毕业论文（设计）循环水泵动态启停过程中火电机组能耗特性研究

1、循环水泵动态启停过程中火电机组能耗特性研究摘 要 本文采用GSE软件搭建了600MW超临界机组模型，对循环水泵启停过程中的机组的动态特性展开研究，获得了循环水泵启停过程对凝汽器压力，机组发电功率、热效率和供电标准煤耗率的影响规律。研究发现，受凝汽器热惯性的影响，循环水泵启停过程中凝汽器压力逐步趋向稳定运行值，。受凝汽器压力动态变动的影响，机组能耗呈现一定幅度的动态响应，使得机组供电煤耗率较稳定工况发生幅度在1g/(kWh) 2g/(kWh)之间的波动。关键词 超临界机组；循环水系统；水泵启停；动态特性0 前言火电厂循环水系统是热力系统中一个相对独立的，对全厂经济性影响较大的辅助系统。循环水泵是

2、为汽轮发电机组凝汽设备的提供冷却工质的重要辅机。在电厂中，循环水泵耗电量占电厂总发电量的0.5%2%，是电厂运行优化中必须重视的一局部。近年来，很多学者对循环水系统运行优化做了大量工作，力图寻找到机组在不同负荷下的最正确循环水量和凝汽器最正确真空。山东大学黄新元等1提出了单元制循环水系统离散优化模型，对机组在不同运行负荷下和不同季节下的运行组合进行了优化。华北电力大学刘哲等2对300MW机组单元制循环水系统优化运行进行了研究，利用枚举法逐步寻找到不同负荷下的最正确循环水量，绘制出循环水最正确运行工况表和循环水泵经济调度图，对电厂的实际运行有指导意义。华北电力大学刘吉臻等3研究了循环水流量和凝汽

3、器背压的关系，结果说明不同负荷下循环冷却水的流量对凝汽器背压影响不同。徐海新等4，针对600MW循环水和真空系统运行优化进行了综合研究，考虑到循环水量、循环水温度、凝汽器特性和低压缸排汽等因素对机组经济性特性的影响，进而提出了循环水泵在不同的循环水温度下的经济运行方式。潘继真等5对沿海电厂循环水系统运行优化进行了针对性研究，分析了不同季节下海水温度对机组经济性影响及循环水泵的最正确运行方式。林少国等6针对火电机组汽轮机、凝汽器、循环水泵和管网系统相互制约的特性，对百万机组循环水系统运行进行了优化。对于循环水系统的优化运行，绝大多数学者只关注了循环水系统的稳态经济运行，较少的研究涉及到循环水系统

4、的动态特性。近年来火电机组年利用小时数逐年下降，火电机组参与调峰任务日益频繁。因此，对于火电机组热力系统动态特性研究成为近年不少学者研究的焦点，热力系统是由不同的子系统耦合而成，为了更加透彻的研究热力系统的动态特性，对火电厂中各个子系统动态特性研究尤为必要。本文针对某600MW超临界机组的循环水系统水泵开启过程进行了研究，探究开启(或关闭)一台工频循环水泵对机组重要参数的影响，对循环水系统的在机组调峰过程中的运行优化有借鉴意义。1研究对象和仿真模型本文以GSE软件为平台，搭建了一台600MW超临界机组，额定工况下，锅炉主蒸汽压力为25.4MPa，主蒸汽温度为571，再热蒸汽压力为4.12MPa

5、，再热蒸汽温度为569。该机组锅炉效率为93.8%，管道效率为99.5%。汽轮机参数为24.2MPa/566/566。循环水泵型号为SEZ2200-1640/1400，水泵的性能参数为表1所示，根据负荷变化需要改变循环水泵运行的台数。本文以夏季一机两泵为例进行研究。表1 循环水泵性能参数运行方式一机一泵(冬季)两机三泵(春秋)一机两泵(夏季)扬程(m)转速(r/min)330330330单泵耗功(kW)146416961749仿真软件GSE的建模方法是，利用具有一定体积的节点代表换热介质存在的空间7，用流线将各个节点连接形成流动，用换热板代表管壁实现换热。根据换热方式，利用节点搭建将不同的换热

6、设备。按照水流动方向、蒸汽流动方向和烟气流动方向将各个设备节点连接，搭建成热力系统。图1 热力系统简图图2 循环冷却水系统图简图2动态过程对机组凝汽压力的影响图3为机组运行时循环水泵的开启状态指示图，其中(a)图为一台工频循环水泵正常运行，60秒后开启第二台工频循环水泵；(b)图为两台工频循环水泵正常运行，60秒后关闭第二台工频循环水泵。两种工况分别称为工况一和工况二。图3 水泵开启状态图图4为循环水泵开启和关闭后，机组的凝汽器压力的变化趋势图。a增加水泵运行台数过程 (b) 减少水泵运行台数过程图4 凝汽器压力变化表2 工况一、二水泵启停对凝汽器压力影响负荷TMCRTHA75%THA50%T

7、HA高背压(kPa)低背压(kPa)压力差(kPa)从图4(a)可以看出机组运行时，增加一台循环水泵运行，会立刻使凝汽器压力降低，随后逐步到达稳定。从表2可以看出不同负荷下开启或者关闭一台水泵前后，凝汽器变化的压力差不同。以TMCR和50%THA为例，开启第二台水泵时，前者凝汽器的压力减少了3.422kPa，后者凝汽器前后压差却只有kPa.从图4(b)可以看出，减少一台循环水泵会使凝汽器压力迅速升高，升高的幅度与工况一降低的幅度相当。不同的工况下，与低负荷相比，机组在高负荷时，开启(或关闭)一台循环水泵，凝汽器压力波动幅度较大，凝汽器动态响应时间较长，即凝汽器压力到达稳定所需要的时间更长。3动

8、态过程能耗分析从图5(a)可以看出，开启第二台循环水泵后机组的输出功率迅速增大，机组负荷越大时，开启第二台水泵增加的机组功率越大，从50%THA到TMCR机组由于开启第二台循环水泵引起的功率增加由2 kW·h增加到 kW·h。从图5(b)可以知，关闭第二台循环水泵后机组的输出功率迅速减小，但相对于工况一比拟，动态响应时间较长。比照表3各组数据，机组负荷越大时，增加(或减少)一台水泵引起的机组功率的改变量越大。表3 工况一、二水泵启停对机组做功影响负荷TMCRTHA75%THA50%THA高输出功率(kW)653912.1435967.7低输出功率(kW)433236.5输出

9、功率差(kW)2731.2261.6(a) 增加水泵运行台数过程(b) 减少水泵运行台数过程图5 机组输出功率动态变化过程发电厂热效率是发电厂热量转换为电能的热效率。每开启一台循环水泵，会使机组的背压降低，进而增加电厂的热效率。(1)式中Pe是机组的发电量,B是燃料质量，qL是燃料的低位发热量。a增加水泵运行台数过程 (b) 减少水泵运行台数过程图6机组热效率变化表4 工况一、二水泵启停对机组热效率的影响负荷TMCRTHA75%THA50%THA高热效率(%)低热效率(%)效率差(%)从图6(a)可以看出机组运行时，增加一台循环水泵运行，会立刻使机组热效率迅速增加，随后逐步到达稳定。从表4可以

10、看出不同负荷下开启或者关闭一台水泵前后，机组热效率改变幅度存在差异。以从TMCR 到50%THA，开启第二台水泵时，前者机组热效率升高0.45%，后者机组热效率升高为0.26%.从图6(b)可以看出，减少一台循环水泵会使机组热效率迅速下降，热效率降低的幅度与工况一提高的幅度相当。3.3 水泵启停对厂用电率的影响厂用电率zap是厂用电量Pap(kW)与机组发电量Pe(kW)之比。只有一台循环水泵运行时，机组的厂用电率为4%，在开启第二台循环水泵后，厂用电率发生变化，变化如图5所示。(2)a增加水泵运行台数过程 (b) 减少水泵运行台数过程图7机组厂用电率变化从图7(a)可以看出机组运行时，增加一

11、台循环水泵运行，会立刻使厂用电率迅速增加，随后逐步到达稳定。从图7(a)、(b)可以看出不同负荷下开启或者关闭一台循环水泵前后，机组厂用电率改变幅度存在差异。负荷越低，机组的厂用电率变化范围越大。3.4 水泵启停对供电煤耗率的影响(a) 增加水泵运行台数过程(b) 减少水泵运行台数过程图8机组供电煤耗率从图8(a)可知，当开启第二台水泵后，机组的瞬时供电煤耗阶跃增加，随后又缓慢下降。不同负荷时机组的瞬时供电煤耗率变化幅度不同，对于高负荷，机组的瞬时供电煤耗波动范围在1 g/(kW·h)之内，对于50%THA机组的瞬时供电煤耗在2 g/(kWh)左右。即负荷越低机组的瞬时供电煤耗波动范

12、围越大。从图8(b)知机组减少一台循环水泵后发电煤耗会迅速下降，下降的幅度同开启一台水泵引起发电煤耗变化幅度相当。4 结 论本文以GSE为仿真平台，搭建了600MW机组仿真模型，在此根底上对循环水系统的水泵开启和关闭过程进行了动态仿真研究，得到了以下结论：机组开启(或者关闭)一台循环水泵会迅速引起机组热力参数的变化。当其他外界条件相同时，负荷越高，机组热力参数变化幅度越大，系统的动态响应时间也越长。机组在不同负荷时，开启或者关闭一台循环水泵引起的凝汽器压力变化幅度范围为1.036kPa3.422kPa；机组输出功率变化幅度范围为kW kW；机组热效率变化幅度范围为0.26%0.45%；机组供电

13、煤耗率变化幅度范围为1g·(kW·h) -1到2g·( kW·h)-1。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 .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

14、ring. 2004.5.19(3).303-306.2 刘哲,王松岭,王鹏等.300MW机组单元制循环水系统优化运行J.汽轮机技术.2021.12.52(6).475-478.LIU Zhe,WANG Songling,WANG Peng et al. The Operation Optimization of A 300MW Unit Circulating Water System . Turbine Technology. 2021.12.52(6).475-478.3 Nian Zhonghua, Liu Jizhen, Liu Guangjian et al. Influence

15、of Cooling Circulating Water Flow on Back Pressure Variation of Thermal Power PlantJ. 2021 Fifth Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation.620-622.5潘继真,魏海涛,肖国振等 某沿海电厂600MW机组循环水系统运行方式优化试验研究J.东北电力技术.2021.5.28-31.PAN Jizhen,WEI Haitao,XIAO Guozhen et al. Optimization Experiment on

16、a coastal power plant 600MW Unit Circulating Water System Operation Mode. Northeast Electric Power Technology. 2021.5.28-31.6 林少国,黄玲燕,江永等基于1036MW机组循环水系统的节能分析J.电站辅机.2021.5.35(2).24-27.LIN Shaoguo,HUANG Lingyan,JIANG Yong et al. Energy-Saving Analysis based on the Circulating Water System in 1036MW Units. Power Station Auxiliary Equipment. 2021.5.35(2).24-27.7薛朝囡,王万海,韩小渠等 基于GSE的600MW锅炉热力系统变工