循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算模型的優(yōu)化及應用實(shí)例

寫(xiě)電方機械發(fā)電技術(shù)循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算模型的優(yōu)化及應用實(shí)例傅程燕，郭棟，鄢傳武，溫詩(shī)偉(華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030)摘要:基于試驗的循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算模型是以試驗數據作為基礎，對已完成的試驗工況下的循環(huán)水泵運行方式進(jìn)行優(yōu)化計算,而不能對未開(kāi)展的試驗工況進(jìn)行經(jīng)濟性評價(jià)，本文介紹了一種計算方法,可以對此類(lèi)計算模型進(jìn)行優(yōu)化,并用實(shí)例進(jìn)行驗證。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;優(yōu)化運行;算法優(yōu)化中圍分類(lèi)號: TH3, 0242.1文獻標識碼:B文章編號: 1006 -8449(2011 )01-0082- -030引言循環(huán)水泵優(yōu)化運行是降低廠(chǎng)用電率的有效方法之算:一,其分析計算過(guò)程中所構建的計算模型的準確性,是R=f(N,t,W)確保優(yōu)化效果的重要因素。對循環(huán)水泵優(yōu)化運行的計式中t,-冷卻水進(jìn)口溫度C;算通常以試驗作為基礎，但受試驗條件和試驗成本等W一冷卻水流量,m/s。的限制，部分試驗工況不能進(jìn)行，用基于試驗的計算方(3)最佳運行背壓計算:以機組功率、冷卻水進(jìn)口法不能對未進(jìn)行的工況進(jìn)行經(jīng)濟性評價(jià)，影響優(yōu)化效溫度和冷卻水流量為變量的目標函數，在量值上為機果。本文介紹了一種計算方法,可以由已完成工況的試組功率的增量與循環(huán)水泵耗功增量之差最大時(shí)的凝汽驗數據,推導出未能開(kāi)展的試驗工況的經(jīng)濟特性,并通器壓力,即:過(guò)實(shí)例驗證其方法可行。F(N.,t,W )= AN-AN,(3)式中AN,- -循環(huán)水泵耗功,kW。1基于試驗的計算模型在數學(xué)意義上,當aF(N,t,W)=0時(shí),凝汽器冷卻oW傳統循環(huán)水泵優(yōu)化運行計算模型采用的計算方法水流量對應的機組背壓為最佳值,即:如下:f(N,P) . dP__ dON(4)(1)微增出力與機組背壓的關(guān)系:通過(guò)機組微增出OP力試驗,得出機組在不同負荷下,微增出力與背壓的關(guān)最后依據最佳背壓確定循環(huán)水泵最佳組合運行方系式。ANr=f(N,P)(1)但在試驗過(guò)程中，可能遇到因為循環(huán)水進(jìn)口溫度式中AN+一機組微增出力,kW;過(guò)高,不能做高負荷下的低循環(huán)水流量工況;或者機組N-機組負荷,kW;臨時(shí)性需求，不能完成所有循環(huán)水泵組合運行工況等P -機組背壓,kPa。限制因素?；谠囼灥哪髯児r特性計算,就不能(2)凝汽器變工況特性:由試驗可得出當前冷卻水包含全部負荷點(diǎn)下的所有循環(huán)水泵組合運行方式,計進(jìn)口溫度條件下,凝汽器壓力與冷卻水流量的關(guān)系,當算模型也就不夠完整。冷卻水進(jìn)口溫度改變時(shí)，由凝汽器變工況特性予以換發(fā)電技術(shù)2計算模型優(yōu)化算法R! =01)*|R(10)如果已完成每個(gè)負荷點(diǎn)下的某- -種循環(huán)水泵組合由于除開(kāi)管側熱阻之外的其它熱阻在循環(huán)水流量方式的試驗,得出試驗數據;且已測量出每種循環(huán)水泵改變后變化很小，可以將其作為不變量。則流量改變后組合方式下的凝汽器冷卻水流量和循環(huán)水泵耗功?？傻哪骺傮w傳熱系數:按以下步驟得出其它循環(huán)水泵組合方式下的凝汽器變工況特性。u" =[R+R(9)- ,則LMTD' =h(1)由試驗數據得出各負荷點(diǎn)下的凝汽器熱負荷、于是可得出循環(huán)水流量改變后的凝結水飽和溫總體傳熱系數和管側熱阻"。度:Q = wcp(2-1|)(5),' =一A’-+ Ot2'(11)式中Q一凝汽器熱負荷,W;1-exP(LMTDYw -冷卻水流量,kg/s;然后可由水蒸氣函數得出凝結水飽和溫度對應的t,h -冷卻水進(jìn)、出口溫度,C;凝汽器壓力P,=f(')。于是循環(huán)水流量改變后的凝汽cp -冷卻水定壓比熱容,J/(kg*K)。器特性P'=f'(N,t, W')即可確定。U=A。LMTD(6)最后由F(N" ,t,W' )= AN'- AN'得出最佳運行其中LMTD=- 5-6背壓曲線(xiàn)",則其它循環(huán)水泵組合方式下的經(jīng)濟特性也In(5-個(gè)得以考慮。"t,-t式中U一總體傳熱系數, W(m2.K);Ao- -凝汽器傳熱面積,m2;3應用實(shí)例1,-凝汽器壓力下飽和水溫度,C。某機組設計出力為300MW,配置1臺表面式、橫R=(0.0158年(ed )094 )]“(7)向布置、雙流程凝汽器,再配置2臺高.低速循環(huán)水泵。3.1基于試驗的計算模型式中R,一管側熱阻,m2.K/ W; .k-導熱系數, W(m.K);根據機組情況,完成了100%、90%、80% .70%和d-冷卻管內徑,m;.60%額定負荷下，并且在2低速.1高1低、2高速,三o-冷卻管內水流速, m/s;種循環(huán)水泵組合方式下的試驗工況。由試驗得出機組ρ-冷卻水密度，kgm';的凝汽器特性。以1臺高速、1臺低速循環(huán)水泵組合方μ - -動(dòng)力黏度,kg/(m.s)。式下的數據為例，得出其凝汽器絕壓特性數據見(jiàn)表1。則可得出除了管側熱阻之外的其它熱阻:由此得出的循環(huán)水泵優(yōu)化運行結果見(jiàn)表2。(8)表1凝汽器絕壓特性數據kPaR.一R出)式中d.-冷卻管外徑,m;冷卻水進(jìn)水溫度機組負荷.MWC300270240210 180R, -管側熱阻之外的其它熱阻,m2.KW。2377 2.1792.04 1.844 1.706(2)其它循環(huán)水泵組合運行方式下的不同循環(huán)水103.219 2.9612.779 2.521 2.339流量工況下的凝汽器變工況特性的計算。4.310 3.9763.741 3.406 3.169由于流量改變后凝汽器熱負荷變化很小，則流量205.709 5.2824.981: 4.550 4.246改變后的冷卻水溫升":57.486 6.9466.563 6.015 5.62709.721 9.0438.563 7.873 7.382A'=h'-n=_O(9)w'cp3311.320 10.547 9.999 9.209 8.647則出水溫度6'= Al'+iy,對應平均溫度n'= (2'+12.508 11.65 11.067 10.2059.5911)/2下的p'、μ'、c,'及循環(huán)水流量改變后的v'均可得3.2基于優(yōu)化算法的計算模型出。則流量改變后的管側熱阻:由試驗得出2臺高速循環(huán)水泵組合運行方式下的與電力機械發(fā)電技術(shù)凝汽器特性，然后根據1高速1低速循環(huán)水泵組合方3.3兩種優(yōu)化模型比較式下,試驗測量所得循環(huán)水流量及耗功,采用上述優(yōu)化優(yōu)化算法得出的凝汽器特性數據偏離實(shí)際情況的算法得出的凝汽器特性數據見(jiàn)表3。由此得出的循環(huán)水泵優(yōu)化運行結果見(jiàn)表4。百分比:n=P-P2 x 100%，即優(yōu)化算法與實(shí)際情P。表2循環(huán)水泵優(yōu)化運行結果況相比較的凝汽器壓力計算誤差見(jiàn)表5?？梢?jiàn)采用優(yōu)化算法的計算模型得出的計算結果，偏離基于試驗的冷卻水進(jìn)水溫度機組負荷,MW30270 240210180計算模型得出的實(shí)際結果較小(<1%)。且最終優(yōu)化所2低速2低速2低速2低速2低速得最佳循環(huán)水泵運行方式也基本-致。2低速2低速2低速2低速 2低速表5優(yōu)化算法與實(shí)際情況相比較的凝汽器壓力計算誤差%1低速1低速 1低速 .152高速1高速1高速 1高速 :2低速機組負荷MW2高速2高速 2高速 2高速1低速300270240801高連0.84-0.690.93-0.22 -0.122高速2高速 2 高速2高速2高速100.90-0.64 0.94-0.20 -0.132高速2高速 2高速2高速 2高速-0.21-0.13332高速2高速 2高速 2高速 2高速0.82-0.62 0.86-0.20 -0.092高速2高速 2高速2高速2高速 ，25-0.59 0.820.87-0.580.79-0.18 -0.09表3優(yōu)化算法得出的凝汽器絕壓特性數據Pa0.85 :-0.57 0.78-0.17 -0.0935-0.56 0.77-0.18 -0.08402.3572.1942.0211.848 1.7084結語(yǔ)3.1902.9802.753 2.526 2.3424.2744.0023.7083.4133.173通過(guò)對傳統循環(huán)水泵優(yōu)化運行的計算模型進(jìn)行算5.6625.315 4.938 4.559 4.250法優(yōu)化后,可提高其適用性。通過(guò)實(shí)例驗證其理論計算7.4236.987 6.5096.0275.632結果和實(shí)際試驗結果有- -定誤差， 但可作為對試驗計9.6369.095 8.4957.887 7.389算的一個(gè)補充。特別是在試驗期間，因為某些特殊工1.22210.607 9929.225 8.655況,如高負荷下低循環(huán)水流量工況等不能進(jìn)行時(shí),可用12.406 11.730 10.982 10.223 9.599此計算模型評價(jià)各種工況下的經(jīng)濟特性。表4優(yōu)化算法后循環(huán)水泵優(yōu)化運行結果參考文獻:[1]DLT 1078- 2007.表面式凝汽器運行性能試驗規程(S].2007.[2]CB/T50102- 2003,工業(yè)循環(huán)水冷卻設計規范[SI].2003.2低速2低速 2低速 2低速 2低速[3]齊復東，賈樹(shù)本.馬義偉.電站凝光設備和冷卻系統[M}.北京:水利電力出版社.1992.[4]郟丙然最優(yōu)化技術(shù)在電廠(chǎng)“熱力工程中的應用[M,北京:水利電力1低速1低速1低速2低速2低速出版社，1986.1高速1高速 1高速1低速1低連[5]葛曉霞繆國鈞.循環(huán)水系統運行方式優(yōu)化分析[I].電站輔機.2000.202高速2高速 2高速 .(3):28-32.1高速 1高速2:2高速2高速2高速收稿日期:2010-11-18修回日期:2010-12-15(下轉第81頁(yè))發(fā)電技術(shù)利冷空調原理,選取了R600a/R123 非共沸混合工質(zhì)作為本文討[4] 徐衛榮.杜塏自然復疊式熱泵循環(huán)系統熱力計算與分析[.低溫工論系統的循環(huán)工質(zhì)，通過(guò)模擬計算得到了最高熱泵程，2009,171(5):31-36.COP值下的最佳配比濃度，并在該值下計算分析了熱[S] KAZUO NAKATANI, MITSUHIRO IKOMA， KOJIARITA, es al.Development of high-temperature heat pump using alernative mitures[I]泵系統的熱力性能。結果表明,利用這種自復疊熱泵系National TechnicalReport, 1989 .35(6): 12-16.統回收電廠(chǎng)循環(huán)水余熱在理論上是可行的，且平均[P]odibiniak WJ US, 2041725[PI.1936.COP值可達3.09。[7]張雷.胡連營(yíng)中高溫熱泵工質(zhì)應用的現狀與選擇[]節能20.30(1):66-68.[8]史琳，昝成中高溫熱泵工質(zhì)的研究方法及性能分析[]技術(shù)科學(xué)，參考文獻:2009.39(4)-603-608.[]郭小丹,胡三高，楊昆,等熱泵回收電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用問(wèn)題研究[9]王曉東,趙力,高攀一種新型中高溫熱泵非共沸工質(zhì)的理論與實(shí)驗D現代電力.2010, 27(2): 58-61.分析[J工程熱物理學(xué)報,2008.29(7): 1095- ,1098.2]清華大學(xué)凝汽式發(fā)電機組循環(huán)水余熱利用技術(shù)研究與應用[RI]. 項目總結報告，2008-05.收稿日期:2010-11-19[3]周湘江,連之偉葉曉江，等.高溫熱泵在我國應用的可行性分析[]，修回日期:2010-12-14流體機械,2003, 31(7): 55-58.Discussion and Analysis on Recycling the Waste Heat of Circulating Water inPower Plant by the Mixing Refrigerant Auto cascade Heat PumpZHOU Chong -bo'，MIAO Li，XU Hou -da'，HU Feng- ja'(1. Huodian Elecrie Pouer Research Intitue ,Hanghou 310030, China; 2. Xi an Aviation Compute Technologo Institue ,Xian 710040 ,China;3. School of Energp&Pomer Enginering,Xian Jootong Unirersity ,Ximn 710049 ,China)Abstract: The circulating water in power plant is a large environment friendly energy source which temperature ismoderate and stable. The heat pump technology would be efective for the recycle of the waste heat during the winter in thenorth. To provide the hot water that the temperature above 80 degree ,a kind of auto cascade heat pump system wasproposed , and a new binary non -azeotropic mixing refrigerant composed of R600a/R123 was selected. Then using Malabind Refprop 7.1 mixed programming, the simulation of theoretical cycle for auto- cascade heat pump system wasconducted. The results showed that the heat pump system to utilize the circulating water waste heat was feasible in theory.Key words: auto- cascade heat pump; waste heat of circulating water; simulation; mixing refrigerant;thermodynamic property作者簡(jiǎn)介:周崇 波(1984-),男,浙江溫州人,碩士,從事電廠(chǎng)余熱利用及熱泵研究。(上接第84頁(yè))Optimization in Calculating Models of the Circulating Water PumpOperation and ApplicationsFU Cheng-yan，GUO Dong，YAN Chuan-wu，WEN Shi-wei(Huadion Elecnie Power Research Institule ,Hanghou 310030.China)Abstract: The eirculating water pump operation calculation models which was based on performance test utilizing thetest data to calculate and optimize the pump operation under the working conditions which had been tested. For thoseworking conditions which had not been tested , the models would not give the operating economic analysis. A calculatingmethod had been introduced in this paper as an improvement of that kind of models and the results had been verified withexamples.Key words: eirculating water pump; optimal operation;algorithm optimization作者簡(jiǎn)介:傅程燕(1982-),男,本科,重慶人,從事工作范圍為火電廠(chǎng) 系統優(yōu)化;郭棟(1983-),男 ,碩士,安徽人,從事工作范圍為火電廠(chǎng)系統優(yōu)化;鄢傳武(1979-),男,本科,江西人,從事工作范圍為火電廠(chǎng)系統優(yōu)化。