300MW機組單元制循環(huán)水系統優(yōu)化運行

第52卷第6期汽輪機技術(shù)Vol.52 No.62010年12月TURBINE TECHNOLOGYDec. 2010300MW機組單元制循環(huán)水系統優(yōu)化運行劉哲,王松嶺,王 鵬(華北電力大學(xué)動(dòng)力與機械工程學(xué)院,保定071003 )摘要:通過(guò)對某300MW力發(fā)電機組循環(huán)冷卻水系統進(jìn)行分析研究,運用枚舉法逐步搜索出不同負荷下所對應的循環(huán)水量。對所得到的循環(huán)水量進(jìn)行循環(huán)比較確定出機組在不同負荷、不同循環(huán)水溫下最經(jīng)濟的循環(huán)水泵運行方式,編制出循環(huán)水最佳運行工況表和循環(huán)水泵經(jīng)濟調度圖,對火電廠(chǎng)循環(huán)水系統的運行具有指導意義。關(guān)鍵詞:熱能動(dòng)力工程;循環(huán)水系統;循環(huán)水泵;優(yōu)化運行分類(lèi)號:TK264. 1文獻標識碼:A文章編號1001-5884(2010)06-0475-03Optimal Operation of Circulating Water System in 300MW Unit SystemLIU Zhe , W ANG Song-ling, W ANG Peng( Energy & Power Engineering School ,North China Electric Power University , Baoding 071003 ,China)Abstract:In this paper, the analysis of 300 MW coal-ired power unit cooling water system is obtained, using theenumeration way to search the number of circulation water under the different loads. To make sure the optimistic number ofcirculation water under the diferent loads and the diferent temperature , which needed cyeling comparison, establishes thecirculating water optimum operating condition table and the circulating water pump economic dispatch chart,it is of greatsignificance for the power plant' s operation of circulation water system.Key words: thermal power engineering; circulating water system; water circulating pump; optimal operation0前言1循環(huán)水系統優(yōu)化原理循環(huán)水系統作為火力發(fā)電廠(chǎng)一個(gè)相對獨立的,對機組經(jīng)循環(huán)水泵是從冷水源取水后送往凝汽器對汽輪機排汽濟性有較大影響的重要輔助系統,是為汽輪發(fā)電機組凝氣設進(jìn)行冷卻.循環(huán)水泵經(jīng)濟調節的核心就是根據凝汽器最佳真備等系統設備提供冷卻水的重要輔機。在電廠(chǎng)中,循環(huán)水泵空所需循環(huán)水量合理調節循環(huán)水泵的組合方式。為提高機作為循環(huán)水系統的核心,其耗電量約占電廠(chǎng)總發(fā)電量的組運行經(jīng)濟性,循環(huán)水泵運行方式切換應遵循以下原則:當1.5% ~2%",它又是改變汽輪機真空的重要可調節因素，增 加循環(huán)水量時(shí),應使汽輪機功率增量大于循環(huán)水泵功率增合理選擇循環(huán)水泵的運行方式對于提高電廠(chǎng)的經(jīng)濟性有重量; 當減少循環(huán)水量時(shí),應使機組功率減少量小于循環(huán)水泵要意義。但目前大多數電廠(chǎng)在循環(huán)水系統的運行方式中缺功率減少量,即在汽輪機熱耗不變的情況下.使其發(fā)電量N,乏可操作性的理論依據.對循環(huán)水量的調節相當粗略,僅憑與循環(huán)水泵的耗電 量N,的差值達到最大值的循環(huán)水量為最經(jīng)驗進(jìn)行運行調節。夏季循環(huán)水溫度較高,按照機組配備的佳循環(huán)水量:循環(huán)水泵皆投人運行;冬季循環(huán)水溫度較低,可以停運一臺maxSN= ZoN.- ZoN,(1)或多臺泵,但沒(méi)有具體明確的理論依據,造成循環(huán)水泵開(kāi)啟的數量很難與機組的工況相匹配，耗電量增多。式中, AN。為第i臺汽輪發(fā)電機組功率增量,i=1,..mn,雖然近些年來(lái)我國在變頻調速方面有了長(cháng)足的進(jìn)步和m為機組臺數;QN,為第j臺循環(huán)水泵的耗電增量,j=1,2,3,發(fā)展，由于應用高壓變頻器造成的初投資過(guò)高,很多電廠(chǎng)在..n,n為循環(huán)水泵臺數。改造方面表現得很謹慎,這就成為泵與風(fēng)機調速節能方面的圖I為最佳循環(huán)水量的示意圖。主要障礙,現階段我國大部分電廠(chǎng)都采用單元制或擴大單元制，而且大部分都是定速泵或雙速泵,其經(jīng)濟性往往取決于2循環(huán)水系統的優(yōu)化模型運行人員的操作水平和機組的安全性.故僅憑經(jīng)驗進(jìn)行調節就有很大的局限性,循環(huán)水系統的經(jīng)濟性就很難得到充分發(fā)2.1中國煤化工。揮,成為電廠(chǎng)節能降耗亟需解決的問(wèn)題。本文采用逐步搜索斤對應的飽和溫度t,法,通過(guò)循環(huán)比較得到每種工況下的最佳循環(huán)水量,對電廠(chǎng)可由下fHCNMHG的循環(huán)水系統的運行具有重要的指導意義。t, =ta +△t +8t(2)收稿日期:2010-03-01作者簡(jiǎn)介:劉哲(1985-) ,男,河北石家莊人,華北電力大學(xué)碩士研究生,河北保定,主要從事火電機組輔機分析與研究。476汽輪機技術(shù)第52卷4N2.2排汽量D, 的確定在計算汽輪機功率時(shí),必須準確地計算排汽量。通常電廠(chǎng)常把凝結水流量的指示值作為排汽量,這樣會(huì )產(chǎn)生很大誤aN,w,差。因為進(jìn)入凝汽器的流量中除了排汽量之外.還有各處的疏水和漏汽,特別是當凝結水再循環(huán)門(mén)開(kāi)啟時(shí),凝結水泵出水量遠大于排汽量。由于汽輪機末級抽汽點(diǎn)壓力僅與排汽量有關(guān)所以可利用該壓力來(lái)計算排汽量。根據汽輪機變I況原理,凝汽式機組末級常處于臨界工況,抽汽點(diǎn)壓力p,與排汽量成正比;即使處于亞臨界工況,抽圖1凈增功率與循環(huán)水量的關(guān)系曲線(xiàn)式中4為循環(huán)水入口水溫, ;01為循環(huán)水溫升，心，可用下汽點(diǎn)壓力p 也與排汽量D.成正比,即:p=P ,則有:D。Pno式表示:Ot =ia -。;8為凝汽器端差,C ,可用下式表示:&D。、B-H=1, -6n。D.=pox735.62.1.1循環(huán)水入口水溫 。的確定冷卻水人口水溫取決于當地的氣候條件,而與凝汽器和D。B .DgH(Vh)(8)735.6po~ 735. 6po循環(huán)水泵的運行狀況無(wú)關(guān)，對于循環(huán)水系統，冷卻水入口水式中,B為大氣壓力,Pa;H為末級抽汽點(diǎn)真空,Pa;Do為設計溫除受氣象條件影響外,還受冷卻塔運行性能的影響。因排汽量,Vh。此，要確定冷卻水入口水溫的應達值,必須把凝汽器和冷卻2.3 背壓變化后,汽輪機功率增的計算塔作為-一個(gè)整體進(jìn)行考慮。凝汽器真空提高,可以使汽輪機多發(fā)電,可以用下式表2.1.2循環(huán)水溫升 At的確定示[(1:由凝汽器熱平衡理論,蒸汽的凝結放熱量等于循環(huán)水的AN, = 1.02x10' .0p.K.N,(9)吸熱量,用下式表示為:其中,0N,為汽輪機功率的增量, kW ;4p為凝汽器真空的變Q=D(h. -h.') = D.(ha-hm) =D.c(ta -tn)化,MPa;K為真空每變化0.009 8MPa,汽輪機功率相對變化(3)率,可以從背壓變化對功率的修正曲線(xiàn)上查出;N,為汽輪機式中,D,為汽輪機的排汽量,Vh;h. he分別為凝汽器中的蒸額定功率,kW。汽.凝結水的比焓,kJ/kg;D.為循環(huán)水的流量,Vh;h2、ha分2.4 循環(huán)水量改變以后,循環(huán)水泵耗功增量的計算別為進(jìn)人和離開(kāi)凝汽器循環(huán)水的比焓,kJ/kg;c為循環(huán)水的由于電廠(chǎng)采用的是單元制循環(huán)水系統,兩臺同樣型號的比熱,對于淡水,c =4.1787kJ/(kg. K)。雙速電機循環(huán)水泵并聯(lián)運行,因而共有4種運行方式,即:則循環(huán)水溫升可以表示為: .(1)一臺泵低速運行;(2)一臺泵高速運行;(3)-臺泵高速ar. D.(h.-h%). bh.-b.'(4)運行,一臺泵低速運行;(4)兩臺泵高速運行。表1為不同運4. 187D.4.187m行方式下循環(huán)水泵耗功與循環(huán)水流量的關(guān)系。其中A.B、C、D分別對應上述4種運行方式。式中,m為循環(huán)倍率,即m =D;它表明冷卻單位蒸汽量所表1不同運行方式 下循環(huán)水泵耗功與循環(huán)水流的關(guān)系需要的循環(huán)水量。其中,熔差Ah=h, -h,'表示凝結1kg蒸汽所放出的熱運行.流量功率后一種比前一種量。由于排汽有10%左右的濕度,故h.-h.將比1kg干飽和方式m'/hkW運行方式多耗功蒸汽的凝結放熱最少,只有2140J/kg ~ 2220kJ/kg,取其平14508775.2均值,則r≈-2177。52016 9201 223.1447.94. 187m2.1.3凝汽器端差 8t的確定27 0281 998.3由傳熱學(xué)基本公式推導可得:29 102.42446.2(5)e187D。-13設備概述式中,A.為凝汽器的冷卻面積,m' ;K為凝汽器的總體傳熱系數,J/(m2.s.K)。該廠(chǎng)循環(huán)水系統為閉式循環(huán),采用地下水冷卻,每臺機凝汽器的總體傳熱系數采用美國HEI公式計算,并且利組配有兩臺立式濕坑式斜流泵,采用涼水塔冷卻凝汽器回用別爾曼公式中的蒸汽負荷修正系數'”1:水,重身中國煤化工K泵技術(shù)規范(°)見(jiàn)表K= CE.B.B. VTφ,(6)2、表3凝汽器飽和溫度下所對應的壓力可以由以下經(jīng)驗公式YHCNMHG確定4):4計算結果及分析p.=9.81x(1+100).*(7)57.66 i全年季節性冷卻水溫的變化情況隨季節變化的規律大第6期劉哲等:300MW機組單元制循環(huán)水系統優(yōu)化運行477表2凝汽器設備技術(shù)規范表5不同負荷不同水溫下循環(huán)水泵的組合方式型64LKX1-23水溫16 920/14 508m'/hsC 10C 15C 20C 25C 30C 339C揚23/17m300MWAD必罱汽蝕余量7. 83/5.76m270MW軸功辜1 223. 1775.2kW240MW轉速495/425r/min210MW電機型號YKSLD1600/1000 - 12/14/1730-1180MW額定功率1 600/1 00kw150MWB額定電壓6kV由以上計算結果分析可知:額定電流199.5/135. 1A(1)機組負荷在300MW ~ 240MW之間時(shí),當循環(huán)冷卻494/424t/min水溫超過(guò)25C,必須是兩臺泵高速運行,若循環(huán)水溫低于表3循環(huán)水泵技術(shù)規范15C,一般都是-一臺低速泵運行。(2)機組負荷在210MW ~ 180MW之間時(shí),當循環(huán)冷卻型號單背壓雙流程表面式水溫低于20C ,在-般情況下都采取- -臺 泵低速運行。凝汽器背壓(3)機組負荷在150MW左右時(shí),除了在30C及以上采"水室設計壓力0. 35MPa取兩泵運行(30C為一臺泵高速運行33為-高- -低運行殼側設計壓力-0.1 ~0.1MPa方式)方式外其它循環(huán)冷卻水溫下都采取的是一臺泵低速總有效面積18 000m2運行。循環(huán)水量35 280/h根據計算所得結果可以繪制循環(huán)水量隨負荷與循環(huán)水凝汽器汽側進(jìn)口允許最高溫度80C溫的關(guān)系曲線(xiàn),由圖2所示可以清晰直觀(guān)地確定不同負荷與循環(huán)水設計進(jìn)水溫度21C循環(huán)水溫下的泵組的運行方式。循環(huán)水允許最高進(jìn)水溫度35C35000不同負荷下循環(huán)水溫與循環(huán)水關(guān)系曲線(xiàn)管內平均流速2. 1m/s30000 t25000致是最高月平均水溫出現在每年的7.8月份,大約在339C,k 2000 t最低月平均水溫在每年的1.2月和12月份,大約在5C左a1000右。3.4.5.10、11各月大約在10C ~20C。6.9月大約在10000+ 300VW + 240MW- * - 180MW25C左右。因此,本文依次取循環(huán)水溫為59C , 10C,15C,一.270MW女210MW-+150MW20年,25C,30C,33C。當機組負荷低于50%負荷運行時(shí)，102040鍋爐燃燒的穩定性變差.將不能維持爐膛的穩定燃燒，甚至循環(huán)水溫會(huì )出現鍋爐滅火的現象,因此最低負荷選擇50%負荷,負荷圖2不同負荷下的循環(huán)水溫與循環(huán)水量干系曲線(xiàn)分別選取.300MW.270MW.240MW. 210MW. 180MW.150MW,表4為不同負荷及其泵的組合方式下,在不同循環(huán)5結論水溫下的傳熱系數的部分計算結果。表4傳熱系數的部分計算結果及比較本文通過(guò)枚舉法逐步搜索出不同負荷下所對應的循環(huán)泵組合 負荷人口水溫循環(huán)水溫升端差傳熱水量即循環(huán)水泵的組合方式,對于列舉出的每一種工況,都方式MWC系敷可以通過(guò)枚舉法搜索到一個(gè)最優(yōu)的循環(huán)水泵的工作方式,對3023.012.052345.88于涉及到的所有工況,可以通過(guò)循環(huán)比較得到最優(yōu)的組合方2717.762.352719. 86式,從而合理地調度循環(huán)水泵，使循環(huán)水泵始終處于最優(yōu)的2108.643.053093.84工況下運行。155.732.31 3 365. 83(1)利用本節及上節的經(jīng)濟計算分析通過(guò)對凝汽器模型單元制機組循環(huán)水泵的4種固定的組合方式.分別對應汽輪機模型的簡(jiǎn) 化,完全可預測出在不同的循環(huán)泵運行方式.不同的4種循環(huán)水量。固定負荷N,來(lái)不斷改變循環(huán)水人口下 ,汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性,從而合理調度循環(huán)泵運行工況,溫度n ,利用式(2) ~式(9)分別計算出發(fā)電功率增量AN,和使循中國煤化工。循環(huán)水泵耗功量AN, ,再用(1)式計算出功率凈增量AN。再二溫度對機組經(jīng)濟性的改變負倚,步驟如上,直到遍歷完所有負荷為止,最終得出不影響非HCN M H G使提高循環(huán)水流量，同負荷,不同水溫下的最佳循環(huán)水量與運行的循環(huán)水泵數不同負荷 下的機組凈增益sN均很小,彌補不了循環(huán)泵的多量。表S為計算得到的不同負荷不同循環(huán)水溫下循環(huán)水泵耗電功;而當冷卻水溫度較高時(shí) ,機組凈增益ON隨循環(huán)水量的組合方式。的變化其數值變化較大。(下轉第480頁(yè))480汽輪機技術(shù)第52卷保證加工精度,而該級葉片的型面質(zhì)量的好壞又極大地影響面 兩斜面分別垂直于2與3輻射線(xiàn),并有3個(gè)線(xiàn)鉚釘頭。著(zhù)機組的效率。因此需用五座標數控機床來(lái)完成該處加工。通過(guò)方案比較,確定采用數控加工方案,利用三軸聯(lián)動(dòng)方式具體的加工工部劃分如表1。同時(shí)加工整個(gè)葉冠型線(xiàn)和鉚釘頭型線(xiàn),效果令人滿(mǎn)意。葉冠表1葉身加工工序按以下加工路線(xiàn)進(jìn)行:來(lái)料-粗精加工端面-粗加工圓弧面加工性質(zhì)加工名稱(chēng)加工區域使用刀具-去臺階面余量-去鉚釘頭余量-粗加工臺階面-粗加工粗加工銑進(jìn)汽邊葉身IC32玉米銑刀圓弧面-粗加工鉚釘頭輪廓-精加工臺階面-精加工圓弧面-精加工鉚釘頭型線(xiàn)-精加工鉚釘頭根部R。銑出汽邊1C32玉米銑刀2.4.2量具設計及檢測方案葉冠背弧側開(kāi)空刀根據鉚釘頭的形狀和尺寸設計量具分為以下幾個(gè)(2] :葉根背弧側開(kāi)空刀①鉚釘頭位置度標準塊:測量鉚釘頭相對于葉根中心線(xiàn)葉冠內弧側開(kāi)空刀1G32玉米銑刀弧深方向的位置;IG32玉米銑刀②葉冠高度標準塊:測量葉冠在汽道高度方向的位置;粗加工葉身③鉚釘頭全型線(xiàn)樣板:測鼠鉚釘頭間的相對位置;精加工葉身R28銑刀④鉚釘頭單型線(xiàn)樣板:測量鉚釘頭的輪廓尺寸。精加工銑葉冠平臺葉冠平臺K16 錐度球頭銑刀鉚釘頭型線(xiàn)樣板如圖6所示。銑葉根平臺葉根平臺K16 錐度球頭銑刀半精加工半精銑葉根圖角葉根圓角KI6 錐度球頭銑刀半精銑葉冠圓角葉冠圓角K16 錐度球頭銑刀精銑葉根閟角葉根圜角KI2 錐度球頭銑刀精銑葉冠圓角葉冠圓角K12 錐度球頭銑刀2.3.2型面的檢測.型線(xiàn)測量采用日立標準:即首件經(jīng)三座標檢驗合格,工圖6鉚釘頭型線(xiàn)樣板序中按1/10三坐標抽檢,其余采用型線(xiàn)樣板檢驗,并按標準測量P、Q、E、Wr.D等值。如圖5所示。3結束語(yǔ)出汽側經(jīng)過(guò)葉根試加工工藝試驗和葉冠及鉚釘頭試加工工藝Q0.25試驗,在工藝試驗完成和程序優(yōu)化的基礎上,按照上述工藝E+0.13方法,現已加工出9臺份600MW調節級動(dòng)葉片,替代了進(jìn)口葉片,并且該工藝方法已應用于其它同類(lèi)葉片的加工。加工Dmas和裝配的結果達到了圖紙的要求,表明該工藝流程.工藝方法的設計合理、加工程序設計正確、測量方式嚴密。能保證質(zhì)量,滿(mǎn)足加工的需要。通過(guò)工藝試驗以及程序的優(yōu)化，加工的葉片符合設計要求?，F該工藝方案已經(jīng)成功應用于該葉片的批量加工,完全圖5型線(xiàn)量具實(shí)現了該葉片的國產(chǎn)化要求。同時(shí)該工藝中某些方法也已2.4葉冠的工藝方案600MW調級節動(dòng)葉片葉冠的結構特點(diǎn):圓弧狀的葉冠經(jīng)應用到其它葉片的加工制造中,使該廠(chǎng)的葉片加工技術(shù)邁上面帶有3個(gè)鉚釘頭,同時(shí)葉冠的內背弧側還有3個(gè)臺階.上了一一個(gè)新的臺階。面,臺階面的深度不一樣,而且臺階面帶有一定的角度,每個(gè).參考文獻臺階面和輻射線(xiàn)的夾角也不- -樣;釘頭之間的距離很小,釘[1] 王先逵.機械制造工藝學(xué)[M].機械工業(yè)出版社1992.1-27.頭和葉冠的交接面是一一個(gè)很小的R連接面,交接面也在圓弧[2]袁長(cháng)良機械制造工藝裝備設計手冊[M].中國計量出版社，面上。詳細的結構如圖1所示。2003. 103 - 107.2.4.1葉冠及鉚釘頭的加工方 案[][3]楊建明. 數挖加工工藝與編程[M].北京理工大學(xué)出版社，600MW調級節動(dòng)葉片葉冠外端為兩斜面內切-圓柱2006. 101 - 124.(上接第477頁(yè))2]中國煤化工啊電力出版+.1992.二機械」業(yè)出版社.1993.參考文獻[4]CN M H G中的應用[M].北京:水利電力出版社,1986.[1] 黃新元,趙 麗,安越里,常家星.火電廠(chǎng)單元制循環(huán)水系統離5] 席愛(ài)民. 200MW機組循環(huán)水泵技術(shù)改造及經(jīng)濟調度研究[ D].散優(yōu)化模型及其應用[J]熱能動(dòng)力工程2004,19(3):302 -保定:華北電力大學(xué)(保定) ,2002.305.[6]唐山豐潤熱電廠(chǎng). 大唐國際豐潤熱電廠(chǎng)運行規程[R].2008.