1 10136，China;2 Yingkou Power Plant of China Huaneng , Yingkou 1 15000, China)Abstract: The fouling on the condenser water side wall is an important factor that impacts the cleanness coefficient ofcondenser in the optimization of designing , operation and improvement of opening cooling water circulation system . Based onthe mechanism of foul -forming, a comprehensive prediction model of fouling growth on condenser water -ide wall isconstructed in this paper. Through analyzing the simplified theoretical model of fouling growth , the characteristic of foulingdeposit，effects of working time and cooling water velocity are discussed . Taking a 600M W supercritical stearm power plant自condenser as an example , the accurate estimation and prediction of cleanness cofficient can be obtained with this model .The ffects of the temperature difference and pressure of condenser are analyzed at the same time， and the work conditions ofwater circulating with different cleanness cofficient are obtained 。With the evidence of some condenser fouling growth , itcan be concluded that the present model is validity and would be contributed to water circulating optimization of condenserKey words :steam turbine ; condenser; cleanness coefficient; optimum water circulating0前言1凝汽器 管側污垢時(shí)間增長(cháng)趨勢模型5]凝汽器清潔系數作為評價(jià)凝汽器性能重指標之一-,直接根據文獻[ 6]中引用Kermn和Seaton的結論,在管璧污垢反映了凝汽器水側管壁的臟污程度,是凝汽器總體傳熱系數形成過(guò)程中,污垢即會(huì )在管壁上不斷沉積，使熱阻增加,還會(huì )的重要組成部分,目前對凝汽器清潔系數的物理概念已有了在水流的沖擊下,使污垢從壁面剝離,進(jìn)而減小熱阻。即隨較深人的理解,并建立了凝汽器清潔系數的計算模型1-3),時(shí)間的變化下,管壁污垢是這兩個(gè)現象形成結果的疊加,熱但這些模型的基本出發(fā)點(diǎn)都是通過(guò)比較凝汽器運行時(shí)的傳阻隨時(shí)間的變化率可表示為:dRms-mr熱系數和新清洗后傳熱系數,來(lái)確定當時(shí)凝汽器的清潔系dt、pλ數?，F場(chǎng)實(shí)測數據表明凝汽器清潔系數具有較強的時(shí)間周式中。m運垢沉和離rs);m, 為污垢剝蝕率,期性,其變化對循環(huán)水泵最優(yōu)化調度將產(chǎn)生較大影響(4]。本g/(中國煤化工的密度,k/m' ;λ為污垢文從污垢形成機理的角度分析污垢隨時(shí)間的變化規律,分析的導:MYHCNMHG冷卻水流速及凝汽器運行時(shí)間對凝汽器清潔系數的影響,推運行經(jīng)驗表明,當凝汽器的運行方式不變、冷卻水的水導出凝汽器清潔系數基本計算模型,并分析考慮清潔系數變質(zhì)穩定時(shí),水中的顆粒污垢濃度基本保持不變,此時(shí)冷卻水化后對循環(huán)水泵調度的影響。流速成為影響ms的重要因素，可表示為:收稿日期:2015-05-43作者簡(jiǎn)介:王雷(1978-),男, 工學(xué)博士,副教授,畢業(yè)于東南大學(xué),主要研究方向電廠(chǎng)節能性能監測和故障診斷。第5期王雷等:考 慮清潔系數變化的循環(huán)水泵調度優(yōu)化375md = Q10(2)1.0式中,a是與凝汽器換熱面結構、冷卻水水質(zhì)和冷卻系統運的0.8行方式有關(guān)的系數;w為冷卻水流速。日0.7B增大而在水流沖擊產(chǎn)生剝蝕過(guò)程中,m,與凝汽器管壁面污e 0.6方向0.垢質(zhì)量成正比,即:m, = Pu'm(3)“050152025時(shí)間/h將式(2)和式(3)代人式(1) ,積分可得:圖2時(shí)間系數B變化對凝汽器清潔系數的影響Ro=-(1-(0)(4)與時(shí)間成指數的倒數關(guān)系,隨著(zhù)時(shí)間的增加逐漸減小，減小βρλu若不考慮凝汽器水管壁外側(汽側)的熱阻,則總污垢熱速度由快至緩,最后達到平衡狀態(tài)。并且由圖1可見(jiàn),污垢阻R,約等于水側的污垢熱阻R。沉積系數A越大,污垢沉積的速度就越快,清潔系數減小的一般污垢熱阻定 義為: .就越快,并且最后的清潔系數越小，因此,污垢沉積系數A越小越好。同樣由圖2可見(jiàn)，時(shí)間系數B越大,污垢沉積的速R;≈R,=K-K(5)度就越快,清潔系數減小的就越快,并且最后的清潔系數越式中,Ks為運行狀態(tài)下的總傳熱系數;Ko為對應工況潔凈狀小，因此,污垢沉積系數B越小越好。態(tài)下的總傳熱系數。并且,在τ=0的時(shí)刻,即凝汽器處于未運行時(shí)刻,清潔清潔系數的定義為:系數為1,當時(shí)間τ趨于無(wú)窮大時(shí),清潔系數的極限值為C,=K，(6)1/(A +1)。Ko2.2流 速變化對清潔系數的影響將式(4)和式(5)代人式(6) ,得到凝汽器清潔系數隨時(shí)由式(7)中可見(jiàn),循環(huán)水流速對清潔系數的影響比較復間變化的規律:雜。循環(huán)水流速增大,污垢的剝蝕率增大,沉積系數A減小，Cj =(7)清潔系數將增大;但同時(shí),循環(huán)水流速增大,污垢的沉積率也Ko-(1-ei") +1增大,時(shí)間系數B增大,清潔系數將減小。若考察某確定時(shí)pβλ0刻τ冷卻水流速的變化規律,考慮冷卻水流速度的變化對污垢的影響,則有:2影響清潔系數因素分析2.1運行時(shí)間變化對清潔 系數的影響C=正-(1 -e"") +1(9)由式(7)可見(jiàn)，當凝汽器結構、冷卻水水質(zhì)、冷卻方式不清潔系數與冷卻水流速的關(guān)系如圖3所示的曲線(xiàn)。當變時(shí),清潔系數C,只是時(shí)間和冷卻水流速w的函數。汽輪循環(huán)水流量變化等原因導致水流速變化時(shí),隨著(zhù)流速增大，機穩定運行時(shí),可認為凝汽器循環(huán)水流速基本不變,此時(shí)清清潔系數先迅速減小，然后逐漸增大?？紤]冷卻水管道特性潔系數的變化僅與時(shí)間有關(guān),是時(shí)間的單變量函數”。當冷和水泵流量等因素,凝汽器內冷卻水流速一般設計值為1卻水流速恒定,即不考慮冷卻水流速度的變化對污垢的影m/s ~3 m/s之間,因此實(shí)際情況下處于圖3所標出的范圍響,式(7)簡(jiǎn)化為:內。在實(shí)際運行中,不能通過(guò)增大循環(huán)水流速的方式來(lái)減小Cj=A(1-e")+1(8)污垢熱阻或增大清潔系數。式中,A為污垢沉積系數,與凝汽器結構冷卻水水質(zhì)冷卻在0.8A地大方式有關(guān),A=K。(-;B為時(shí)間系數,與冷卻水中污垢在換0.7獎0.熱面的停留時(shí)間有關(guān),B= βo。0.5式(8)反映了在忽略某些影響因素后,凝汽器清潔系數隨時(shí)間的變化規律。循環(huán)水流速范圍流速 /(m/s)清潔系數變化如圖1、圖2所示。圖3清潔系數隨循環(huán)水流速的變化曲線(xiàn)由圖1、圖2可見(jiàn)，若不計循環(huán)水流速的影響,清潔系數0.9- V3清沽系糊對循環(huán)水代化結果影響定性分析中國煤化工0.8-地0.7-增力3.1MHCNMHGt 0.6-循環(huán)水優(yōu)化原理是通過(guò)凝汽器的特性方程計算得到冷0.5-卻水流量或者循環(huán)水泵的最佳組合。即先得到凝汽器壓力0.42:與汽輪機排汽量、冷卻水流量(循環(huán)水泵運行臺數)及冷卻水溫度之間的關(guān)系式,再利用汽輪機功率變化與凝汽器背壓的圖1污垢沉積系數A對清潔系數的影響關(guān)系,找出當冷卻水流量(循環(huán)水泵運行臺數)變化時(shí),汽輪376汽輪機技術(shù)第57卷機電功率的增加值與循環(huán)水泵耗電量之間差值最大的工況,p、兩泵區該工況的冷卻水流量(循環(huán)水泵運行臺數)即為對應當時(shí)汽做3輪機排汽量、冷卻水溫度下的最佳冷卻水流量或者循環(huán)水泵一泵區<2的最佳組合。員153.2清潔 系數變化對運行參數的影響這種優(yōu)化方式一般不考慮凝汽器水側的臟污程度的變400450500550600化,即凝汽器的清潔系數--般認為是定值或平均值(0.8左汽輪機功率/MWG-1.0右)。而由循環(huán)水系統優(yōu)化原理可知,凝汽器端差的大小對優(yōu)化結果有很大的影響,而凝汽器端差的大小與凝汽器傳熱收30系數有關(guān),由凝汽器傳熱系數計算公式可知[8] ,凝汽器傳熱-泵區系數與清潔系數成正比例變化,因此，將清潔系數作為定值S2時(shí)的對循環(huán)水優(yōu)化運行結果將有較大誤差。錄154實(shí)例分析G=0.9、為了定量分析清潔系數變化對循環(huán)水泵運行調度優(yōu)化30結果影響,以某600MW超臨界凝汽式汽輪機為例,分析凝汽器水側管壁清潔系數隨時(shí)間的變化規律。該凝汽器為雙殼- -泵區體、雙背壓、雙進(jìn)雙出、雙流程型式，設計背壓為4.4/5. 4kPa,15總有效面積為38 000m2 ,管內平均循環(huán)水流速≤2. 3m/s。通350過(guò)計算,得到凝汽器端差、凝汽器真空隨清潔系數變化曲線(xiàn)如圖4、圖5所示。CG-0.8做30:0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00清潔系數G =0.7圖4端差 與清潔程度的關(guān)系區30256.0上2索15把5.00.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00G=0.6 .圖6不同清 潔系數下循環(huán)水泵運行工況圖圖5凝汽 器真空與清潔程度的關(guān)系圖4、圖5可見(jiàn),當其它條件- -定時(shí),隨著(zhù)Cj的降低,5結論凝汽器的端差增大,凝汽器真空下降;并且C;越小，對優(yōu)化結果影響越大。凝汽器水側污垢的大小與時(shí)間和循環(huán)水流速變化有關(guān),C;對循環(huán)水泵運行調度優(yōu)化的影響程度見(jiàn)圖6,圖中橫即凝汽器運行參數對凝汽器的清潔系數有較大影響,在凝汽坐標x是冷卻水入口溫度,縱坐標y是汽輪機的功率。器循環(huán)水進(jìn)口溫度和機組負荷一定的情況下,凝汽器端差和從圖6可以看出,在相同的汽輪機功率和相同的冷卻水凝汽器直空隨清法系斷的減小而減小，并且減小的趨勢逐漸入口溫度下,清潔系數G;為不同數值時(shí),循環(huán)水泵的運行工對該曾大中國煤化工化運行造成影響。本文針況不同。例如,在汽輪機功率為550MW,冷卻水人口溫度為|YHCNMHG分析了清潔系數與時(shí)間和25C時(shí),當凝汽器清潔系數為0.8時(shí),兩臺泵運行，而當凝汽循環(huán)水流速的關(guān)系,進(jìn)一步提高了凝汽器最佳真空和循環(huán)水器清潔系數為0.7時(shí),一臺泵運行。因此,清潔系數看作常數泵運行調度優(yōu)化的確定精度,并將該方法應用到某600MW機組的循環(huán)水系統中,得到了不同負荷、不同循環(huán)水溫度及對泵的運行和凝汽器參數有很大影響,從而造成最佳真空計不同清潔系數下循環(huán)水泵的最佳運行方式,對火電廠(chǎng)循環(huán)水算及循環(huán)水泵運行調度優(yōu)化的誤差。系統的運行具有一定的指導意義。( 下轉第380頁(yè))380汽輪機技術(shù)第57卷表2回熱系統加熱器指標分析加熱器效率員, MW級數236方案10. 485 20. 91080. 97070. 86910. 880776.2355. 06843.406 45.578 84.072 7方案20. 67630.907 60. 96600. 824 80. 835734.37 85. 26593.731 25. 878 74.291 6方案30.949 10. 49300. 966 90.833 10. 844 13.8492 53. 1883. 66795. 820 I4.248 9方案40. 90530. 652 90. 84740. 858 63.84925. 410058.32 45.721 94.1772方案50. 949 10.90530.733 30.82780.838 83.84925. 4100.38.75 85.85714.275 9方案60.94910. 96220.35040.81083. 84925. 4100.3. 968 252.5574.271 3方案70. 79520. 290 73.849 25.41006. 097455. 142綜上考慮,對于700二次再熱機組,用蒸汽焓值法確定[3]李勇,黃萍力.汽輪機回熱系統加熱器給水焓升的優(yōu)化分配了熱力系統各級抽汽參數后，小汽機汽源選擇為--次再熱熱[J].汽輪機技術(shù),2008 , (6) :404 -406 ,409.段時(shí)機組效率最高,回熱系統損值最小， 為最佳汽源選擇。4]張毅,陳志剛,黃萍力,等。汽輪機回熱系統加熱器給水焓升優(yōu)化分配方法對比分析[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué).版),，2008 ,(4):52 -56.4結論5 ] Katarzyna Stepeeynska , Lukasz Kowalezyk , Slawomir Dykas,et al.Calculation of a 900MW Conceptual 700/720C coal - fired Power(1)用蒸汽焓值法確定熱力系統各級抽汽參數,其充分Unit With an Auxiliary Extraction Backpressure Turbine[J]. Jou利用了低壓級抽汽,少抽了高壓級的抽汽，機組效率提高了nal of Power Technologies ,2012 ,92(4) :266 -273.0.1%，損降低了1. 37kJ/kg,級組蒸汽焓降接近于等焓降分6] 陳大變.動(dòng)力循環(huán)分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,配,抽汽焓值方法確定的抽汽口的位置分布均勻、合理。1989.(2)二次再熱機組熱力系統中，小汽機進(jìn)汽參數提高,機7] W EISSINGER G ,CHEN Q. Alston Boiler Designs for the AD700Power Plant[ EB/OL]. Denmark ; Milan Conference ,2005.組效率增大。再熱后機組效率出現兩個(gè)峰值，采用- -次再熱8] KJAER s. A Modifed Double Reheat Cycle [ A]. Proceeding of熱段作為汽源時(shí)機組效率達到最大55.52%，損最低;同時(shí)the ASME 2010 Power Conference [ C]. Chicago: ASME ,2010.改變小汽機汽源,會(huì )引起汽源所對應加熱器效率 下降,9] 黃樹(shù)紅、汽輪機原理[ M].北京:中國電力出版社,2008.損增多。[10] 劉詩(shī).給水泵汽輪機汽源切換方式模擬[D].重慶大學(xué)，(3)在傳統分析方法基礎上，以二次再熱機組為模型分2012.析，為二次再熱機組回熱系統抽汽參數的確定和抽汽口位置[1]劉慧慧.火電廠(chǎng)給水泵汽輪機系統熱經(jīng)濟性分析與優(yōu)化設計[D]. 太原理工大學(xué),2013.的合理分布提供了新的方法和指導建議;對小汽機汽源選擇[12]蔡小燕,張燕平,李鈺,等.700C超超臨界燃煤發(fā)電機組熱的分析為進(jìn)-一步優(yōu)化熱力系統提供了研究思路。力系統設計及分析[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報,2012,(12):971 -參考文獻978.[1]紀世東，周榮燦,王生鵬,等.700C等級先進(jìn)超超臨界發(fā)電技[13] Cai Xiaoyan , Zhang Yanping, Li Yu, Huang Shuhong, Gao Wei.Design and Exergy Analysis on Thermodynamie System of a 700C術(shù)研究現狀及國產(chǎn)化建議[J].熱力發(fā)電,2011,40(7):86 -UItra Supercritical Coal - fired Power Generating Set[J]. Journal88of Chinese Society of Power Engineering ,2012,(12) :971 -978.[2] BLUM R, BUGGE J, KJAER S. AD700 Innovations Pave the Way[14]呂國華,王華,馬文會(huì ),等. 小龍潭電廠(chǎng)300MW機組熱力系for 53 Percent Eficiency [J]. Modemn Power Systems , 2008 , 28統分析[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報,2011 ,31(2):85 - 108.(11):15- 19..(上接第376頁(yè))行分析[J].汽輪機技術(shù),2014 ,56(4) :299 - 302.5]王雷,徐治皋,司風(fēng)琪.基于支持向量回歸的凝汽器清潔系數時(shí)間序列預測，中國電機工程學(xué)報,2007 ,27( I4) :62 -66.[1]張健,曹祖慶.凝汽器清潔系數的在線(xiàn)測定方法及其對機組6] 楊善讓,徐志明,孫靈芳.換熱設備污垢與對策[M].北京:科熱耗率的影響[J].汽輪機技術(shù),1993 ,35(5):24 -27 ,48.學(xué)出版社.2004.[2]李勇,曹祖慶.凝汽器清潔率的概念及測試方法[J].汽輪[7]王雷,王洪躍,張瑞青,等基于支持向量機回歸的凝汽器真機技術(shù),1995 ,37(2):73 -76 ,86.中國煤化工氣輪機技術(shù),2007 ,49(1):43 -[3]金國華. 凝汽器清潔特性診斷[J].汽輪機技術(shù),1987 ,29(2):CHCNMHG輪機原理[M].北京:中國電9-13.[4]林軼,陳文和,馬汀山考慮清潔系數的循環(huán)泵變頻優(yōu)化運力出版社,1998.