循環(huán)水泵雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗研究

浙江電力42ZHEJIANG ELECTRIC POWER2011年第9期循環(huán)水泵雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗研究董益華，樓可煒,孫永平，秦攀(浙江省電力試驗研究院，杭州310014)摘要:介紹了循環(huán)水泵雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗情況，并結合理論分析對凝汽器進(jìn)行了變工況計算。在理論計算過(guò)程中，引人了凝汽器傳熱綜合修正因子對別爾曼公式的傳熱系數進(jìn)行了修正，使計算結果更加符合實(shí)際試驗情況，取得了較好的效果。根據循環(huán)水泵雙速改造后增加了高、低速切換運行功能的實(shí)際情況，重新進(jìn)行冷端優(yōu)化計算，得出不同機組負荷、不同循環(huán)水進(jìn)水溫度條件下的循環(huán)水泵最優(yōu)組合，分析了循環(huán)水泵雙速改造后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;雙速改造;冷端優(yōu)化;傳熱計算;修正方法中圖分類(lèi)號: TK264.1文獻標志碼: B文章編號: 1007-1881 (201 1)09 -0042-05Research on Optimization Tests of Cold-end System After Double-speed Retroftof Circulating Water PumpDONG Yi-hua', LOU Ke-wei', SUN Yong-ping', QIN Pan'(Zhejiang Electric Power Test and Research Istitute, Hangzhou 310014, China)Abstract: This paper introduces the optimization tests of cold-end system after the double-speed retroft of thecireulating water pump and carries out the calculation of variable working condition for the condenser throughthe theoretical analysis. It modifes the BTM heat transfer coefficient by introducing the comprehensive corec-tion factor of condenser heat transfer during theoretical calculation to make the calculation result conform toactual test situation and the desirable efect is achieved. The cold end system optimization calculation is per-formed again according to the actual situation that high and low-speed switching operation function is addedafter the retofit. The oplimal combination under different unit loads and circulating water inlet temperatures isobtained and the economic benefit after the retrofit is analyzed.Key words: eirculating water pump; double-speed retroft; optimization of cold- end system; heat transfercalculation; correction method式的選擇余地,從而可以獲得明顯的節能臧排效0引言益。從熱力循環(huán)角度可以認為冷端損失是制約發(fā)浙江省內陸、沿海各有1臺600 MW超臨界電廠(chǎng)熱效率的主要影響因素，因此，如何降低冷機組于2010年進(jìn)行了循泵的雙速改造,并進(jìn)行端損失一直是節能降耗的重要方向。循環(huán)水泵(簡(jiǎn)了冷端優(yōu)化試驗。內陸機組的循環(huán)水系統為閉式稱(chēng)循泵)的雙速改造是近些年一些發(fā)電廠(chǎng)循環(huán)水系系統，沿海機組為開(kāi)式系統。每臺機組均配置2統優(yōu)化的熱門(mén)方向之一，對原先僅靠增減循泵臺臺循泵，相鄰機組之間設中間聯(lián)絡(luò )閥，由此形成數來(lái)調節循環(huán)水流量的方式而言,將單轉速循泵了擴大單元制供水系統。改造成雙轉速后，豐富了調節手段,提供了不同兩家發(fā)電廠(chǎng)的循泵均為長(cháng)沙水泵廠(chǎng)生產(chǎn)的立機組負荷、不同進(jìn)水溫度下多種循泵組合運行方式單級導葉式"中國煤化工KXA-25.4YHCNMHG2011年第9期浙江電力43和88LKXB- -19,電機分別為由上海電機廠(chǎng)生產(chǎn)的對表1中的各種循泵組合試驗數據進(jìn)行比較YLKS1250-16和湘潭電機廠(chǎng)生產(chǎn)的YKSL2500-后可知，循泵從高速切換至低速運行后，循泵功16。通過(guò)改變電機內部繞組接線(xiàn)方式，進(jìn)行了變率的下降幅度基本達到了預期效果，而流量、揚極改造，由原先的16極改為16和18極,轉速由程的變化卻與設計預期有一-定的偏差。主要原因370 r/min改為370 r/min與330 r/min。在循泵雙是循泵的揚程受循環(huán)水管路特性條件限制而降低速改造完成后，通過(guò)專(zhuān)項試驗，得出循泵在各種得不多，這使得循環(huán)水流量的實(shí)際下降幅度為高、低速切換運行方式下的各項性能參數，然后15.5%左右，與理論降幅10.8%相比是明顯增加.由機組冷端系統的優(yōu)化計算結果比較，得出循泵了。由于循環(huán)水流量的降低使凝汽器運行壓力升雙速改造對沿海機組與內陸機組的經(jīng)濟效益差異。高,對機組出力會(huì )有一定的負面影響，也會(huì )使循泵雙速改造的經(jīng)濟效益受到影響,機組背壓與負1雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗荷的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。為了探明雙速改造后不同運行工況下的最優(yōu)組合以及經(jīng)濟效益,按照汽輪機、水泵性能試驗, 100%額定負荷規程的要求對內陸600 MW超臨界機組進(jìn)行了冷; 80%額定負荷.端優(yōu)化試驗。試驗期間凝汽器進(jìn)出口蝶閥保持全,50%顆定負荷開(kāi)，在300~600 MW負荷區間進(jìn)行了8種循泵組合的試驗工況。循泵特性試驗結果見(jiàn)表1,表中的循環(huán)水流量為流經(jīng)凝汽器的流量。根據試驗獲-10得的數據，也可繪制出如圖1所示的循泵高、低10131619背EkPa速運行特性曲線(xiàn)以及管路阻力曲線(xiàn)。圖1中的循環(huán)水流量為循環(huán)水泵總出口流量,包括了進(jìn)入凝圖2機組背壓與負荷的關(guān)系曲線(xiàn)汽器的冷卻水流量和開(kāi)式冷卻水流量。2凝汽 器變工況分析表1600MW機組循泵特性試驗結果進(jìn)入1臺機組凝分攤到1 臺機組2.1凝汽器 變工況計算方法冷端優(yōu)化試驗覆蓋了300~600MW負荷區間循泵組合汽器的循環(huán)水流的循泵 綜合耗功量(.h)/kW和8種循泵組合,但受試驗時(shí)間條件的限制，不一機兩泵兩高72 2807 950能覆蓋整個(gè)進(jìn)水溫度變化范圍，因此必須依靠建一機兩泵一高一低65 9376 795兩機三泵=高62 0665895立全范圍的凝汽器變工況模型來(lái)確定其他進(jìn)水溫-機兩泵兩低60301.5671度條件下的凝汽器壓力值。兩機三泵兩高一低57 2265 201凝汽器的傳熱計算是其變工況熱力計算的核兩機三泵一高兩低54 9644 785-機一泵-商440943 658心，計算方法有很多,都是根據試驗而得到的經(jīng)-機一泵一低37 2832587驗公式,較具代表性的有前蘇聯(lián)別爾曼公式BTH注:“一機兩泵兩高"表示1臺機組2臺泵高速運行,其余以此類(lèi)推。和美國傳熱學(xué)會(huì )公式HEI1-21。無(wú)論用BTH還是HEI來(lái)計算凝汽器傳熱系數,結果相差不多，都2S能比較準確地反映凝汽器的傳熱特性。HEI公式相對簡(jiǎn)單明了，對各種冷卻管材料品種、規格及冷卻水溫的修正系數較為齊全; BTH公式考慮了F路影響傳熱系數的眾多因素,特別是考慮了各因素之間的相互聯(lián)系和影響。綜合比較分析后，采用低速梨17510822BTM公式來(lái)計算凝汽器的傳熱系數。流量(m2-e")2.2凝汽器 傳熱綜合修正因子的引入圖1流量與揚程關(guān)系 曲線(xiàn)應用凝汽器;中國煤化工人及前文fHCNMHG44董益華，等:循環(huán)水泵雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗研究2011年第9期描述的試驗數據對凝汽器進(jìn)行變工況計算后，可-◆修正后理論背壓-景試驗背壓以計算得出在試驗機組負荷、循環(huán)水流量以及循環(huán)水進(jìn)水溫度等參數下的凝汽器理論背壓。各個(gè)試驗工況計算得出凝汽器理論背壓與試驗背壓的對比情況如圖3所示。對圖3中的2條曲線(xiàn)進(jìn)行對比后可知，各個(gè)試驗工況下凝汽器理論背壓與.試驗背壓之間的平均偏差約為0.14 kPa。進(jìn)行細i520致比較分析后可知，引起偏差的原因主要在于試驗工況編號BTK公式中的一些系數與試驗機組凝汽器的管圖4模型修正后理論背壓與試驗背壓曲線(xiàn)對比束布置、管路結垢程度、凝汽器內聚集空氣量等狀況不符，致使理論計算的傳熱系數與試驗傳熱近凝汽器的實(shí)際背壓，提高了凝汽器變工況理論系數之間存在一些偏差。為了對這些偏差因素進(jìn)計算結果的準確性。行修正，引人了凝汽器傳熱綜合修正因子，用來(lái)2.3最優(yōu)循泵組合的計算結果對BTH理論計算的傳熱系數進(jìn)行修正，使其更在一定機組負荷、循環(huán)水進(jìn)水溫度條件下,加符合凝汽器的實(shí)際傳熱性能。進(jìn)行冷端優(yōu)化計算的目的是:通過(guò)改變循環(huán)水流量，使機組負荷的增加值與循泵所耗功率的增加◆理論背壓. 試驗背壓值之間的差值達到最大，此時(shí)對應的循泵組合稱(chēng)之為最優(yōu)組合。循泵組合方式的尋優(yōu)計算涉及兩方面的資料準備:-.是必須掌握如表1所列的不4-同循泵組合下的循環(huán)水流量、循泵耗功等數據;二是必須掌握如圖2所列的凝汽器背壓變化對機組負荷的影響關(guān)系曲線(xiàn)。這些基礎數據可以從機組循環(huán)效率試驗、變背壓微增出力試驗以及循泵試驗T況編號特性試驗等試驗數據中整理得出。圖3理論背壓與試驗背壓曲線(xiàn)對比通過(guò)試驗得出某600 MW機組8種循泵組合運行方式對應的循環(huán)水流量和循泵耗功后，以其凝汽器實(shí)際傳熱系數的修正計算公式如式中某一組合方式作為基準，其他任- -運行方式與(1)所示，其中凝汽器傳熱綜合修正因子可以看作之比較，就會(huì )出現循環(huán)水流量以及耗功的偏差。是反映凝汽器結構特性、運行條件與理論值之間采用凝汽器修正后的變T況模型,可以計算得出偏差影響的1個(gè)綜合函數，可以通過(guò)每個(gè)試驗工由于循環(huán)水流量增加而影響凝汽器壓力的數值,況計算得出凝汽器傳熱綜合修正因子后，再經(jīng)過(guò).再查取圖2中不同負荷曲線(xiàn)所對應的機組負荷變數學(xué)回歸分析的方法計算得到?；瘮抵?，即機組微增出力數值。當然,這些出力微K=cxKp(1)增是以循泵耗功增加為代價(jià)而獲得的，若是在機式中: K為凝汽器實(shí)際傳熱系數; c為凝汽器傳組出力微增中扣除循泵耗功增加值，則可以得到熱綜合修正因子; Kg為BTH公式計算的凝汽器由于循泵運行調整而獲得的凈收益。進(jìn)行相互比傳熱系數。較后,能夠獲得凈收益最大的循泵運行組合方式。采用凝汽器傳熱綜合修正因子對BTY計算選取較具代表性的機組負荷以及循環(huán)水進(jìn)水公式進(jìn)行修正后，重新進(jìn)行凝汽器變工況計算,溫度，通過(guò)上述計算方法進(jìn)行不同循泵組合方式計算得出的凝汽器理論背壓與試驗背壓對比情況的尋優(yōu)計算，從而得出如表2所示的循泵最佳組如圖4所示。圖4中的2條曲線(xiàn)已基本重合,由合計算結果匯總表。此表明,采用試驗數據對凝汽器傳熱理論進(jìn)行修2.4對循泵組合 尋優(yōu)計算結果的討論正后，可以使推算得出的凝汽器理論背壓更加接表2所推中國煤化工幾組負荷影.TYHCNMHG2011年第9期浙江電力45表2雙速改造后最佳循泵組合匯總行循泵的優(yōu)化組合。先對每一旬的機組負荷和循進(jìn)水溫300 MW 360MW 420MW 480 MW 540 MW 600 MW環(huán)水進(jìn)水溫度進(jìn)行統計平均,然后對照表2選擇度/心最佳的循泵組合。參照雙速改造后的計算方式對≤I5 組合8 組合8 組合8 組合8 組合8 組合8雙速改造前循泵最佳組合的經(jīng)濟效益進(jìn)行計算。17組合8組合8 組合7組合7組合7組合 7在經(jīng)濟效益比對計算過(guò)程中，以10min為1個(gè)l9組合8組合7 組合6 組合6 組合6組合6采樣點(diǎn)進(jìn)行累計積分，上網(wǎng)電價(jià)參照0.365元/21 組合8 組合6組合6組合6 組合6 組合423組合6組合6 組合6組合6 組合3組合 3kWh(不含稅)。按此方法計算得出的循泵雙速改組合6組合6 組合6 組合3 組合3 組合 3造經(jīng)濟效益評估結果見(jiàn)表3。27 組合6 組合6 組合3組合3 組合3 組合330 組合6 組合6 組合3 組合3 組合3 組合3表32009年10月-2010年9月期間經(jīng)濟效益評估組合6組合3 組合3 組合3組合3 組合 1雙速改造前雙速改造后雙速改造的注:組合編號對應的運行方式見(jiàn)表1。發(fā)電量收益經(jīng)濟效益 發(fā)電量收益 經(jīng)濟效益 經(jīng)濟效益/萬(wàn)元/kWh歷元響與循泵耗功比較的基礎上得出的。由于機組參_7 763 518283.48 705 902317.834.4與的調峰狀況偏多,循泵啟停、高低速切換都需要一定的時(shí)間，實(shí)際操作過(guò)程中不可能強求如表改造1臺循泵的費用約為30萬(wàn)元,從表32所列的最佳組合,應當根據一段時(shí)間內的機組中的經(jīng)濟效益比較結果來(lái)看，若雙速改造后循泵負荷率、循環(huán)水進(jìn)水溫度變化規律進(jìn)行循泵運行運行方式合理，一年即可收回成本。由此可見(jiàn),方式的合理選擇,盡量避免循泵的頻繁啟停。對循環(huán)水泵進(jìn)行雙速改造后的經(jīng)濟效益較為理想。在機組實(shí)際運行過(guò)程中，機組負荷受省調指沿海的1臺600MW超臨界機組雙速改造完令而改變，所以不同循泵組合產(chǎn)生的機組負荷收成后,發(fā)現循泵在高速、低速運行之間切換運行益其實(shí)反映了機組煤耗的變化，由此產(chǎn)生一個(gè)燃時(shí)的功率差值并不大。對有關(guān)試驗數據進(jìn)行比較料成本費用的變化;與此同時(shí)，由于循泵耗功變分析后，認為在循泵切換為低速運行狀態(tài)后,運化引起廠(chǎng)用電率的改變，也會(huì )產(chǎn)生一個(gè)用電費用行人員為了避免循環(huán)水管路壓力過(guò)低的情況，而的變化，將這兩個(gè)費用疊加后形成一個(gè)綜合的費關(guān)小了循環(huán)水出口閥開(kāi)度，形成了額外的節流損用變化，也可以用來(lái)進(jìn)行不同循泵組合之間的經(jīng)失,這是造成循泵雙速改造后功率下降幅度受到濟性比較。經(jīng)初步核算,采用費用比較方法得出限制的主要原因。的結果與表2中采用出力比較的尋優(yōu)結果是十分該沿海機組完成循泵雙速改造之后，也進(jìn)行接近的，只有當人廠(chǎng)煤價(jià)、上網(wǎng)電價(jià)取值發(fā)生較了全面的冷端優(yōu)化計算分析,依據循泵最優(yōu)組合大變化時(shí)，最佳循泵組合的工況點(diǎn)才會(huì )發(fā)生一些計算結果確定出高、低速切換的循環(huán)水進(jìn)水溫度整體偏移。當入廠(chǎng)煤價(jià)明顯上漲時(shí),通過(guò)表2選時(shí)機。為了便于作效益比較,表4列出了沿海與擇最佳組合時(shí)應略偏向于考慮循泵運行臺數較多內陸這2臺超臨界600MW機組通過(guò)循泵雙速改或循環(huán)水運行流量較大的尋優(yōu)趨勢;而當上網(wǎng)電造所能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。從表4所列的計算結果價(jià)上調時(shí)，則應偏向于考慮循泵運行臺數較少或數據可以看出:沿海機組的年平均進(jìn)水溫度較循環(huán)水運行流量較小的尋優(yōu)趨勢。低，循泵在低速狀態(tài)的運行時(shí)間要略多于內陸機組?？傮w而言,沿海機組進(jìn)行循環(huán)水泵雙速改造3節能效益評估分析可以獲得的經(jīng)濟效益要稍好于內陸機組。為了評估循泵雙速改造后的經(jīng)濟效益，對內4結語(yǔ)陸600MW超臨界機組--年的歷史數據進(jìn)行了統計分析,發(fā)現循泵運行方式的管理較為粗放簡(jiǎn)對內陸和沿海600MW超臨界機組循泵雙速單: 7-8月為兩機三泵三高組合，其余月份均為改造后進(jìn)行了冷端優(yōu)化試驗,建立了凝汽器變工. - -機一泵一高組合。與優(yōu)化組合方式相比,有較況計算模型,并在模型中引入了凝汽器傳熱綜合大的節能潛力可以挖掘。為此，以一旬為單位進(jìn).修正因子,用來(lái)中國煤化工出的凝汽YHCNMHG46董益華，等:循環(huán)水泵雙速改造后的冷端優(yōu)化試驗研究2011年第9期表4內陸與沿海循泵雙速改造后年經(jīng)濟效益對比低速泵參與組合參考文獻:雙速改造.一機一泵一低運行機組類(lèi)型的經(jīng)濟效運行時(shí) 平均經(jīng)濟效 的其他運行方式[1]齊復東.電站凝 汽設備和冷卻系統[M].北京:水利電力益/萬(wàn)元長(cháng)/月_ 水溫/心C 益/萬(wàn)元的經(jīng)濟效益1萬(wàn)元出版社, 1990.沿海機組45.92.33 8.27 27.918.0[2]翦天 聰.汽輪機原理[ M ].北京:水利電力出版社, 1992.內陸機組2.00 13.98 18.515.9[3]朱玉娜.大型電站汽輪機的性能監測模型研究及應用[D]南京:東南大學(xué), 999.器傳熱系數，使之更加符合凝汽器的實(shí)際運行狀[4] 朱玉娜， 王培紅凝汽器變工況核算及其傳熱系數的確況,應用效果較好;對不同機組負荷、不同循進(jìn)定方法[J]電站系統工程, 1998, 14(6):9-11.水溫度下的各種循泵組合進(jìn)行了經(jīng)濟性比較,得出了最優(yōu)的循泵組合。利用機組歷史數據，對內陸和沿海機組循泵收稿日期: 2011-07-04進(jìn)行雙速改造前、后的最佳組合運行方式進(jìn)行了作者簡(jiǎn)介:董益華(1979-),男，浙江奉化人，工學(xué)碩士。工經(jīng)濟效益計算和比較。計算結果表明雙速改造后程師，主要從事火力發(fā)電廠(chǎng)熱力試驗及性能優(yōu)化工作。循泵若采取最佳組合方式運行，則一年即可收回(本文編輯:陸瑩)成本。相比之下，沿海機組循泵雙速改造的經(jīng)濟效益要稍好于內陸機組。(上接第33頁(yè))無(wú)法直接從海里取水和排水，將引起機組發(fā)電煤環(huán)水出水門(mén)開(kāi)度分別處于50%，60%和100%這耗成本的明顯上升，這是為保護環(huán)境而付出的經(jīng)3個(gè)通常的開(kāi)度位置而計算得出的。若是改變海濟代價(jià)。水潮位、凝汽器出水門(mén)開(kāi)度這些邊界條件,則圖在機組日常運行過(guò)程中，為了提高機組效率,2中管路阻力線(xiàn)與循泵特性線(xiàn)的3個(gè)交點(diǎn)就會(huì )出需根據機組循環(huán)水系統的設備配置特點(diǎn),合理選現相應微調。借助循泵和管路特性試驗曲線(xiàn)，就擇循泵和循環(huán)水系統的運行方式。建議發(fā)電廠(chǎng)以可以確定循環(huán)水系統在不同運行方式下的揚程、試驗得 出的機組循環(huán)水系統特性參數為依據，根流量和功率等運行參數,然后進(jìn)一步開(kāi)展機組冷據各自的循環(huán)水溫度變化規律,合理確定循泵的端設備的尋優(yōu)計算和分析工作。切換時(shí)機。同時(shí)利用循泵定期切換等機會(huì ),做好運行數據的收集和分析，對循泵運行方式調整可5結論與建議以獲得的收益與付出進(jìn)行比較和評估，從而確定結合上述循環(huán)水系統設計特性與試驗結果的機組循環(huán)水系統的優(yōu)化調整模式。比較分析，對開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)這兩種不同的循環(huán)水系統進(jìn)行工作特性差異比較如下:(1)兩種不同的循環(huán)水系統對循泵提出了不[1]徐傳海.雙背壓凝汽器選型計算及建議[J]電站輔機,2005 ,26(2):5-10.同的選型要求，開(kāi)式循環(huán)系統的循泵運行特點(diǎn)是[2]包勁松.1000MW機組性能分析[J}浙江電力,2011,30揚程低、流量大，電機功率較小;而閉式循環(huán)系(4):1-3.統的循泵揚程需克服冷卻塔配水管與水池水面之間的高度差，所以循泵運行特點(diǎn)是揚程高、流量小，電機功率較大。(2)閉式循環(huán)導致了機組全年循環(huán)水平均溫作者簡(jiǎn)介:孫永平(1968-),男,浙江富陽(yáng)人，高級工程師,度升高,凝汽器壓力偏高，這是引起機組供電煤長(cháng)期從事汽輪機性能試驗及節能研究工作。耗率偏高的主要原因。沿海發(fā)電廠(chǎng)因環(huán)保限制而中國煤化工:MYHCNMHG