基于发电利润最大化的超超临界机组闭式循环水系统优化开发及应用

胡雪梅+李国新

【摘 要】 本文以某2×1000MW超超临界机组单元制闭式循环系统为例，在基于PI数据库基础上进行数据采集、建模，较为合理的解决了循环水入塔风速及迭代温差问题，计算出实际工况下机组循环水全模式下供电煤耗的变化量。引入动态标煤单价、售电边际利润值，计算出在线工况下循环水全模式工况下发电成本变化量，并形成动态画面，对提高火力发电厂的经济效益具有较高的指导意义。

【关键词】 火力发电 边际利润 发电燃煤成本 闭式循环

循环水系统优化研究涉及到冷却塔、循环水泵、凝汽器、汽轮机四个方面的设备特性，循环水量的增加，势必造成造成厂用电率的增加，但带来的收益是机组的背压降低，机组热耗降低；但对于闭式循环水系统，循环水量增加造成淋水密度增加，入塔风速降低，冷却能力下降，经过循环水的迭代温升，循环水入口温度增加，从而抵消了一部分因循环水量增加造成的机组能耗降低。因此，根据当前的机组运行状况，结合标煤单价及供电边际利润，进行科学、合理的循环水量选择，以确保火力发电厂收益最高。

1 机组概况

某电厂#1、2号火力发电机组汽轮机为哈尔滨（集团）股份有限公司制造的 CCLN1030-25/600/600超超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机。汽轮机配套有N49500-1型凝汽器，三台88LKXD-27型立式斜流泵，设计流量为34560m3/h，功率为3400kW。每台机组配套建设一座双曲线自燃通风逆流冷却塔，冷却水池表面积12000m2，冷却塔标高165m，夏季三台泵并联运行全塔配水淋水密度为86400m3/m2。

2 循环水系统优化开发

根据能量价值法，以一台高速泵运行为基准，通过逐渐增加循环水泵的运行台数，即不同的循环水量来计算机组排汽温度的变化量，根据相变原理获得到机组背压的变化值；再根据汽轮机凝汽器的特性获得机组供电煤耗和电耗的变化量。通过定期更新标煤单价和电厂售电边际利润，计算出循环水量变化造成的发电成本变化量，最终决策机组当前循环水泵运行方式的选取。

2.1 循环水泵运行性能研究

为准确的获得不同工况下循环水量的变化以及循环水泵性能，该电厂进行了循环水泵的性能测试工作。该测试工作实在机组循环水回水管道上安装流量表，结合不同的循泵运行方式组合进行测试，具体流量测试见下表1。

2.2 汽轮机背压与热耗关系

根据汽轮机厂家所给出的背压与热耗变化曲线基本可以确定：在背压4.9kPa上、下机组热耗的变化率与背压的变化值比率有所差别见图1，因此，可根据背压值得变化建立机组热耗变化率和背压的数学模型。

2.3 冷却塔性能研究

冷却塔的热力计算可依据于迈克尔方程进行求解，但在实际运行中变量影响因素较多，其中最主要的影响因素为环境温度和入塔风速。根据实际运行情况，依据单台高速循环水泵和一台低速循环水泵并列运行运行作为基准，逐步变化循环水量造成入塔风速的变化，从而得到循环水出水温度的变化量见下表2。

2.4 凝汽器性能研究

可根据当前运行循环水泵的流量，依据表2获得基准循环水泵运行方式下的循环水水进水温度，按照当前的汽轮机排汽能量，按照通用的循环水比热和凝汽器的清洁系数可计算出循环水温升，从而得到基准循泵下的循环水出水温度。再根据循环水进出口温度获得循环水的真实比热，从而得到真实的循环水出水温度，按照经验下述经验公式

计算获得机组的端差，根据循环水进水温度、循环水温升、端差数据获得汽轮机的排汽温度，按照下述经验公式得到机组的排汽压力（即背压）。

2.5 循环水泵自动寻优方案

在当前负荷下，可得出基准值（单台高速循环水泵）运行方式下的机组真空、循环水泵电耗，按照逐渐变化循环水泵台数进行计算获得不同循环水流量下的机组真空值及循环水泵电耗变化量。优化方法（机组煤耗最优方案）：根据机组真空的变化量可获得机组供电煤耗的变化量，按照当前的标煤单价，可获得机组单位供电算成本的变化量；根据机组循环水泵电耗变化量计算出机组厂用电率的变化量，根据当前的上网电价可获得机组单位供电成本的变化量，两者之和为总的供电成本更变化量。

2.6 工程应用实例

该发电公司在基于PI数据库的基础上在厂级发电信息监控画面上开发了实施在线的循环水泵自动寻优系统，用于指导运行人员，该系统运行一年来效果良好，年均供电煤耗下降0.8g/kWh，按照年发电量100亿kWh计算可节约8000吨发电标准煤，此外厂用电率降低0.07%，增加多售电边际利润126万元，效果明显。

3 结语

本文根据电厂设备的实际情况，结合发电市场的外部环境进行了循环水泵的的自动寻优系统的研究和开发，确保在发电利润最大化下机组的经济运行，有效指导了运行人员，在当前较为竞争激烈的发电市场有较强的可实现性和应用价值。

参考文献：

[1]徐大懋，柯严，王世勇.汽轮机功率背压特性的通用计算方法及其应用[J].热能动力工程，2010，2010，25（6）：605-608.

[2]赵斌，刘玲，张文兵.汽轮机冷端优化的研究[J].热力透平，2007.36（1）：19-23.