畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）循環(huán)水泵動(dòng)態(tài)啟停過程中火電機(jī)組能耗特性研究

1、循環(huán)水泵動(dòng)態(tài)啟停過程中火電機(jī)組能耗特性研究摘 要 本文采用GSE軟件搭建了600MW超臨界機(jī)組模型，對(duì)循環(huán)水泵啟停過程中的機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性展開研究，獲得了循環(huán)水泵啟停過程對(duì)凝汽器壓力，機(jī)組發(fā)電功率、熱效率和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，受凝汽器熱慣性的影響，循環(huán)水泵啟停過程中凝汽器壓力逐步趨向穩(wěn)定運(yùn)行值，。受凝汽器壓力動(dòng)態(tài)變動(dòng)的影響，機(jī)組能耗呈現(xiàn)一定幅度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使得機(jī)組供電煤耗率較穩(wěn)定工況發(fā)生幅度在1g/(kWh) 2g/(kWh)之間的波動(dòng)。關(guān)鍵詞 超臨界機(jī)組；循環(huán)水系統(tǒng)；水泵啟停；動(dòng)態(tài)特性0 前言火電廠循環(huán)水系統(tǒng)是熱力系統(tǒng)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的，對(duì)全廠經(jīng)濟(jì)性影響較大的輔助系統(tǒng)。循環(huán)水泵是

2、為汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽設(shè)備的提供冷卻工質(zhì)的重要輔機(jī)。在電廠中，循環(huán)水泵耗電量占電廠總發(fā)電量的0.5%2%，是電廠運(yùn)行優(yōu)化中必須重視的一局部。近年來，很多學(xué)者對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化做了大量工作，力圖尋找到機(jī)組在不同負(fù)荷下的最正確循環(huán)水量和凝汽器最正確真空。山東大學(xué)黃新元等1提出了單元制循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化模型，對(duì)機(jī)組在不同運(yùn)行負(fù)荷下和不同季節(jié)下的運(yùn)行組合進(jìn)行了優(yōu)化。華北電力大學(xué)劉哲等2對(duì)300MW機(jī)組單元制循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了研究，利用枚舉法逐步尋找到不同負(fù)荷下的最正確循環(huán)水量，繪制出循環(huán)水最正確運(yùn)行工況表和循環(huán)水泵經(jīng)濟(jì)調(diào)度圖，對(duì)電廠的實(shí)際運(yùn)行有指導(dǎo)意義。華北電力大學(xué)劉吉臻等3研究了循環(huán)水流量和凝汽

3、器背壓的關(guān)系，結(jié)果說明不同負(fù)荷下循環(huán)冷卻水的流量對(duì)凝汽器背壓影響不同。徐海新等4，針對(duì)600MW循環(huán)水和真空系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了綜合研究，考慮到循環(huán)水量、循環(huán)水溫度、凝汽器特性和低壓缸排汽等因素對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性特性的影響，進(jìn)而提出了循環(huán)水泵在不同的循環(huán)水溫度下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。潘繼真等5對(duì)沿海電廠循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了針對(duì)性研究，分析了不同季節(jié)下海水溫度對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響及循環(huán)水泵的最正確運(yùn)行方式。林少國(guó)等6針對(duì)火電機(jī)組汽輪機(jī)、凝汽器、循環(huán)水泵和管網(wǎng)系統(tǒng)相互制約的特性，對(duì)百萬(wàn)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，絕大多數(shù)學(xué)者只關(guān)注了循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，較少的研究涉及到循環(huán)水系統(tǒng)

4、的動(dòng)態(tài)特性。近年來火電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)逐年下降，火電機(jī)組參與調(diào)峰任務(wù)日益頻繁。因此，對(duì)于火電機(jī)組熱力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究成為近年不少學(xué)者研究的焦點(diǎn)，熱力系統(tǒng)是由不同的子系統(tǒng)耦合而成，為了更加透徹的研究熱力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)火電廠中各個(gè)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究尤為必要。本文針對(duì)某600MW超臨界機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)水泵開啟過程進(jìn)行了研究，探究開啟(或關(guān)閉)一臺(tái)工頻循環(huán)水泵對(duì)機(jī)組重要參數(shù)的影響，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的在機(jī)組調(diào)峰過程中的運(yùn)行優(yōu)化有借鑒意義。1研究對(duì)象和仿真模型本文以GSE軟件為平臺(tái)，搭建了一臺(tái)600MW超臨界機(jī)組，額定工況下，鍋爐主蒸汽壓力為25.4MPa，主蒸汽溫度為571，再熱蒸汽壓力為4.12MPa

5、，再熱蒸汽溫度為569。該機(jī)組鍋爐效率為93.8%，管道效率為99.5%。汽輪機(jī)參數(shù)為24.2MPa/566/566。循環(huán)水泵型號(hào)為SEZ2200-1640/1400，水泵的性能參數(shù)為表1所示，根據(jù)負(fù)荷變化需要改變循環(huán)水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)。本文以夏季一機(jī)兩泵為例進(jìn)行研究。表1 循環(huán)水泵性能參數(shù)運(yùn)行方式一機(jī)一泵(冬季)兩機(jī)三泵(春秋)一機(jī)兩泵(夏季)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)330330330單泵耗功(kW)146416961749仿真軟件GSE的建模方法是，利用具有一定體積的節(jié)點(diǎn)代表?yè)Q熱介質(zhì)存在的空間7，用流線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接形成流動(dòng)，用換熱板代表管壁實(shí)現(xiàn)換熱。根據(jù)換熱方式，利用節(jié)點(diǎn)搭建將不同的換熱

6、設(shè)備。按照水流動(dòng)方向、蒸汽流動(dòng)方向和煙氣流動(dòng)方向?qū)⒏鱾€(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)連接，搭建成熱力系統(tǒng)。圖1 熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖簡(jiǎn)圖2動(dòng)態(tài)過程對(duì)機(jī)組凝汽壓力的影響圖3為機(jī)組運(yùn)行時(shí)循環(huán)水泵的開啟狀態(tài)指示圖，其中(a)圖為一臺(tái)工頻循環(huán)水泵正常運(yùn)行，60秒后開啟第二臺(tái)工頻循環(huán)水泵；(b)圖為兩臺(tái)工頻循環(huán)水泵正常運(yùn)行，60秒后關(guān)閉第二臺(tái)工頻循環(huán)水泵。兩種工況分別稱為工況一和工況二。圖3 水泵開啟狀態(tài)圖圖4為循環(huán)水泵開啟和關(guān)閉后，機(jī)組的凝汽器壓力的變化趨勢(shì)圖。a增加水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程 (b) 減少水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程圖4 凝汽器壓力變化表2 工況一、二水泵啟停對(duì)凝汽器壓力影響負(fù)荷TMCRTHA75%THA50%T

7、HA高背壓(kPa)低背壓(kPa)壓力差(kPa)從圖4(a)可以看出機(jī)組運(yùn)行時(shí)，增加一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，會(huì)立刻使凝汽器壓力降低，隨后逐步到達(dá)穩(wěn)定。從表2可以看出不同負(fù)荷下開啟或者關(guān)閉一臺(tái)水泵前后，凝汽器變化的壓力差不同。以TMCR和50%THA為例，開啟第二臺(tái)水泵時(shí)，前者凝汽器的壓力減少了3.422kPa，后者凝汽器前后壓差卻只有kPa.從圖4(b)可以看出，減少一臺(tái)循環(huán)水泵會(huì)使凝汽器壓力迅速升高，升高的幅度與工況一降低的幅度相當(dāng)。不同的工況下，與低負(fù)荷相比，機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)，開啟(或關(guān)閉)一臺(tái)循環(huán)水泵，凝汽器壓力波動(dòng)幅度較大，凝汽器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，即凝汽器壓力到達(dá)穩(wěn)定所需要的時(shí)間更長(zhǎng)。3動(dòng)

8、態(tài)過程能耗分析從圖5(a)可以看出，開啟第二臺(tái)循環(huán)水泵后機(jī)組的輸出功率迅速增大，機(jī)組負(fù)荷越大時(shí)，開啟第二臺(tái)水泵增加的機(jī)組功率越大，從50%THA到TMCR機(jī)組由于開啟第二臺(tái)循環(huán)水泵引起的功率增加由2 kW·h增加到 kW·h。從圖5(b)可以知，關(guān)閉第二臺(tái)循環(huán)水泵后機(jī)組的輸出功率迅速減小，但相對(duì)于工況一比擬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。比照表3各組數(shù)據(jù)，機(jī)組負(fù)荷越大時(shí)，增加(或減少)一臺(tái)水泵引起的機(jī)組功率的改變量越大。表3 工況一、二水泵啟停對(duì)機(jī)組做功影響負(fù)荷TMCRTHA75%THA50%THA高輸出功率(kW)653912.1435967.7低輸出功率(kW)433236.5輸出

9、功率差(kW)2731.2261.6(a) 增加水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程(b) 減少水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程圖5 機(jī)組輸出功率動(dòng)態(tài)變化過程發(fā)電廠熱效率是發(fā)電廠熱量轉(zhuǎn)換為電能的熱效率。每開啟一臺(tái)循環(huán)水泵，會(huì)使機(jī)組的背壓降低，進(jìn)而增加電廠的熱效率。(1)式中Pe是機(jī)組的發(fā)電量,B是燃料質(zhì)量，qL是燃料的低位發(fā)熱量。a增加水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程 (b) 減少水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程圖6機(jī)組熱效率變化表4 工況一、二水泵啟停對(duì)機(jī)組熱效率的影響負(fù)荷TMCRTHA75%THA50%THA高熱效率(%)低熱效率(%)效率差(%)從圖6(a)可以看出機(jī)組運(yùn)行時(shí)，增加一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，會(huì)立刻使機(jī)組熱效率迅速增加，隨后逐步到達(dá)穩(wěn)定。從表4可以

10、看出不同負(fù)荷下開啟或者關(guān)閉一臺(tái)水泵前后，機(jī)組熱效率改變幅度存在差異。以從TMCR 到50%THA，開啟第二臺(tái)水泵時(shí)，前者機(jī)組熱效率升高0.45%，后者機(jī)組熱效率升高為0.26%.從圖6(b)可以看出，減少一臺(tái)循環(huán)水泵會(huì)使機(jī)組熱效率迅速下降，熱效率降低的幅度與工況一提高的幅度相當(dāng)。3.3 水泵啟停對(duì)廠用電率的影響廠用電率zap是廠用電量Pap(kW)與機(jī)組發(fā)電量Pe(kW)之比。只有一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的廠用電率為4%，在開啟第二臺(tái)循環(huán)水泵后，廠用電率發(fā)生變化，變化如圖5所示。(2)a增加水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程 (b) 減少水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程圖7機(jī)組廠用電率變化從圖7(a)可以看出機(jī)組運(yùn)行時(shí)，增加一

11、臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，會(huì)立刻使廠用電率迅速增加，隨后逐步到達(dá)穩(wěn)定。從圖7(a)、(b)可以看出不同負(fù)荷下開啟或者關(guān)閉一臺(tái)循環(huán)水泵前后，機(jī)組廠用電率改變幅度存在差異。負(fù)荷越低，機(jī)組的廠用電率變化范圍越大。3.4 水泵啟停對(duì)供電煤耗率的影響(a) 增加水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程(b) 減少水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)過程圖8機(jī)組供電煤耗率從圖8(a)可知，當(dāng)開啟第二臺(tái)水泵后，機(jī)組的瞬時(shí)供電煤耗階躍增加，隨后又緩慢下降。不同負(fù)荷時(shí)機(jī)組的瞬時(shí)供電煤耗率變化幅度不同，對(duì)于高負(fù)荷，機(jī)組的瞬時(shí)供電煤耗波動(dòng)范圍在1 g/(kW·h)之內(nèi)，對(duì)于50%THA機(jī)組的瞬時(shí)供電煤耗在2 g/(kWh)左右。即負(fù)荷越低機(jī)組的瞬時(shí)供電煤耗波動(dòng)范

12、圍越大。從圖8(b)知機(jī)組減少一臺(tái)循環(huán)水泵后發(fā)電煤耗會(huì)迅速下降，下降的幅度同開啟一臺(tái)水泵引起發(fā)電煤耗變化幅度相當(dāng)。4 結(jié) 論本文以GSE為仿真平臺(tái)，搭建了600MW機(jī)組仿真模型，在此根底上對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的水泵開啟和關(guān)閉過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真研究，得到了以下結(jié)論：機(jī)組開啟(或者關(guān)閉)一臺(tái)循環(huán)水泵會(huì)迅速引起機(jī)組熱力參數(shù)的變化。當(dāng)其他外界條件相同時(shí)，負(fù)荷越高，機(jī)組熱力參數(shù)變化幅度越大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間也越長(zhǎng)。機(jī)組在不同負(fù)荷時(shí)，開啟或者關(guān)閉一臺(tái)循環(huán)水泵引起的凝汽器壓力變化幅度范圍為1.036kPa3.422kPa；機(jī)組輸出功率變化幅度范圍為kW kW；機(jī)組熱效率變化幅度范圍為0.26%0.45%；機(jī)組供電

13、煤耗率變化幅度范圍為1g·(kW·h) -1到2g·( kW·h)-1。參考文獻(xiàn)1 黃新元,趙麗,安越里等.火電廠單元制循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化模型及其應(yīng)用J.熱能動(dòng)力工程. 2004 .5.19(3). 303-306.HUANG Xinyuan,ZHAO Li,AN Yueli et al. A Discrete Optimization Model of Thermal Power Plant Unit Circulating Water System and its Application. Thermal Energy and Power En、ee

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