一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法

摘要

本发明涉及一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法，包括如下步骤：进行循环水系统特性试验得到不同频率下海水潮位与循环泵流量特性曲线、海水潮位与循环泵功率特性曲线；进行凝汽器特性试验，得到凝汽器特性曲线并计算凝汽器清洁系数；计算不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值；通过机组微增出力试验得到真空与机组微增功率的特性曲线；得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下，循环泵频率与机组净增出力特性曲线、背压与净增出力特性曲线；得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线和最佳背压曲线。本发明将海水潮位引入汽轮机冷端系统优化中，提高了节能效果。

说明书

技术领域

本发明属于汽轮机发电技术领域，具体涉及一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法。

背景技术

随着新能源装机容量和电网对新能源电力消耗能力的不断提升，高能耗、高排放的煤电机组面对深度调峰的需求不断加大，尤其一些大功率的煤电机组长期变负荷运行已成常态化。因此为了响应国家能源政策要求煤电机组节能降耗的目标，各个煤电机组通常会选用变频泵或风机替代功耗较大的定速泵或风机，降低厂用电，增大机组出力。

在煤电机组各大环节的能量损失中，冷端凝汽器的能量损失最大，约占一半以上，而在汽轮发电机组运行时，凝汽器真空越接近设计值，机组出力越大，但是往往真空升高是以循环水泵出力增加为代价的，尤其是在夏季工况。目前，汽轮机冷端优化主要技术是根据循环水入口温度和机组出力的变化，通过调节循泵转速，连续调节循环水流量，使凝汽器维持在最佳真空运行，使得汽轮机电功率与循环水泵消耗的功率差值最大。

然而，对于建设在海边的煤电机组，通常汽轮机的冷端系统包括循环泵和海水直供凝汽器，由于潮汐现象，海水存在涨潮或落潮，导致循环泵的前池水位会跟随潮位变化，使得循环泵的耗功增加或减小，导致在同一负荷下，通过循环水入口温度的变化来判断调节循环转速，得出的凝汽器真空值并不是凝汽器最佳真空值，汽轮机电功率与循环泵消耗的功率差值也不是最大值，不能使汽轮机冷端系统达到最优化水平，降低了节能效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法，用于解决现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法，包括如下步骤：

S1：确定汽轮机的循环泵的最低运行频率f

S2：确定发电机组的实际运行最低负荷Pe

S3：根据不同频率下海水潮位与循环泵流量的特性曲线、不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、凝汽器特性曲线、凝汽器清洁系数、凝汽器结构参数，进行凝汽器变工况计算，得到不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值；

S4：在各个负荷点下进行机组微增出力试验，得到真空与机组微增功率的特性曲线；

S5：根据不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值、真空与机组微增功率的特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线；

S6：根据不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线。

优选地，在S1中，所述的运行周期为f

优选地，在S1中，所述的循环水系统特性试验可进行多个周期。

进一步优选地，所述的多个周期为2～3个周期。

优选地，在S2中，所述的多个负荷点通过结合发电机组常用负荷确定，且多个负荷点为等差数列。

优选地，在S2中，所述的凝汽器清洁系数的计算过程为：

Q＝G

其中：

Q为凝汽器热负荷，单位为kJ/s，

G

C

t

t

其中：

K为总体传热系数，

A为凝汽器有效总体传热面积，单位为m

Δt

t

K

其中：

K

K

β

β

β

C

V为冷却管内平均流速，单位为m/s；

其中：

C

优选地，在S5中，所述的不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线通过如下步骤获得：

(1)将不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值带入真空与机组微增功率的特性曲线，得到相应的机组微增出力值；将海水潮位带入不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线，得到相应的循环泵耗功值；机组微增出力值与循环泵耗功值的差值为机组净增出力；

(2)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为控制变量，以循环泵频率为自变量，机组净增出力为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线；

(3)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为控制变量，以背压为自变量，机组净增出力为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与机组净增出力特性曲线。

优选地，在S6中，所述的不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线通过如下步骤获得：

(1)在不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与机组净增出力特性曲线中，机组净增出力最大值对应的循环泵频率和背压为机组的最佳背压和最佳频率，由此得到不同负荷、不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳背压和最佳频率值；

(2)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳频率为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线；

(3)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳背压为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明将海水潮位作为变量引入汽轮机冷端系统优化计算中，确定了海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线，可用于实现发电机组自动调节循环泵频率，使得汽轮机电功率与循环泵消耗的功率差值始终保持在最大值，保证凝汽器在最佳真空下运行，提高了汽轮机冷端优化节能效果，最大限度地挖掘了发电机组的节能潜力。

附图说明

附图1为本实施例的汽轮机冷端优化曲线确定方法流程图；

附图2为本实施例的不同频率下海水潮位与循环泵流量的特性曲线；

附图3为本实施例的不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线；

附图4为本实施例的真空与机组微增功率的特性曲线；

附图5为本实施例的循环泵频率与机组净增出力特性曲线和背压与净增出力特性曲线；

附图6为本实施例的凝汽器特性曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种基于海水直供凝汽器的汽轮机冷端优化曲线确定方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

S1：确定汽轮机的循环泵的最低运行频率f

S2：确定发电机组的实际运行最低负荷Pe

Q＝G

其中：

Q为凝汽器热负荷，单位为kJ/s，

G

C

t

t

其中：

K为总体传热系数，

A为凝汽器有效总体传热面积，单位为m

Δt

t

K

其中：

K

K

β

β

β

C

V为冷却管内平均流速，单位为m/s；

其中：

C

S3：根据不同频率下海水潮位与循环泵流量的特性曲线、不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、凝汽器特性曲线、凝汽器清洁系数、凝汽器结构参数，进行凝汽器变工况计算，得到不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值。

S4：在各个负荷点下进行机组微增出力试验，得到真空与机组微增功率的特性曲线。

S5：根据不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值、真空与机组微增功率的特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线，具体而言：

(1)将不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值带入真空与机组微增功率的特性曲线，得到相应的机组微增出力值；将海水潮位带入不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线，得到相应的循环泵耗功值；机组微增出力值与循环泵耗功值的差值为机组净增出力；

(2)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为控制变量，以循环泵频率为自变量，机组净增出力为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线；

(3)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为控制变量，以背压为自变量，机组净增出力为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与机组净增出力特性曲线。

S6：根据不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线，具体而言：

(1)在不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与机组净增出力特性曲线中，机组净增出力最大值对应的循环泵频率和背压为机组的最佳背压和最佳频率，由此得到不同负荷、不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳背压和最佳频率值；

(2)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳频率为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线；

(3)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳背压为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线。

实施例：

以某临海600MW超临界煤电机组为例，该机组的汽轮机冷端优化曲线确定方法包括如下步骤：

S1：确定汽轮机的循环泵的最低运行频率f

S2：确定发电机组的实际运行最低负荷Pe

表1每个负荷点对应的凝汽器清洁系数

S3：根据不同频率下海水潮位与循环泵流量的特性曲线、不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、凝汽器特性曲线、凝汽器清洁系数、凝汽器结构参数，进行凝汽器变工况计算，得到不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值。如表2所示，为负荷600MW、海水潮位6米时，不同循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值，其余情况下真空值的获取方式一致，不再赘述。

表2负荷600MW、海水潮位6米时不同循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值

S4：在各个负荷点下进行机组微增出力试验，得到真空与机组微增功率的特性曲线，如图4所示。

S5：根据不同频率下海水潮位与循环泵功率的特性曲线、不同负荷下海水潮位和循环泵频率及循环水入口温度对应的凝汽器真空值、真空与机组微增功率的特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线。如图5所示，为负荷540MW、海水潮位6m、循坏水入口温度20℃时，循环泵频率与机组净增出力特性曲线和背压与净增出力特性曲线，其余情况下的特性曲线的获取方式一致，不再赘述。

S6：根据不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与净增出力特性曲线，得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线，具体而言：

(1)在不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下循环泵频率与机组净增出力特性曲线、不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下背压与机组净增出力特性曲线中，机组净增出力最大值对应的循环泵频率和背压为机组的最佳背压和最佳频率，由此得到不同负荷、不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳背压和最佳频率值。如表3所示，为负荷600MW和540MW下，不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳频率值，其余负荷下的最佳频率值的获取方式一致，不再赘述。如表4所示，为负荷600MW和540MW下，不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳背压，其余负荷下的最佳背压的获取方式一致，不再赘述。

表3负荷600MW和540MW下，不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳频率值

表4负荷600MW和540MW下，不同海水潮位、不同循环水入口温度下机组的最佳背压

(2)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳频率为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳频率曲线。该曲线为负荷、循环水入口温度、海水潮位三个自变量与最佳频率之间形成的三维曲线图。

(3)以负荷、海水潮位、循环水入口温度为自变量，最佳背压为因变量，拟合得到不同负荷和不同海水潮位及不同循环水入口温度下的最佳背压曲线。该曲线为负荷、循环水入口温度、海水潮位三个自变量与最佳背压之间形成的三维曲线图。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。