660 MW超超临界开式循环火电机组冷端综合优化.pdf
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1、第 卷总第 期 年 月第 期 节 能 技 术 .超超临界开式循环火电机组冷端综合优化张东青金铁铮王顺森(.国能经济技术研究院有限责任公司北京.西安交通大学能源与动力工程学院陕西 西安)摘 要:在“双碳”背景下提高低负荷工况下汽轮机冷端运行的经济性愈发重要 本文以陈家港电厂 机组的冷端系统为研究对象建立了循环水泵变工况计算模型实现循泵泵组 凝汽器 汽轮机组的耦合计算 以实际循环水参数和运行负荷为变量通过建模分析开展了循环水泵泵组工频与变频运行对比、机组冷端综合优化等研究 结果表明潮汐对循泵功率的影响不大但对循环水流量的影响较大同一天的最大差异接近 /循泵变频的最大节能率超过 当环境温度约低于 时
2、可以通过调整循环水流量降低煤耗率环境温度越低煤耗率收益越大平均煤耗率可降低./以上关键词:循泵变频泵组模型最佳背压冷端优化煤耗率中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期 修订稿日期 基金项目:国家重点研发计划课题()作者简介:张东青()女博士工程师主要从事系统节能及能源发展战略研究 (.):././.:引言在“碳达峰”“碳中和”目标下可再生能源电力跨越式发展 年火电平均利用时间由 降低至 这对火电机组的调节能力提出更高的要求 汽轮机冷端系统是热力系统中重要的系统之一主要包括汽轮机低压缸、凝汽器和循环水系统如果长期在低负荷工况下偏离设计点运行将严重影响机组的经济性 尤其是循环水系统尚无在线
3、测量手段很难做到使循环水泵的运行与机组负荷水平相匹配存在很大的节能潜力 循环水泵是火电机组的重要辅机设备循环水泵耗功占机组发电量的.如何使得循环水泵的运行与机组负荷水平相匹配使得冷端运行更加经济在“双碳”背景下显得愈发重要 提高凝汽器真空可以使汽轮机的理想比焓降和发电功率增大在蒸汽负荷一定的条件下通过增加循环水量提高凝汽器真空 当改变循环水量使机组电功率的增加值与循环水泵耗功的增加值之间的差值达到最大时即达到最佳真空(或最佳背压)由于采取运行优化技术措施调节循环水量的范围有限越来越多的电厂通过实施循环水泵双速或变频改造增大循环冷却水量的调节范围从而达到节能降碳的目的 本文针对陈家港电厂 超超临
4、界开式循环机组的设计参数、实际运行状况以及存在的问题在课题组开发的热力系统分析软件平台的基础上 建立循环水泵变工况计算模型及多泵并联计算方法分析论证了各种冷端改进优化措施的可行性并结合排汽流量随机组负荷的变化规律提出低负荷工况的最优控制背压 模型与假设.机组概况陈家港电厂 机组的汽轮机为超超临界、一次中间再热、四缸、四排汽、单轴凝汽式汽轮机采用双凝汽器海水冷却在设计气象条件及主机 设计工况下汽轮机平均背压为.()在 气象条件及主机 工况下汽轮机平均背压为.()汽轮机排汽采用海水直接冷却每台汽轮机组配 台立式斜流循环水泵./配套电动机功率为 .循环水泵计算模型变频泵通过改变频率来调节泵的转速从而
5、改变泵的性能曲线来实现流量调节在变频器的工作区间实现对循环冷却水量的连续调节 通过建立变频循环水泵的计算模型确定泵的工作点、计算流量、扬程、功率、比转速等参数 循环水泵的性能曲线代表泵自身性能要确定泵的工作点还需要结合管路特性曲线 如图 所示泵特性曲线与管路特性曲线的交点为泵的工作点图 循环水泵工作特性曲线泵特性曲线公式为 ()式中 泵扬程 泵流量、常数管路特性曲线公式为 ()式中 总阻力压头 静压头 阻力计算系数由设计参数确定 管路总流量泵效率及耗功可分别表示为 ()式中 泵效率、常数 /()式中 泵的有效功率 重力加速度常数变频泵中实际转速与额定转速的比值称为转速比 由下式表示 /()式中
6、 泵的的实际转速 泵的额定转速变频泵的流量和扬程计算满足相似定律分别表示为下列两式/()式中 实际流量 额定转速下流量/(/)()式中 实际扬程 额定转速下扬程将 和 以及式()和式()代入式()整理后可得实际扬程的计算 ().多泵并联计算模型多泵并联计算主要有以下四种形式:()无变频无调节指高速泵、低速泵独立运行或高低速泵混合运行该运行方式无法调节总流量也无法给定总流量计算其它参数()无变频有调节指高速泵节流独立运行或高速泵节流 低速泵不节流混合运行该运行方式总流量可调可给定总流量计算其它参数()有变频无调节指变频泵独立运行、变频泵 高速泵运行、变频泵 低速泵运行、变频泵 高速泵 低速泵运行
7、该运行方式总流量可调可给定总流量计算其它参数()有变频有调节指变频泵 高速泵节流运行、变频泵 高速泵节流 低速泵运行需要输入高速泵节流前扬程 否则无法计算定频泵总流量 定 定为定频泵数量定为无节流时与 或 对应的定频泵流量变频泵总流量 变 定变定定为变频泵数量已知 定(定)和 若已知 变可以迭代求解确定 定不同于 定低速泵总流量 低 定为低速泵数量已知 和 可以确定 定根据 定(定)确定 定计算得到 低单机组多泵并联总流量(定变低)为泵的利用系数 循环水泵运行方式对比根据陈家港电厂的冷端运行数据由于海水温度低、机组负荷率也不高基本没有采用过两机四泵的运行模式 每年、三个月采用两机三泵运行其它时
8、间采用两机两泵运行从陈家港电厂夏季和冬季运行记录中分别抽取 个月和 天用于分析前池水位随潮汐变化以及对水泵扬程的影响其结果如图 和图 所示 可以看到每个月潮汐出现两次大潮与小潮的周期性变化处于大潮期的 月 日潮汐引起前池水位的最大波动幅度约为.两机三泵工况下循泵扬程波动幅度约为.处于大潮期的 月 日潮汐引起前池水位的最大波动幅度约为.两机两泵工况下循泵扬程波动幅度约为.循环水系统阻力较小时潮汐引起的循泵扬程波动更大图 夏季两机三泵工况下前池水位对循泵扬程的影响另外凝汽器循环水入口标高为.取水池深度为 运行记录上的取水口水位数据表示水面与池底的距离所以循环水取水口水面与凝汽器入口的高度差.水位根
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