600 MW湿冷机组运行参数优化研究

黄 俊，陈 焱，董 楠

(1.马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山 243100;2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

600 MW湿冷机组运行参数优化研究

黄 俊1，陈 焱1，董 楠2

(1.马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山 243100;2.华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

以N600－16．67/537/537机组为例，建立供电煤耗率最大为目标函数，通过计算电厂热耗量和循环水泵耗功，确定最佳运行参数。结果表明:随着机组负荷或冷却水温度的增加，最佳初压和排汽压力随之升高;当冷却水温度高于25℃时，对机组运行参数影响较为突出。通过优化运行参数，能为机组经济运行提供一定参考。

运行参数优化;热耗量;循环水泵耗功;供电煤耗率;湿冷机组

0 引言

对于凝汽式湿冷机组而言，在主、再热温度不变条件下，机组运行的热经济性与初压和排汽压力等运行参数紧密相关，且受循环冷却水温度影响较大。因此，较多学者对初压和排汽压力优化进行了研究。周志平等通过对机组进行实验确定最佳初压，但该方法成本较高［1］;张春发和盛德仁等分别以机组热耗率最小和实际供电功率与计划调度负荷 (或竞价中标负荷)之差最小为优化目标函数，利用机组各级几何尺寸，逐级进行变工况计算，确定最佳初压，但由于汽轮机各级几何参数较难获得，故该方法在实际中可行性较差［2，3］;郭江龙等认为机组在滑压运行时，其动作调节阀均处于全开状态，即不存在部分开启阀门，而在机组实际运行中，其调节阀并非总是处于全开状态，故该方法可能会影响优化结果［4］;基于水资源和环保费用等影响因素，对湿冷机组冷端系统进行优化计算与分析，确定机组最佳排汽压力与冷却水量的对应关系［5］;徐海平等在不同季节和负荷下，通过试验对湿冷机组所有的冷端设备运行性能进行测定，以汽轮机净增功率最大为优化目标，确定循环水系统的最优运行方式［6］;利用数值模拟确定凝汽器的传热情况和流体流场参数［7］;也有对单参数变化进行研究［8］。但上述研究均将主蒸汽初压和排汽压力作为单变量进行优化，未对两者进行整体优化，但两者是相互影响的，仅考虑单变量变化不能真实反映最终优化结果。

本文以某 N600－16.67/537/537机组为例，在考虑冷却水温度影响下，以供电煤耗率为目标函数，通过汽轮机变工况计算和确定循环水泵工作点，最终得到机组最佳运行参数。

1 建立优化目标函数

目前大型机组均为一次再热机组，机组主、再热温度对热经济性有较大的影响，在安全条件允许的情况下，温度越高热经济性越好，因此，在优化过程中，设其不变;以供电煤耗率bcp最大为目标函数，通过优化确定机组最佳运行参数，其目标函数为

式中:Pe为机组功率，kW;Pap为厂用电功率，kW;Qcp为电厂热耗量，kJ/s;tw为冷却水温度，℃;np为循环水泵转速，r/min;npd为循环水泵额定转速，r/min;p0为机组主蒸汽初压，kPa;G0为主汽流量，kg/s;pc为机组排汽压力，kPa，p0max，p0min，pcmax，pcmin分别为初压和排汽压力的上限与下限，kPa。

2 运行参数优化计算过程

由式 (1)可知，在给定机组功率条件下，计算供电煤耗率需确定热耗量和厂用电，其中除循环水泵外，可近似认为其他设备厂用电不变，因此只要确定循环水泵耗功，厂用电即可确定。对不同的主蒸汽初压和排汽压力进行计算，根据目标函数值确定最佳运行参数。

在汽轮机各压力级几何尺寸未知条件下，运行参数优化计算过程如下。

2.1 全厂热耗量确定

(1)在任一主蒸汽初压和排汽压力下，根据给定机组功率Peg假定主汽流量，进行调节级变工况计算［9，10］，确定调节汽室参数。

(2)按抽汽口划分级组，根据弗留格尔公式和压力级组相对内效率不变，确定各段抽汽压力与焓值，即

式中:pj，hj，vj及 Gj，Δhtj分别为变工况下 j段抽汽压力 (kPa)、焓值 (kJ/kg)、比容 (m3/kg)及第 j个级组流量 (kg/s)、理想比焓降 (kJ/kg);下角标“d”表示设计工况。

假定j段抽汽流量Gej，由式 (2)、(3)确定j+1段抽汽压力与焓值;根据给水泵 (或除氧器)出口压力和加热器端差，确定j号加热器给水与疏水参数;对该加热器进行热平衡计算，通过迭代确定其抽汽流量。同理，确定其他各段抽汽参数。

(3)由步骤 (1)、(2)的计算结果，确定机组发电功率Pe，即

式中:Δhj为各段抽汽的实际焓降，kJ/kg;Δhc为凝汽的实际焓降，kJ/kg;Gc为汽轮机排汽量，kg/s;ηg，ηm分别为发电机效率和汽轮机机械效率。

(4)以机组功率计算值与给定值之差对主汽流量进行修正，重复步骤 (1)～(3)，直至满足精度要求。即

(5)计算电厂热耗量Qcp为:

式中:hfw为锅炉给水焓，kJ/kg;Qrh为再热蒸汽的吸热量，kJ/s;ηb为锅炉效率。

2.2 循环水泵耗功的确定

本文以双压凝汽器为例，确定循环水泵耗功。

(1)假定循环水泵转速为np，根据比例定律确定m台泵并联后其H-qv性能曲线，即

式中:H为循环水泵扬程，m;k1，k2，k3及k4分别为拟合系数;qv为循环水泵体积流量，m3/s。

(2)由式 (7)和管路系统特性方程，确定循环水泵工作点，得到其对应流量和扬程，即

式中:Hst为静扬程，m;φ为常数。

(3)由凝汽器热平衡方程计算冷却水温升Δt 为［10，11］:

式中:Gm为凝汽器蒸汽流量，kg/s;ρw为冷却水密度，kg/m3;hc，hc'分别为凝汽器内蒸汽比焓和凝结水比焓，kJ/kg;cpw为冷却水比热，kJ/(kg·℃)。

由于双压凝汽器低、高压端热负荷基本相等，故可近似认为低、高压凝汽器冷却水温升相等，即

式中:Δt1，Δt2分别为低、高压凝汽器冷却水温升，℃。

(4)计算凝汽器总体传热系数Kw为［12］:

式中:K0为基本传热系数，主要决定于凝汽器冷却管外径和管内流速，可由图1查得，W/(m2·K);βt为冷却水进口温度修正系数，可由图2查得;βc为冷却管清洁系数，对于循环冷却水系统和化学处理水取0.75～0.80，直流冷却水系统与清洁水取0.80～0.85，铁冷却管取0.90，新管取0.80～0.85，具有连续清洗的凝汽器取0.85;βm为凝汽器冷却管材与管厚度的修正系数。

图1 基本传热系数曲线

图2 冷却水进口温度修正曲线

同理，可分别得到低、高压凝汽器传热系数Kw1，Kw2。

(5)根据凝汽器传热方程计算低、高压凝汽器传热端差 δt1，δt2分别为［13］:

式中:Ac为凝汽器冷却面积，m2。

(6)计算低、高压凝汽器所对应的排汽温度ts1，ts2分别为:

式中:tw1，tw2分别为低、高压凝汽器冷却水进口温度，℃。

凝汽器排汽温度ts为:

该温度所对应的的饱和压力即为机组排汽压力 pc，即

若该排汽压力计算值未能满足机组要求，则对风机转速进行修正，重复步骤 (1)～(6)，进行迭代计算，直至满足精度要求。

(7)根据循环水泵P-qv性能曲线和已得流量，确定泵功耗 Np为［14］:

式中:α1，α2，α3及 α4分别为拟合系数;ηpg为电机效率;ηtm为传动效率。

3 实例计算

3.1 计算结果

以N600－16.67/537/537机组为例，在不同冷却水温度下，对75%和50%负荷进行优化计算，其最佳初压、排汽压力、循环水泵转速及供电煤耗率如表1、2所示;在冷却水温度为20℃时，将主蒸汽初压、排汽压力及热耗率的优化值与热力试验值进行比较，如表3所示。

表1 50%负荷下不同冷却水温度时运行参数优化结果

表2 75%负荷下不同冷却水温度下运行参数优化结果

表3 冷却水温度20℃时主蒸汽初压、排汽压力及热耗率的优化值与实验值

3.2 结果分析

在给定机组负荷条件下，影响其经济性的主要因素包括主蒸汽初压、主汽流量、排汽压力、冷却水温度、循环水泵转速及其运行台数等。

(1)随着冷却水温度的增加，凝汽器换热量下降，致使排汽压力增大，为满足机组功率要求及保证运行经济性，循环水泵转速与主蒸汽初压逐渐提高，进而导致供电煤耗率降低，且当冷却水温度高于25℃时，对机组运行参数影响较为突出，如表1、2所示;随着机组负荷的增加，最佳初压、排汽压力及供电煤耗率均逐渐提高;

(2)在冷却水温度为20℃时，主蒸汽初压、排汽压力及热耗率优化值均低于热力试验值，表明机组有进一步节能降耗的潜力。

4 结论

(1)在不同工况下，均存在最佳运行参数，使机组热经济性最佳。本文建立供电煤耗率最大为目标函数，通过计算电厂热耗量和循环水泵耗功，确定最佳运行参数;

(2)对不同工况进行了优化计算，确定其最佳运行参数;随着机组负荷或冷却水温度的提高，最佳初压和排汽压力随之增加;

(3)通过对50%THA，75%THA工况和与之对应热力实验工况进行优化对比，结果表明:优化后的运行参数可使机组热耗率有所下降。

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The Optimization Research of Operational Parameters of 600 MW Water-cooling Turbine

Huang Jun1，Chen Yan1，Dong Nan2

(1.Maanshan Dangtu Electricity Generating Co．，Ltd．，Maanshan 243100，2．China;School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Taking N600－16.67/537/537 unit as an example，coal consumption rate of power supply is designed as an objative function in this study，the optimum operating parameters were the determined by calculating the heat consumption of power plant and power consumption of circulating water pump．The results show that optimal initial pressure and exhaust pressure rise with the increase of unit load or cooling water temperature．Cooling water temperature would have greater influences on operational parameters when it is above 25℃．Consequently，this investigation can provide guidance for economic operation of units by the optimization of operational parameters．

operation parameters optimization;heat consumption;power consumption of circulating water pump;coal consumption rate of power supply;water-cooling turbine

TK262

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2014.04.016

2013－11－14。

黄俊 (1977-)，男，助理工程师，从事电厂设备管理工作，E-mail:hj_cdt@163．com。