凝汽器有缺陷對循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方式的影響

第45卷第6期汽輪機技術(shù)Vol. 45 No.62003年12月TURBINE TECHNOLOGYDec.2003凝汽器有缺陷對循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方式的影響種道彤,劉繼平,嚴俊杰(西安交通大學(xué)，西安710049 )摘要:以熱力系統變工況為基礎建立了凝汽器真空的變化對機組運行經(jīng)濟性影響的數學(xué)模型研究了凝汽器存在缺陷對開(kāi)式循環(huán)水系統優(yōu)化結果的影響。對具有兩臺循環(huán)水泵的300MW凝汽機組計算表明凝汽器存在缺陷導致其傳熱系數降低時(shí),雙泵運行比單泵運行更經(jīng)濟的臨界負荷也隨之降低。這-結論對指導循環(huán)水系統的經(jīng)濟運行具有-定的理論和實(shí)際意義。關(guān)鍵詞凝汽器變工況;傳熱系數循環(huán)水系統分類(lèi)號:TK264. 1文獻標識碼:A文章編號:1001-5884 2003 )06-0350-03Research on the Influence of the Condenser Fault on the Optimizationof the Circulating W ater SystemZHONG Dao-tong , LIU Ji-ping , YAN Jun-jie( Xian Jiaotong University ,Xian 710049 , China )Abstract :Based on the changed work state theory of the thermal system , a mathematical model is developed to optimize theopen circulating water system when the condenser has fault. For an example ,a 300MW condensing - unit with two circulat-ing water pumps was calculated. When the coefficient of heat transfer decreases , the simulation shows that the critical loadon which the system of two pumps supply water to the condenser is better than the system of one pump is reduced along withthe decreases. The optimization of the circulating water system can be directed theoretically and practically by this conclu-sion.Key words condenser ; changed work state ; cofficient of heat transfer ; circulating water system循環(huán)水溫、循環(huán)水量和機組負荷變化的考慮,未涉及到凝汽0前言器有缺陷運行的情況。在凝汽器實(shí)際運行過(guò)程中凝汽器常常處于有缺陷運行狀態(tài),使凝汽器傳熱系數下降，嚴重影響隨著(zhù)電力市場(chǎng)競爭機制的進(jìn)一步發(fā)展 降低發(fā)電成本，凝汽器真空。 由于機組及凝汽器的特性發(fā)生變化,從而影響提高機組運行經(jīng)濟性已成為發(fā)電企業(yè)的當務(wù)之急。凝汽器循環(huán)水系統的最佳運行方式。如果不能很快消除凝汽器的真空是影響機組運行經(jīng)濟性和安全性的重要指標。影響凝缺陷那么就應對循環(huán)水系統重新進(jìn)行優(yōu)化計算,以保證機汽器真空的主要因素有冷卻水入口溫度、循環(huán)冷卻水量、機組在較經(jīng)濟的狀態(tài)下運行。組負荷和凝汽器傳熱系數等。在凝汽器實(shí)際運行過(guò)程中,由本文將以某國產(chǎn)N300MW機組為例通過(guò)熱力系統變工于凝汽器本身可能出現的缺陷如水側結垢、汽側漏空氣量增況計:算和凝汽器傳熱計算來(lái)建立循環(huán)水系統優(yōu)化模型對凝大等使凝汽器傳熱系數下降,導致排氣壓力升高,機組經(jīng)濟汽器有缺陷運行時(shí)影響真空的諸因素與機組運行經(jīng)濟性之性降低。循環(huán)冷卻水量通過(guò)循環(huán)水泵運行臺數控制循環(huán)水間的關(guān)系進(jìn)行研究,計算它們對機組供電煤耗的影響,以確泵對機組經(jīng)濟性的影響復雜得多。循環(huán)水泵運行臺數增加,定變工況時(shí)凝汽器循環(huán)水最佳供水方式曲線(xiàn)，為凝汽器有缺-方面排汽壓力下降,使機組經(jīng)濟性提高;而另一方面廠(chǎng)用陷運行循環(huán)水系統的優(yōu)化提供-定的依據。電量增加導致機組經(jīng)濟性下降。由于機組一般都配備多臺循環(huán)水泵選擇合適的循環(huán)水泵運行方式就成為提高機組運1 數學(xué)模型行經(jīng)濟性的重要途徑因而也成為-個(gè)非常值得關(guān)注的研究課題。文獻1 ]研究表明,循環(huán)水系統的最佳運行方式與汽.1中國煤化工輪機排汽量及循環(huán)水溫度有關(guān),循環(huán)水溫度越高排汽量越.YHc N M H G于熱力系統變工況及凝汽大最經(jīng)濟工況需要運行的循環(huán)水泵臺數也就越多?，F有關(guān)器變工況計異。本又熱刀糸統歲. [況計算采用按抽汽口劃于凝汽器循環(huán)水系統運行方式優(yōu)化的研究?jì)H限于對凝汽器分級組的近似熱力計算方法[2]抽汽壓力由Flugel 公式確收稿日期2003-04-13基金項目國家自然科學(xué)基金資助項目( 50106010 )作者簡(jiǎn)介扁殖蕤滿(mǎn)78- )男西安交通大學(xué)熱能工程碩士研究生。第6期種道彤等凝汽器有缺陷對循環(huán)水系統經(jīng)濟運行方式的影響351凝汽器總體傳熱系數。而/Tolq。=h,-hee( 12)(1)D。Np-N T,Alm =-.(13)式中D為通過(guò)某-級組的蒸汽流量 p為蒸汽壓力下標1、In(4 +8)δ2分別表示級組前后,有下標0表示為基準工況參數,而沒(méi)有下標0表示變工況參數。K = Ca√v.B3β.Bm( 14)各級熱加熱器的抽汽份額采用熱平衡法計算:式中h,為凝汽器入口蒸汽焓hwt為凝汽器凝結水焓p為冷卻水流速修正系數Cβ3、β、βm的計算方法見(jiàn)文獻3。.。_ anT， -By.二a1.91( 2)1.3 計算方法式中xuβ、ar分別為進(jìn)入r級加熱器的給水份額、疏水份按照上述模型進(jìn)行計算時(shí),首 先假設汽輪機各級流量,額、附加汽源份額,而T,y,q,9r分別為r級加熱器的給水然后按照熱力系統變工況計算方法修正汽態(tài)線(xiàn)、進(jìn)行熱平衡焓升、疏水放熱量、蒸汽放熱量、附加汽源放熱量按照文獻計算得到新蒸汽流量及凝汽器的熱負荷再進(jìn)行變工況下. [ 2 ]的方法計算。凝汽器內的傳熱計算求出排汽壓力通過(guò)逐次迭代求出最終1kg新蒸汽的循環(huán)作功:結果。計算中要進(jìn)行汽輪機末級余速損失修正,可采用廠(chǎng)家N= Ea,H,+ SaH1-τ。(3)提供的余速損失曲線(xiàn)。式中ar, 為回熱抽汽份額( r=0表示凝汽器) H,為回熱抽汽2計算實(shí)例在汽輪機中實(shí)際焓降p為回熱加熱級數a; 為回熱抽汽以外其它輔助汽流份額H為這些輔助汽流在汽輪機中的焓降。本文以某廠(chǎng)300MW凝汽機組(其熱力系統見(jiàn)圖1 )為例循環(huán)吸熱量:進(jìn)行計算。該機組有兩臺循環(huán)水泵,其功率均為1 800kW。Q =ho+a,σ-hg(4)根據循環(huán)水系統試驗結果單泵運行及雙泵運行時(shí)的循環(huán)水式中ho 為新蒸汽焓值ex, 為再熱蒸汽份額σ為1kg再熱蒸流量分別為23000/h及33 000t/h。該機組循環(huán)水為開(kāi)式系汽的吸熱量he 為鍋爐給水焓值。統冷卻水取自水庫底層經(jīng)凝汽器后再排回水庫。按循環(huán)由此可以得到汽輪機循環(huán)效率:水泵的配套方式循環(huán)水流量的變化只能通過(guò)循環(huán)水泵的臺(5)數來(lái)調節循環(huán)水泵供水運行方式-機-泵或-機二泵。QDr her新蒸汽流量:V。DnD:(6)HηmηeDa ,汽輪機排汽量:D.=(1- Za,- Za)D。(7)中空臺戶(hù)“標準煤耗率:圖1 N300- 17. 75/540/540機組熱力系統圖0. 123(8)采用上述數學(xué)模型計算發(fā)現在冷卻水溫度和凝汽器傳ηiηηiηmη。.供電煤耗:熱系數不變的情況下改變機組負荷高負荷時(shí)采用雙泵供(9)水煤耗率較低低負荷時(shí)單泵供水煤耗率較低其負荷-發(fā)N(1 -h)電煤耗率變化曲線(xiàn)存在交點(diǎn)。因此在機組負荷變化時(shí),為式中Na為機組電負荷mm為機械效率n。為電機效率mp保證機組運行的經(jīng)濟性需在某一臨界負荷時(shí)改變凝汽器循為管道效率m為鍋爐效率,而k為廠(chǎng)用電率包括各水泵、環(huán)水泵臺數。圖2是冷卻水溫為20C凝汽器傳熱系數維持電機以及其它廠(chǎng)用電。當循環(huán)水泵的運行臺數發(fā)生變化時(shí),基準工況時(shí)，兩種供水方式對應的煤耗率隨負荷變化曲線(xiàn)。廠(chǎng)用電率h也將發(fā)生變化。由圖2可以看出臨界負荷約為機組滿(mǎn)負荷的80%與機組運1.2 凝汽器傳熱模型行規程符合也與文獻4 ]的結果相符證明了本文計算結果變工況下凝汽器壓力P。對應的飽和溫度1,為:是正確的。t, =tg +Ot +δt(10)當凝汽器存在缺陷時(shí).上述優(yōu)化結果將產(chǎn)生變化。為式中為泠卻水入口溫度At.為冷卻水在凝汽器中的溫此本中國煤化工汽器傳熱系數采用上述升δt為凝汽器的傳熱端差。方法YHCN M H及供水方式的相應臨界負凝汽器的熱平衡方程式為31:荷，從而得到該循環(huán)冷卻水溫對應的凝汽器最佳供水方式曲Q。= Dq。= D.c.Otw = KFAtm(11)線(xiàn)。圖3是當循環(huán)冷卻水溫度保持20C凝汽器傳熱系數和式中D。為汽輪機排汽流量go為冷卻水的比熱容,D. 為流機組負荷變化時(shí)的凝汽器最佳供水方式曲線(xiàn)。在曲線(xiàn)的右過(guò)凝汽器的冷卻水量,F為凝汽器有效傳熱面積Ae為1kg下方區域凝汽器采用雙泵供水;左上方則采用單泵供水。排汽在凝汽器中的放熱量Atm為凝汽器平均傳熱端差,K 為由圖可見(jiàn)當冷卻水溫不變時(shí)隨著(zhù)凝汽器傳熱系數不斷變352汽輪機技術(shù)第45卷60 C355十一5C- 10C含350尼230- 15C單泵供水+ 20C盟210-一25C雙泵供水R 2003.4019040.0.80.9日- 30C變工況與標準工況傳熱系數之比330150180210 240 270 300 330運機組負荷/MW立240數式影220 上對1020050.6 i.9.0變工況與基準工祝傳熱系數之比圖3 20C時(shí)的凝汽器最 佳供水方式曲線(xiàn)圖4給出了當冷卻水溫為sc ~30C傳熱系數為0.5K。[1] 王運民電廠(chǎng)凝汽器冷卻水最佳供水方式的確定J1節能，1998 11.~1.0K。時(shí)該機組的最佳供水方式曲線(xiàn)。由此可見(jiàn)在不同[2] 林萬(wàn)超、火電廠(chǎng)熱系統節能理論[ M]西安西安交通大學(xué)出的循環(huán)冷卻水溫度下,傳熱系數變化對優(yōu)化結果均有影響。版社, 1994.圖中各條曲線(xiàn)基本平行說(shuō)明不同循環(huán)水溫度下傳熱系數變[3]李秀云. 火電機組冷端系統經(jīng)濟性診斷理論研究D]西安交化的影響大致相同。因此,在機組實(shí)際運行中如果凝汽器通大學(xué)博士論文1999.的真空明顯低于其基準值,說(shuō)明凝汽器可能存在缺陷。[4]周利慶胡熾昌,顧彤等.循環(huán)水泵運行方式優(yōu)化方法及其如果其缺陷無(wú)法短期消除則應根據凝汽器當前狀況重在華能南通電廠(chǎng)中的應用[ J]電站輔機2000 (3 ).(上接第349頁(yè))參考文獻4結論[1]聞雪友,李偉.WR-21-- 新一代的船用燃氣輪機[ J]. 熱能動(dòng)力工程,1999 ,14( 79 ):1-6.采用VAN技術(shù)的變幾何動(dòng)力渦輪通過(guò)有效控制流量變[2] Karstensen K W ,Wiggins J 0. A variable - geometry power turbinefor marine gas tubine[ J ] ASME Joumal of Turbomachinery,化可以隨著(zhù)工況的改變,有效調節和優(yōu)化燃氣輪機機組各1990 ,112 :165 - 174.部件之間的匹配關(guān)系,從而改善整個(gè)機組的變工況性能。因[3] Perdichizzi A , Dossena V. Incidence Angle and Pitch - Chord此對于變幾何動(dòng)力渦輪來(lái)說(shuō)可調導葉的轉角是個(gè)至關(guān)重要Effects on Secondary Flows in Down stream of a Turbine Cascade[J] ASME Journal of Turbomachinery ,1993 ,115 383 - 391.的參數。通過(guò)多級計算的全三維數值分析可得到以下結[4] Brear MJ , Hodson H P , Harvey N W. Pressure Suface Separa-論tions in Low - Pressure Turbines- -Part 1 : Midspan Behavior Part( 1 )計算表明四級動(dòng)力渦輪末級動(dòng)葉壓力面在大負攻2 : Interactions with the Secondary Flom[ J ] ASME Journal of Tur-角下出現的分離泡是由輪箍壁面附近的流體流入葉片通道bomachinery ,2002 , 124 393 - 409.時(shí)形成的。其閉式分離特性有效抑制了輪箍處壓力面大面[5]朱光宇,俞茂錚.大負攻角下汽輪機末級動(dòng)葉柵二維分離流特性的數值分析J]汽輪機技術(shù),2000 ,42(5) 282 - 286.積分離流動(dòng)的發(fā)生。三維柱狀分離泡作順時(shí)針螺旋上升運[6] 張宏武袁新葉大均.透平葉柵大攻角流動(dòng)特性的三維數動(dòng)并保持封閉的死區"結構,在與頂部間隙的泄漏流體摻中國煤化工科學(xué)版) , 2000 ,40( 10)92混后流出。(2 )對本文算例采用可調導葉使變幾何動(dòng)力渦輪的透[7]CHCNMH Gvicosit turul - ence models平葉柵處于大攻角范圍內運行因此必須對變幾何動(dòng)力渦輪for engineering applications[ J ]. AIAA Journal. 1994 ,32( 8 ):1598 - 1605.的氣動(dòng)特性和優(yōu)化設計進(jìn)行足夠精度的多級粘性流匹配計[8] Charles G S , Ridha Abid , Anderson E C. Critical Evaluation of算分析。選擇良好沖角適應性的葉柵是應用變幾何渦輪技Two - Equation Models for Near - Wall Turbulence[ J ]. AIAA術(shù)的關(guān)鍵。Joumal ,1992 30(2 ) 324 -331.