650MW核電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況研究

胡勝 尤益輝

【摘 要】以凈功率輸出增加最大化為目標(biāo)，分析、探討了核電廠循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行問題。對水量不能連續(xù)變化的循環(huán)水系統(tǒng)，利用離散優(yōu)化模型，計(jì)算得到我廠3、4號機(jī)組HN650-6.41型號的汽輪機(jī)最佳運(yùn)行工況圖。運(yùn)行人員可以依據(jù)該圖確定機(jī)組在不同循環(huán)水溫、不同負(fù)荷下最經(jīng)濟(jì)的循環(huán)水泵運(yùn)行方式。該優(yōu)化方法簡單且可操作性強(qiáng)、節(jié)能效果顯著，，有很好的推廣價值。

【關(guān)鍵字】循環(huán)水系統(tǒng);優(yōu)化運(yùn)行;最佳運(yùn)行工況

中圖分類號： TM621.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）02-0214-003

【Abstract】With the goal of maximizing the increase of net power output， the problem of optimal operation of the circulating water system of nuclear power plants was analyzed and discussed. For the circulating water system whose water quantity cannot be continuously changed， the discrete operation model is used to calculate the optimal operating conditions of the steam turbines. According to the figure， the operating personnel can determine the most economical operation mode of the circulating water pump under different circulating water temperatures and different loads. The optimization method is simple and operability， and the energy saving effect is remarkable， and has a good promotion value.

【Key words】Circulating water system; Operation optimization; Optimal operating conditions

0 引言

電力工業(yè)中的節(jié)能一直非常重要，從我國電廠情況看，節(jié)能潛力很大。常見的節(jié)能措施有：改進(jìn)通流，減少漏氣，提高蒸汽壓力、溫度等。隨著優(yōu)化理論發(fā)展，產(chǎn)生了新的節(jié)能方法——優(yōu)化運(yùn)行。

核電廠中循環(huán)水系統(tǒng)是一個獨(dú)立的也是非常重要的冷卻系統(tǒng)。循環(huán)水泵（簡稱循泵）所消耗的電量約占機(jī)組總發(fā)電量的1%～3%。在機(jī)組日常運(yùn)行中，隨著環(huán)境溫度和機(jī)組負(fù)荷的變化，通過改變循泵運(yùn)行方式找到最優(yōu)循環(huán)水流量，可以提高機(jī)組的發(fā)電效率。

1 循環(huán)水系統(tǒng)簡介及模型建立

秦山第二核電廠650MW機(jī)組采用的凝汽器型號為HN650-6.41，其主要技術(shù)參數(shù)入下表所示。

當(dāng)循環(huán)水溫和汽輪機(jī)排汽量一定時，隨著循環(huán)水量增加，凝汽器真空上升，機(jī)組功率增加，但循泵的功耗會增加，使汽輪機(jī)的增發(fā)功率與循泵耗電量之差最大的循環(huán)水量即為最佳循環(huán)水量，相應(yīng)凝汽器真空為最佳真空。即：

由于核電機(jī)組的特殊性，不能連續(xù)調(diào)節(jié)循環(huán)水量，只能通過改變循泵組的運(yùn)行方式對水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此循環(huán)水量是若干個離散量，上述優(yōu)化模型無法用于求解實(shí)際最優(yōu)循環(huán)水量。此時，可以采用一種全新的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型—離散優(yōu)化模型。

通過兩相鄰循環(huán)水流量產(chǎn)生的功率凈增益保持相等的點(diǎn)，即等增益點(diǎn)。將負(fù)荷連續(xù)變動得到等增益線，等增益線即是兩相鄰循環(huán)水量引起凈功率轉(zhuǎn)折點(diǎn)的軌跡。

2 離散優(yōu)化模型求解方法

2.1 循泵的功耗特性

循泵的功耗特性可表述為在一定外部條件下，確定循環(huán)水量和循泵功耗之間的對應(yīng)關(guān)系：

對于秦山第二核電廠3、4號機(jī)組的循泵調(diào)節(jié)方式，在一定的泵轉(zhuǎn)速下，循環(huán)水泵的特性就確定了，循環(huán)水量、泵功率均只與泵的運(yùn)行方式（包括轉(zhuǎn)速切換）有關(guān)，與系統(tǒng)的管路特性和循泵特性無關(guān)。循環(huán)水量、循泵功率與泵組運(yùn)行方式的關(guān)系，即式（3）可查詢CRF系統(tǒng)手冊得到。

2.2 汽輪機(jī)特性

汽輪機(jī)特性就是研究在不同的排汽流量時，機(jī)組出力和背壓的關(guān)系。當(dāng)其他運(yùn)行參數(shù)一定時，汽輪機(jī)輸出功率和背壓之間的關(guān)系為：

2.3 凝汽器熱力特性

凝汽器熱力特性計(jì)算說明書中都會提供低壓缸排汽壓力對汽機(jī)功率修正曲線。圖1為我廠3、4號機(jī)組型號為HN650-6.41的汽輪機(jī)在熱力特性計(jì)算說明書中提供的低壓缸排汽壓力對功率修正曲線，表示相同的排汽量下，背壓變化引起的功率修正率。

為了確定凝汽器運(yùn)行方式，就要知道在不同熱負(fù)荷、不同冷卻水溫度下，凝汽器壓力隨流量的變化關(guān)系，即凝汽器的變工況特性。

由于循環(huán)水流量只能按泵組的運(yùn)行方式間斷調(diào)節(jié)，凝汽器特性曲線可以流量為參變量繪制。圖（2）表示3、4號機(jī)組循環(huán)水量為125712t/h，對應(yīng)不同循環(huán)水溫度，凝汽器排汽壓力隨負(fù)荷變化的曲線。查詢我廠凝汽器說明書，其中只給出了上述循環(huán)水流量下的特性曲線，而沒有列出其他幾種組合時，不同流量對應(yīng)的凝汽器特性曲線。因此本文假設(shè)凝汽器背壓和循環(huán)水流量成反比。就可以近似的推導(dǎo)出表2中五種不同的流量組合對應(yīng)的凝汽器特性曲線。

3 離散優(yōu)化模型的計(jì)算方法

試驗(yàn)法求等增益線的步驟如下：（1），固定循環(huán)水進(jìn)水溫度，在某一機(jī)組負(fù)荷下兩相鄰循環(huán)水流量（不同泵組合）間切換，根據(jù)凝汽器特性曲線，得到兩種流量下的背壓。（2），根據(jù)排氣壓力對功率的修正曲線（圖1）分別得到對應(yīng)的功率，即可算出兩種流量變化引起的功率增益。（3），根據(jù)表2可以得到相鄰流量切換引起的循泵功耗增益。（4）如果兩者不相等，則改變機(jī)組負(fù)荷，直至汽機(jī)功率增益和循泵功耗增益相等，此時得到一個等增益點(diǎn)。連續(xù)改變水溫，即可得到一條等增益線。

由于沒有各個流量下的實(shí)際工況下的凝汽器特性曲線，只有近似的擬合曲線，在此采用一種簡化算法。

其次，改變循環(huán)水進(jìn)水溫度，重復(fù)上述過程，得到多個等增益點(diǎn)，再通過線性擬合方法得到等增益線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。將各流量按上面方法計(jì)算后，即可得到循環(huán)水系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況圖。

機(jī)組運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場循環(huán)水溫、機(jī)組負(fù)荷確定最優(yōu)循環(huán)水泵運(yùn)行方式。例如，循環(huán)水溫為15℃，負(fù)荷為500MW時，在最佳運(yùn)行工況圖上落在雙泵低速運(yùn)行區(qū)，可知投運(yùn)2臺泵低速運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的。

4 結(jié)論

（1）文中根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化模型，通過計(jì)算得到等增益點(diǎn)，再通過數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線擬合得到等增益線的近似算法。該計(jì)算方法對循環(huán)水量不可連續(xù)調(diào)節(jié)的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化均普遍適用。

（2）機(jī)組運(yùn)行人員，可以根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水溫度，參照循環(huán)水最佳運(yùn)行工況圖，得到循環(huán)水泵最佳組合運(yùn)行方式。從而降低廠用電，提高經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

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