引言

目前,針對(duì)冷端系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化主要有理論計(jì)算和性能試驗(yàn)兩種方式。高校一般采用理論計(jì)算方法,根據(jù)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔性能、循環(huán)水泵性能和凝汽器性能等計(jì)算得到最佳循環(huán)冷卻水流量和凝汽器壓力。但由于冷端系統(tǒng)的復(fù)雜性以及冷端輔助設(shè)備運(yùn)行多年對(duì)實(shí)際性能造成的影響,其理論計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際運(yùn)行情況存在一定偏差。為了能夠反映機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況,電廠和電科院大多采用性能試驗(yàn)的方法進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化,通過性能試驗(yàn)確定凝汽器的最佳背壓與循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式,通過運(yùn)行調(diào)整獲得最大的節(jié)能收益。

機(jī)力通風(fēng)冷卻塔和循環(huán)水泵是電廠冷端系統(tǒng)的重要組成部分,這不僅是因?yàn)槠溥\(yùn)行效率影響著凝汽器背壓,同時(shí)其也是冷端系統(tǒng)中廠用電使用率較高的輔助機(jī)械設(shè)備。

提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和循環(huán)水泵電流可以加強(qiáng)循環(huán)水的換熱能力,有利于降低凝汽器背壓,增加機(jī)組發(fā)電功率,但同時(shí)會(huì)引起循環(huán)水泵和機(jī)力通風(fēng)塔風(fēng)機(jī)耗功的增加。因此,尋找使得機(jī)組發(fā)電功率增量與循泵、風(fēng)機(jī)功率增量之差取得最大值時(shí)的工況點(diǎn)成為提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效措施,此時(shí)的凝汽器背壓被稱為最佳背壓。

本文通過對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行提取整理與分析計(jì)算,得到機(jī)組在不同蒸汽輪機(jī)負(fù)荷與環(huán)境溫度下的最佳背壓,同時(shí)根據(jù)機(jī)組的參數(shù)修正曲線數(shù)據(jù),提出了簡(jiǎn)化的機(jī)組背壓節(jié)能運(yùn)行調(diào)整原則,可為機(jī)組節(jié)能運(yùn)行調(diào)整提供參考。

1機(jī)組概況

北京高井熱電分公司"二拖一"機(jī)組包括2臺(tái)9FB型燃機(jī)組成的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)蒸汽輪機(jī)發(fā)電供熱機(jī)組,"二拖一"整機(jī)功率921Mw,汽機(jī)功率320Mw。汽輪機(jī)組是哈汽自主研發(fā)的首臺(tái)NCB型式熱電聯(lián)供機(jī)組,型號(hào)為L(zhǎng)NCB320/155-13.02/0.500/565/565,該機(jī)型為三壓、再熱、雙缸、向下排汽、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)用凝汽式汽輪機(jī),通流部分由高、中、低壓三部分組成,高壓由9級(jí)組成,中壓部分由10級(jí)組成,低壓部分由2×4級(jí)壓力級(jí)組成,機(jī)組共計(jì)27級(jí)。蒸汽輪機(jī)高中壓缸和低壓缸之間通過sss離合器連接,冬季供熱工況熱負(fù)荷需求較大時(shí),汽機(jī)低壓缸解列,高中壓缸按照背壓方式運(yùn)行,其排汽及余熱鍋爐低壓主汽全部用于熱網(wǎng)加熱器供熱。非供熱工況或熱負(fù)荷需求較低時(shí),高中壓缸和低壓缸通過sss離合器連成一個(gè)軸實(shí)現(xiàn)純凝、抽凝運(yùn)行。

冷卻塔本體型號(hào)為NH-6500型機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,整套塔處理流量大于51414m3/h,單格設(shè)計(jì)流量6500m3/h,進(jìn)塔水溫42℃,出塔水溫32℃,進(jìn)塔設(shè)計(jì)干球溫度27.5℃,濕球溫度24.7℃,大氣壓力100.0kPa,相對(duì)濕度0.80,空氣密度1.15kg/m3,冷卻幅高7.3℃。冷卻塔頂端布置有8臺(tái)風(fēng)機(jī)以強(qiáng)化換熱,風(fēng)機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)10360,風(fēng)機(jī)葉輪直徑10360mm,設(shè)計(jì)風(fēng)量3100000m3/h,每臺(tái)風(fēng)機(jī)額定功率220kw。循環(huán)水泵為定速泵,額定功率2300kw,額定流量25950t/h。

2計(jì)算方法

一般而言,提升機(jī)力通風(fēng)冷卻水塔風(fēng)機(jī)電流可以降低機(jī)組背壓,進(jìn)而提升機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷,但會(huì)增加發(fā)電廠的廠用電率。

理論上需要分別建立機(jī)組發(fā)電功率一背壓模型、機(jī)力通風(fēng)塔風(fēng)機(jī)功率一背壓模型和循環(huán)水泵功率一背壓模型,然后劃分離散工況點(diǎn),做出機(jī)組凈功率增量一背壓函數(shù)曲線以求得機(jī)組的最佳背壓[5-6]。但由于上述方法需要建立3個(gè)模型,計(jì)算方式復(fù)雜且容易增大累積誤差,所以考慮直接建立機(jī)組凈功率一背壓模型來(lái)尋找最佳背壓。

利用電廠S1S系統(tǒng)調(diào)取了"二拖一"聯(lián)合循環(huán)機(jī)組2019年1月至2020年12月的發(fā)電負(fù)荷、背壓、環(huán)境溫度、風(fēng)機(jī)電流等測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

對(duì)8臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率進(jìn)行累加求和,得到了風(fēng)機(jī)的總功率數(shù)據(jù):

式中(P1為8臺(tái)風(fēng)機(jī)總耗功)kw):Un為第n臺(tái)風(fēng)機(jī)的電壓)V):In為第n臺(tái)風(fēng)機(jī)的電流)A):cosφ為風(fēng)機(jī)相位角余弦值,取0.858。

在算出風(fēng)機(jī)耗功之后,計(jì)算同一時(shí)刻下蒸汽輪機(jī)機(jī)組負(fù)荷與風(fēng)機(jī)耗功及循環(huán)水泵耗功的差值作為機(jī)組凈功率。

式中(P為蒸汽輪機(jī)機(jī)組凈功率)kw):Q為蒸汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷)kw):P2為蒸汽輪機(jī)循環(huán)水泵功率)kw)。

選取2019一2020年兩年數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,即可計(jì)算機(jī)組在不同環(huán)境溫度與蒸汽輪機(jī)負(fù)荷情況下的最佳背壓。選取原則如下:

(1)選取典型負(fù)荷數(shù)據(jù),每個(gè)負(fù)荷附近士1Mw都作為該負(fù)荷的數(shù)據(jù):

(2)在每一負(fù)荷下,每個(gè)環(huán)境溫度附近士0.5℃都作為該溫度的數(shù)據(jù)。

3計(jì)算結(jié)果

圖1是機(jī)組負(fù)荷120Mw、環(huán)境溫度30℃時(shí)機(jī)組凈功率與背壓的關(guān)系圖。

圖2是機(jī)組負(fù)荷180Mw、環(huán)境溫度10℃時(shí)機(jī)組凈功率與背壓的關(guān)系圖。

可以看出,隨著機(jī)組背壓的升高,機(jī)組發(fā)電凈功率均呈下降趨勢(shì),所以在這兩個(gè)工況下,在機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際過程中,還應(yīng)繼續(xù)降低機(jī)組背壓以獲得節(jié)能收益。

4節(jié)能效果評(píng)估

根據(jù)圖1與圖2所述計(jì)算結(jié)果,可以得到在當(dāng)前運(yùn)行周期內(nèi)某一機(jī)組負(fù)荷及環(huán)境溫度下的最佳背壓及在該背壓下的機(jī)組發(fā)電凈功率,將該最佳背壓下機(jī)組發(fā)電凈功率與運(yùn)行周期內(nèi)所有其他發(fā)電凈功率點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比,可以得到采用最佳背壓時(shí)發(fā)電凈功率的增加值,即采用最佳背壓時(shí)可獲得的節(jié)能收益。

圖3所示為汽機(jī)功率180Mw、環(huán)境溫度在30℃附近時(shí)汽機(jī)運(yùn)行凈功率與按照推薦背壓運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)的凈功率對(duì)比,在該工況下,若按照推薦背壓運(yùn)行,平均可多發(fā)電量0.23Mw·h,經(jīng)濟(jì)效益提升約0.13%。

圖4所示為汽機(jī)功率180Mw、環(huán)境溫度在20℃附近時(shí)汽機(jī)運(yùn)行凈功率與按照推薦背壓運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)的凈功率對(duì)比,在該工況下,若按照推薦背壓運(yùn)行,平均可多發(fā)電量0.88Mw·h,經(jīng)濟(jì)效益提升約0.48%。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì),按照推薦背壓運(yùn)行,全工況下可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量約0.22%。

5調(diào)整策略

基于最佳節(jié)能背壓曲線和歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得出,若進(jìn)行冷端優(yōu)化改造,機(jī)組運(yùn)行情況將會(huì)發(fā)生改變。另外,受機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況影響,機(jī)組背壓可能無(wú)法調(diào)整至最佳節(jié)能背壓或有不準(zhǔn)確因素產(chǎn)生誤差,比如增開風(fēng)機(jī)后機(jī)組背壓卻無(wú)法降低,故提出簡(jiǎn)化的機(jī)組背壓節(jié)能運(yùn)行調(diào)整原則。

根據(jù)“二拖一"聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的背壓一功率修正曲線,當(dāng)運(yùn)行背壓在5.0~5.9kPa時(shí),背壓每降低1kPa,機(jī)組可多發(fā)電3Mw·h,每臺(tái)機(jī)力通風(fēng)塔風(fēng)機(jī)耗電量0.22Mw·h,每臺(tái)循環(huán)水泵耗電量2.3Mw·h,所以在氣候環(huán)境條件及機(jī)組負(fù)荷保持穩(wěn)定的工況下,每開啟兩臺(tái)風(fēng)機(jī)若能降低背壓0.15kPa及以上,或每開啟一臺(tái)循環(huán)水泵可以降低背壓0.77kPa及以上,那么就會(huì)產(chǎn)生節(jié)能收益。

當(dāng)運(yùn)行背壓為4.0~4.9kPa時(shí),背壓每降低1kPa,機(jī)組可多發(fā)電2Mw·h,則每開啟兩臺(tái)風(fēng)機(jī)若能降低背壓0.22kPa及以上,或每開啟一臺(tái)循環(huán)水泵可以降低背壓1.15kPa及以上,那么就會(huì)產(chǎn)生節(jié)能收益:當(dāng)運(yùn)行背壓為6.0~6.9kPa時(shí),背壓每降低1kPa,機(jī)組可多發(fā)電3.2Mw·h,則每開啟兩臺(tái)風(fēng)機(jī)若能降低背壓0.14kPa及以上,或每開啟一臺(tái)循環(huán)水泵可以降低背壓0.72kPa及以上,那么就會(huì)產(chǎn)生節(jié)能收益。

6結(jié)語(yǔ)

本文采用數(shù)據(jù)分析與理論計(jì)算的方式,對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組冷端運(yùn)行背壓數(shù)值給出優(yōu)化建議,并評(píng)估計(jì)算了采用最佳背壓可產(chǎn)生的節(jié)能收益,同時(shí),根據(jù)汽輪機(jī)制造廠家提供的機(jī)組發(fā)電功率一背壓修正曲線,對(duì)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整策略給出了理論描述,可為聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供參考。