探讨火力发电厂热力系统“冷端”运行优化模型

华电重工股份有限公司 袁新勇

1 火力发电厂热力系统“冷端”概述

针对热力系统当中的“冷端”，主要是向着汽轮机提供合适的真空，从而使得汽轮机拍出来的汽逐渐地凝结成为水，随着真空的升高，也会逐渐地增大汽轮机的理想焓降。

2 在常规设计方法中所存在的缺陷

考虑到“冷端”涉及到了不同的专业，就需要采用多方面的专业技术，其中，汽轮机厂涉及和制造出了低压缸和凝气装置，对于冷却塔与供水系统的选择，则是由电力设计院进行。虽然对于冷却水流速、冷却倍率、背压以及装机地点的水温等等，汽轮机厂都进行了相应的考虑，但是如果仅仅是满足于一个通用型的设计方案（年平均水温在20℃，夏季的水温不能够超过30℃以及在额定电流之下冷却水量保证热耗，从而使得汽轮机能够达到一定的额定出力）。对于电厂设计以及运行当中的各项参数不能够、也不可能对其可能性与经济性进行充分的研究。电力设计院在确定冷却倍率以及凝汽器结构的时候，主要是依据汽轮机厂所提出来的额定工作情况的热平衡数据，同时参照工程优化设计冷却系统的具体条件，从而提出一个优化的参数组合（冷却水温不得超过33℃以及冷却水流量条件下的汽轮机额定出力）。

3 “冷端”运行优化模型说需要考虑的因素

在进行模型优化的时候，“冷端”主要需要考虑到冷却水温、汽轮机真空、冷却水实际量、循环水泵电机功率以及汽轮机出力等因素。对于已经投入到正常生产当中的机组，如果不考虑技术改造，而凝汽器与冷却塔的特性是相对固定的。

4 建立数学模型

对于优化运行的数学模型可以将其归纳成如下内容（1）：

目标函数：minNF（x）

约束方程：pk-0.0108≤0，tw1-33≤0，[υw]-υm≥0

设计变量X（x1,x2,x3，…，xn）

在公式当中：

NF（元/a）表示的是年费用；

pk（MPa）表示的是汽轮机背压；

tw1（℃）表示的是凝汽器进口处的冷却水温度；

[υw]（m/s）表示的是允许的水流速度（某一个材质的冷凝管）；

υm（m/s）表示的是水流速度（在冷却水流量最大的情况下）。

因此，在此个模型当中仅仅是考虑到了循环水在目前条件下所具备的经济型以及运行方式等因此，我们能够运用冷却倍率用x1，循环水泵功耗用x2，循环水入口温度用x3表示简化变量。

就目前来看，为了调整循环水泵的运行方式，面临的情况不外乎两种：其一，将台数进行改变，一般来说，在春、夏、秋三个季节采用的是两台泵并联运行，在冬季则采用的是单台运行；其二，调整高低速与台数，在实际当中，这一类是比较常见，也使用较多的方式，在春秋两个季节主要采取的是告诉单泵的运行，并且在实际的运行当中主要使用的是一高一低的方式，在夏季时采取的是高速双泵，在冬季则是使用的低速单泵。

所有变化的变量最终都会导致真空出现变化，从而使得处理以及煤耗发生相应的变化。针对这种情况就能够列出相应的目标函数（2）

在上式当中：

N（元/a）主要表示的是综合经济性；HR主要表示的是由于真空改变，汽轮机煤耗出现的变化；N1主要表示的是由于真空改变，汽轮机出力出现的变化；N2主要表示的是由于真空改变，循环水泵功率出现的变化。

5 “冷端”运行优化模型的试验分析

通过分析上述的（1）式当中的表达，并且考虑到参数之间存在的变化特性，我们就能够将实验方案设计出来。

其一，测试凝汽器所具有的性能特征，并且能够将冷却水入口的实际温度变化详细的掌握，并且通过实际的温度变化，选定出具有代表性的冷却水温值，之后使得泵组的运行方式在确定了的冷却入口温度以及机组负荷情况之下将其改变，从而能够拥有不同的冷却水流量，所测得的各个情况的参数如下：Dw表示为冷却水流量，Ti表示为冷却水温度、to表示为出口温度，tc表示为凝结水出口温度，PT表示为汽轮机出力，pk表示为凝汽器真空。之后再将机组的负荷加以改变，再一次进行上述参数的测试，进而就能够得到凝汽器热负荷与冷却水温度之下真空的关系曲线。

其二，重复的测试其余冷却水入口温度（上述的几点），也能够获取工作有关的工作情况。从而将多为关系曲线绘制出来（冷却水流量、冷却水入口温度等等）。

其三，测试循环水泵特性曲线；然后，测试冷却塔特性曲线，考虑到不同的循环水流量、热负荷以及气象条件，从而对于出入口的循环水温度、出入口空气温度、风速、大气压力等等进行测试，并且绘制出相应的曲线。最后，根据厂家提供出的修正曲线（凝汽器真空对于出力以及热耗），从而将变化的真空折算成为运行的经济型，并将以上阐述的因素综合起来，从而绘制出冷却水量和最佳经济性之间的曲线关系。

6 案例分析

以下三个表格是某电厂 600MW 汽轮机组凝汽器特性数据。

表1 600MW汽轮机组凝汽器特性

表2 循环水泵特性

表3 排汽压力对机组出力的修正计算

在分析了上述数据之后，我们发现：进行正常运行当中的调节，循环水泵不可能通过出口调整门来实现，一般都需要将泵停止之后才能做到。从目前情况来看，一般有两种：单泵和双泵并联。而具体的流量为41000t/h和68000t/h，在计算夏季工况，入口的温度为33℃，其排汽压力分别达到了10.0kPa、8.41kPa，后者相比前者，消耗的电功率多出了3922kW，而发电功率多出了10200kW。热耗减少了155.9kJ/kWh。通过这些来进行计算，在夏季，两泵比单泵运行的时候的煤耗总体降低了2.56g/kWh。根据上述表格以及分析，我们就可以将一年四季之内不同入口温度下的经济运行方式以及改造的节能潜力加以推算。

表4 排汽压力对机组热耗的修正计算

总之，通过对于本文中所述的实验以及相关的数据进行了详细的分析整理之后，从中找出了循环水运行方式最有效的优化途径。也希望通过本文的探讨，能够对以后的火力发电厂热力系统“冷端”运行优化模型提供一定的帮助，从而加快优化的进行。

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