基于等效热降理论超超临界机组循环水系统运行方式的优化分析

基于等效热降理论超超临界机组循环水系统运行方式的优化分析

王文祥 陈辉 杨成伟

华能南京金陵发电有限公司  江苏南京 210034

摘要：本文利超超临界机组的凝汽器性能曲线，得出了循环水温度和背压的关系。利用等效热降理论计算出机组在84%负荷、不同循环水温下经济的循环水系统运行方式，这种运行方式可以降低机组综合热耗。

关键词：循环水系统，凝汽器背压，运行方式，节能降耗。

1、华能金陵电厂循环水系统概况    

华能金陵电厂循环水系统采用单机双泵配置，两台机组循环水母管之间设有联络门，循环水泵是单级立式导叶式混流泵。额定流量为13 m3/s，扬程18.59 mH2O，转速为295r/min，轴功率为2817Kw。凝汽器采用双背压、双壳体、单流程、表面冷却式，额定流量为103979 m3/h。底部采用轴承支座支撑，上部与低压缸排汽口之间的连接采用刚性连接。凝汽器传热管采用不锈钢管，管板采用复合合金板，管子与管板连接方式为胀接加密封焊。凝汽器单侧运行时，可保证机组能带75%额定负荷。

2、凝汽器背压与循环水温的关系

根据凝汽器性能曲线，在84%热负荷下（2022年金陵电厂#1机组的平均负荷率）、不同水温、不同流量对应下的凝汽器背压（KPa）如表1所示：

表1、不同循环水温度、流量下的凝汽器背压

3 等效热降法热力学模型的建立

3.1 中间再热机组朗肯循环的效率表达式

中间再热机组的朗肯循环表达式如下式所示：

    3-1

式中：、——主、再热蒸汽焓值

、——机组排汽、高排汽焓值

、——凝水、给水焓值

朗肯循环中工质在凝汽器中是等温放热过程，平均放热温度为Tks，同时也是等压过程。给水在锅炉中为定压吸热过程，为了便于分析，将其等效转化成等温吸热过程，平均吸热温度为Tom。

则循环中每公斤工质的吸热量可以由下式表示：

，                3-2

式中：为熵变化值，通过下式计算：            3-3

式中：——再热份额

同样，每公斤工质循环中做功：

，              3-4

热耗率可表达为：

              3-5

、、——汽轮机内效率、锅炉效率、发电机效率

将式2-2和2-4带入式2-5，可得机组热耗的表达式：

       3-6

4.2 热力参数变化对热耗率的修正表达式

机组热力参数变化时，会引发机组热耗的变化，由于热力参数变化对锅炉效率和发电机效率的影响极为有限，在此或略两部分对热耗的影响，对式3-6求微分可得：

      3-7

热耗率变化量用相对值来计算，整理可得：

3-8                式中、、分别是热力参数变化后引发的平均放热温度、平均吸热温度和汽轮机效率变化值与设计参数的差值。

、和分别可由下式计算：

                 3-9                                               

        3-10                                    

可根据凝汽器的平均背压对应的饱和温度得出：

              3-11                                     

当热力参数变化时，可由式3-9和3-11得出新参数下的和，而，。

5收益计算

5.1华能金陵电厂1030MW汽轮机THA工况下的主要设计参数：

华能金陵电厂THA工况下的主要设计参数如表2所示。其他参数：热耗为7311kj/kwh，再热压损为0.471 MPa。

表2、华能金陵电厂1030MW汽轮机THA工况下的主要设计参数

根据THA工况下的主要设计参数，依据上文中的计算过程，得出了凝汽器背压变化时对机组煤耗的影响。

5.2各运行方式下的热耗差值

将表1中不同循环水泵运行方式下的凝汽器背压带入上式，可得出机组热耗差值，见下表3：

表3.不同运行方式下的热耗差值

以表3中A运行方式为基准，减去B、C机组热耗差值，同时除去循泵电耗增加的折算热耗，可得B和C运行方式下机组的热耗减少量（收益），如表4所示：

表4、不同运行方式下的优化收益数值

根据表4可得出不同循环水温区间下的循环水系统运行方式建议，根据建议给出的运行方式，可降低机组热耗。如表5所示：

表5 华能金陵电厂的循泵运行方式建议

6 结论

（1）对循环水系统运行方式进行优化分析是十分必要的，可以有效的降低超超临界机组的热耗。

（2）当长江水温低于14.8℃时，可采用单机单泵运行方式，当水温在14.8℃和25.2℃之间时，可采用两机三泵运行方式，当水温大于25.2℃时，可采用单机双泵运行方式。

（3）本文的凝汽器背压是根据厂家提供的凝汽器背压曲线计算的，缺少各种循环水运行方式下的凝汽器实际背压值，所以没有对本文的数据进行实际检验，所以期待循环水更加灵活的运行方式，以完善本文的计算数据。

参考文献：

[1] 黄新元，赵丽，安越里等．火电厂单元制循环水系统离散优化模型及其应用[J]．热能动力工程，2004，l9(3)：302—305．

[2] 李勇，曹祖庆．200 MW汽轮机多背压运行的热经济性分析[J]．热能动力工程，2001，16(3)．