探討火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)“冷端”運行優(yōu)化模型

華電重工股份有限公司 袁新勇

1 火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)“冷端”概述

針對熱力系統(tǒng)當(dāng)中的“冷端”，主要是向著汽輪機提供合適的真空，從而使得汽輪機拍出來的汽逐漸地凝結(jié)成為水，隨著真空的升高，也會逐漸地增大汽輪機的理想焓降。

2 在常規(guī)設(shè)計方法中所存在的缺陷

考慮到“冷端”涉及到了不同的專業(yè)，就需要采用多方面的專業(yè)技術(shù)，其中，汽輪機廠涉及和制造出了低壓缸和凝氣裝置，對于冷卻塔與供水系統(tǒng)的選擇，則是由電力設(shè)計院進(jìn)行。雖然對于冷卻水流速、冷卻倍率、背壓以及裝機地點的水溫等等，汽輪機廠都進(jìn)行了相應(yīng)的考慮，但是如果僅僅是滿足于一個通用型的設(shè)計方案（年平均水溫在20℃，夏季的水溫不能夠超過30℃以及在額定電流之下冷卻水量保證熱耗，從而使得汽輪機能夠達(dá)到一定的額定出力）。對于電廠設(shè)計以及運行當(dāng)中的各項參數(shù)不能夠、也不可能對其可能性與經(jīng)濟性進(jìn)行充分的研究。電力設(shè)計院在確定冷卻倍率以及凝汽器結(jié)構(gòu)的時候，主要是依據(jù)汽輪機廠所提出來的額定工作情況的熱平衡數(shù)據(jù)，同時參照工程優(yōu)化設(shè)計冷卻系統(tǒng)的具體條件，從而提出一個優(yōu)化的參數(shù)組合（冷卻水溫不得超過33℃以及冷卻水流量條件下的汽輪機額定出力）。

3 “冷端”運行優(yōu)化模型說需要考慮的因素

在進(jìn)行模型優(yōu)化的時候，“冷端”主要需要考慮到冷卻水溫、汽輪機真空、冷卻水實際量、循環(huán)水泵電機功率以及汽輪機出力等因素。對于已經(jīng)投入到正常生產(chǎn)當(dāng)中的機組，如果不考慮技術(shù)改造，而凝汽器與冷卻塔的特性是相對固定的。

4 建立數(shù)學(xué)模型

對于優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型可以將其歸納成如下內(nèi)容（1）：

目標(biāo)函數(shù)：minNF（x）

約束方程：pk-0.0108≤0，tw1-33≤0，[υw]-υm≥0

設(shè)計變量X（x1,x2,x3，…，xn）

在公式當(dāng)中：

NF（元/a）表示的是年費用；

pk（MPa）表示的是汽輪機背壓；

tw1（℃）表示的是凝汽器進(jìn)口處的冷卻水溫度；

[υw]（m/s）表示的是允許的水流速度（某一個材質(zhì)的冷凝管）；

υm（m/s）表示的是水流速度（在冷卻水流量最大的情況下）。

因此，在此個模型當(dāng)中僅僅是考慮到了循環(huán)水在目前條件下所具備的經(jīng)濟型以及運行方式等因此，我們能夠運用冷卻倍率用x1，循環(huán)水泵功耗用x2，循環(huán)水入口溫度用x3表示簡化變量。

就目前來看，為了調(diào)整循環(huán)水泵的運行方式，面臨的情況不外乎兩種：其一，將臺數(shù)進(jìn)行改變，一般來說，在春、夏、秋三個季節(jié)采用的是兩臺泵并聯(lián)運行，在冬季則采用的是單臺運行；其二，調(diào)整高低速與臺數(shù)，在實際當(dāng)中，這一類是比較常見，也使用較多的方式，在春秋兩個季節(jié)主要采取的是告訴單泵的運行，并且在實際的運行當(dāng)中主要使用的是一高一低的方式，在夏季時采取的是高速雙泵，在冬季則是使用的低速單泵。

所有變化的變量最終都會導(dǎo)致真空出現(xiàn)變化，從而使得處理以及煤耗發(fā)生相應(yīng)的變化。針對這種情況就能夠列出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)（2）

在上式當(dāng)中：

N（元/a）主要表示的是綜合經(jīng)濟性；HR主要表示的是由于真空改變，汽輪機煤耗出現(xiàn)的變化；N1主要表示的是由于真空改變，汽輪機出力出現(xiàn)的變化；N2主要表示的是由于真空改變，循環(huán)水泵功率出現(xiàn)的變化。

5 “冷端”運行優(yōu)化模型的試驗分析

通過分析上述的（1）式當(dāng)中的表達(dá)，并且考慮到參數(shù)之間存在的變化特性，我們就能夠?qū)嶒灧桨冈O(shè)計出來。

其一，測試凝汽器所具有的性能特征，并且能夠?qū)⒗鋮s水入口的實際溫度變化詳細(xì)的掌握，并且通過實際的溫度變化，選定出具有代表性的冷卻水溫值，之后使得泵組的運行方式在確定了的冷卻入口溫度以及機組負(fù)荷情況之下將其改變，從而能夠擁有不同的冷卻水流量，所測得的各個情況的參數(shù)如下：Dw表示為冷卻水流量，Ti表示為冷卻水溫度、to表示為出口溫度，tc表示為凝結(jié)水出口溫度，PT表示為汽輪機出力，pk表示為凝汽器真空。之后再將機組的負(fù)荷加以改變，再一次進(jìn)行上述參數(shù)的測試，進(jìn)而就能夠得到凝汽器熱負(fù)荷與冷卻水溫度之下真空的關(guān)系曲線。

其二，重復(fù)的測試其余冷卻水入口溫度（上述的幾點），也能夠獲取工作有關(guān)的工作情況。從而將多為關(guān)系曲線繪制出來（冷卻水流量、冷卻水入口溫度等等）。

其三，測試循環(huán)水泵特性曲線；然后，測試?yán)鋮s塔特性曲線，考慮到不同的循環(huán)水流量、熱負(fù)荷以及氣象條件，從而對于出入口的循環(huán)水溫度、出入口空氣溫度、風(fēng)速、大氣壓力等等進(jìn)行測試，并且繪制出相應(yīng)的曲線。最后，根據(jù)廠家提供出的修正曲線（凝汽器真空對于出力以及熱耗），從而將變化的真空折算成為運行的經(jīng)濟型，并將以上闡述的因素綜合起來，從而繪制出冷卻水量和最佳經(jīng)濟性之間的曲線關(guān)系。

6 案例分析

以下三個表格是某電廠 600MW 汽輪機組凝汽器特性數(shù)據(jù)。

表1 600MW汽輪機組凝汽器特性

表2 循環(huán)水泵特性

表3 排汽壓力對機組出力的修正計算

在分析了上述數(shù)據(jù)之后，我們發(fā)現(xiàn)：進(jìn)行正常運行當(dāng)中的調(diào)節(jié)，循環(huán)水泵不可能通過出口調(diào)整門來實現(xiàn)，一般都需要將泵停止之后才能做到。從目前情況來看，一般有兩種：單泵和雙泵并聯(lián)。而具體的流量為41000t/h和68000t/h，在計算夏季工況，入口的溫度為33℃，其排汽壓力分別達(dá)到了10.0kPa、8.41kPa，后者相比前者，消耗的電功率多出了3922kW，而發(fā)電功率多出了10200kW。熱耗減少了155.9kJ/kWh。通過這些來進(jìn)行計算，在夏季，兩泵比單泵運行的時候的煤耗總體降低了2.56g/kWh。根據(jù)上述表格以及分析，我們就可以將一年四季之內(nèi)不同入口溫度下的經(jīng)濟運行方式以及改造的節(jié)能潛力加以推算。

表4 排汽壓力對機組熱耗的修正計算

總之，通過對于本文中所述的實驗以及相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析整理之后，從中找出了循環(huán)水運行方式最有效的優(yōu)化途徑。也希望通過本文的探討，能夠?qū)σ院蟮幕鹆Πl(fā)電廠熱力系統(tǒng)“冷端”運行優(yōu)化模型提供一定的幫助，從而加快優(yōu)化的進(jìn)行。

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