一种基于环境参数的发电机组闭式循环水系统的运行方法与流程

1.本发明属于火力发电厂节能减排技术领域，具体涉及一种基于环境参数的发电机组闭式循环水系统的运行方法。


背景技术：

2.火力发电机机组的冷端系统包括凝汽器、冷却塔、循环水泵等，主要作用是维持一定的真空，机组背压(真空)是汽轮机乃至整个发电机组重要的性能指标之一，其直接决定了发电机组朗肯循环过程中冷端损失占比的大小及循环热效率；另外，为了维持较低机组背压，需要多台循环水泵同时运行以增加循环水流量，同时也增加了机组的辅机电耗和厂用电率，导致机组的供电煤耗增大。
3.因此，通过对循环水系统的运行状态进行分析和调整，获得最佳背压，对降低机组供电煤耗有重要意义。
4.对于配备闭式循环水系统的火力发电机组，利用凝汽器入口循环水温度来确定循环水系统的最优运行方式，对机组运行的指导意义有限，而利用环境温度、大气相对湿度和机组负荷3个因素来确定循环水系统的最优运行方式的方法更加切合实际。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于环境参数的发电机组闭式循环水系统的运行方法，能够更加切合实际地模拟不同环境参数、不同负荷下闭式循环系统最佳的运行方式。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种基于环境参数的发电机组闭式循环水系统的运行方法，包括以下步骤；
8.a、性能基准工况试验：
9.分别进行汽轮机变背压试验、凝汽器变工况试验、循环水泵流量和耗功试验、冷却塔变工况试验，获取各个设备不同工况下的性能特征曲线；
10.b、建立计算模型：
11.以某热平衡计算软件为平台，建立一个包含汽轮机、凝汽器、循环水泵和冷却塔的整体计算模型；
12.c、获取不同环境参数下机组背压：
13.根据环境干球温度、空气相对湿度和循环水泵运行方式计算获得不同负荷下机组背压；
14.d、计算最佳机组背压：
15.根据循环水泵不同运行方式下循环水流量和电耗，计算机组背压降低产生的发电功率的增益与循环水泵运行台数增加造成电耗增加之间的差压，获得特定发电负荷下的最佳机组背压。
16.所述步骤a中冷却塔的性能特征曲线包括环境干球温度、空气相对湿度和循环水
流量与冷却塔出水温度之间的关系曲线；凝汽器的性能特征曲线包括机组负荷、循环水流量和凝汽器进水温度与机组背压的关系曲线，特别是对于机力通风冷却塔，需要获得每个工况下的气水比、特性数的散热特性。
17.所述步骤b中通过步骤a中所进行的基准试验获得的性能特征曲线，以自定义方式添加到热平衡计算软件中，建立一个以发电机组实际性能为基准的整体计算模型。
18.所述步骤b中根据环境干球温度、空气相对湿度、循环水泵运行方式(即不同循环水流量)和冷却塔特性数，通过merkel焓差方程，获得冷却塔进、出水温度关系式：
[0019][0020]
式中：β为容积散质系数，kg/(m3·
s)；v为淋水面积，m3；q为冷却水流量，kg/s；c
w
为水的比热，kj/(kg
·
k)；t1、t2为冷却塔进、出口水温，℃；h
t”为水温t时的饱和蒸汽比焓，kj/kg；h
θ
为空气比焓，kj/kg；dt为进出该单元填料冷却水的温差，k；k为蒸发水量散热系数；
[0021]
公式(1)左侧为冷却塔的特性数，用ω'表示，通过冷却塔热力性能试验计算获得关系式ω'＝aλ
m
(a、m为常数，λ为气水比)；公式(1)右侧为冷却塔的冷却数，用ω表示；
[0022]
利用通过热力性能试验获得的冷却塔的特性关系曲线，在热平衡计算软件中输入环境干球温度、空气相对湿度、循环水流量及冷却塔进水温度，计算出冷却塔出水温度。
[0023]
所述步骤c中以热平衡计算软件为平台，根据环境干球温度、空气相对湿度和循环水流量，通过冷却塔、凝汽器和汽轮机变工况耦合计算，获得不同负荷工况下凝汽器进口、出口的循环水温度及机组背压；其中耦合计算的实质在于以凝汽器出口循环水温度为冷却塔进塔水温，以冷却塔进塔水温为基准考虑循环水经过循环水泵后焓值升高的温度为凝汽器进口循环水温度，通过试验工况下凝汽器清洁系数及总体换热系数计算机组背压。
[0024]
所述步骤d中当机组负荷在一定的条件下，增加一台循环水泵运行或者原有低速泵转变为高速泵运行后，循环水流量增大，凝汽器背压降低，汽轮发电机功率提升，但同时循环水泵的耗功也增加，当增加的汽轮发电机功率δn
o
与循环水泵多消耗的功率δn
p
的差值δn为最大，即机组的输出净功率最大时，对应机组背压为最佳背压，运行方式为最佳方式；
[0025]
循环水系统的优化就是确定在不同机组负荷和环境条件下的最佳循环水流量，在实际工程中，循环水体积流量不是连续性变量，因此只能通过改变循环水泵的运行台数或者调整循环水泵转速来改变循环水流量，此时循环水系统的优化就是确定不同工况下循环水泵的最佳运行方式，根据输出净功率(δn
o
‑
δn
p
)是否大于0来判断。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
1、本发明涉及与开式循环水系统优化方式不同，不再利用凝汽器入口循环水温度为基准来确定循环水系统的最佳运行方式，而是通过冷却塔、凝汽器和汽轮机变工况的耦合计算，利用环境干球温度、大气相对湿度和机组负荷来确定循环水系统的最佳运行方式，因此这种方式更加切合实际。
[0028]
2、本发明的汽轮机出力与背压关系曲线、凝汽器变工况特性及冷却塔的特性均采用性能试验结果，优化计算结果更加可靠，采用热平衡计算软件，冷却塔、凝汽器和汽轮机变工况的耦合计算速度更加快捷。
附图说明
[0029]
图1为本发明的流程示意图。
[0030]
图2为不同负荷工况下汽轮机出力与背压的关系曲线。
[0031]
图3为循环水泵不同运行方式下总电耗和循环水流量的关系曲线。
[0032]
图4为在热平衡计算软件平台上建立的整体计算模型。
[0033]
图5为干球温度、相对湿度与机组背压的关系曲线。
[0034]
图6为不同环境参数下循环水系统的最佳运行方式示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0036]
如图1所示，按照本发明的方法获得某亚临界300mwf发电机组闭式循环水系统的最佳运行方式。
[0037]
如图2所示，对某亚临界300mw发电机组汽轮机进行变背压试验，获得在50％、60％和70％额定负荷下汽轮机出力与背压的关系曲线；50％额定负荷下背压没升高1kpa，汽轮机出力下降2.271mw；60％额定负荷下背压每升高1kpa，汽轮机出力下降2.105mw；70％额定负荷下背压每升高1kpa，汽轮机出力下降2.088mw。
[0038]
如图3所示，同时对4种不同循环水泵运行方式下总电耗和循环水流量进行测量，建立循环水泵不同运行方式下总电耗和循环水流量关系曲线。
[0039]
通过凝汽器变工况试验获得50％、60％和70％额定负荷下的凝汽器端差和清洁系数；通过机力通风冷却塔变工况试验，获得机力通风冷却塔的冷却数与气水比的关系式，ω＝2.60
×
λ
0.59
。
[0040]
如图4所示，以某热平衡计算软件为平台，建立包含汽轮机、凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的整体计算模型。
[0041]
如图5所示，参考当地历史气象参数，确定环境干球温度变化范围为10～30℃，空气相对湿度变化范围为40％～80％，根据环境干球温度、空气相对湿度，计算一台高速、一台低速的循环水泵并联运行方式下50％额定负荷的机组背压。
[0042]
通过计算获得机组50％额定负荷时循环水泵在不同运行方式下(单台低速循环水泵、单台高速循环水泵、一台高速一台低速循环水泵和两台高速循环水泵并联)的背压。
[0043]
根据循环水泵不同运行方式下循环水流量和电耗，计算机组背压降低产生的发电功率的增益与循环水泵运行台数增加造成电耗增加之间的差压，获得特定发电负荷下的最佳机组背压。
[0044]
如图6所示，在50％额定负荷下，根据最佳机组背压可以获得不同环境相对湿度和干球温度时最佳的循环水泵运行方式。