CN106894854B - 表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法，可使表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行更加科学合理，提高发电机组运行经济性，同时进行自动控制运行，提高了机组自动化运行水平。本发明不用进行现场性能试验获得不同负荷、不同环境温度下循环水流量与背压的关系，根据机组实际运行性能即可实现冷端系统运行优化。由于随着时间变化，条件也发生变化，不同负荷、不同环境温度下循环水流量与背压关系是不同的，所以采用本发明提高了运行优化的精度，另外也降低了项目实施投资。本发明提供的冷端系统运行优化方法可使冷端系统自动经济运行，避免了运行人员人工调整的误差，减少了运行人员劳动强度，提高发电机组运行经济性。

Description

表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法

【技术领域】

本发明属于节能技术领域，涉及一种表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法。

【背景技术】

随着社会对环保的日益重视，对燃煤发电机组的要求越来越高，根据国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布的《电力发展“十三五”规划(2016-2020)》，期间要求现役燃煤发电机组经改造平均供电煤耗低于310克，除了实施改造外，对机组运行水平也提出更高要求。由于表凝式间接空冷机组本身运行经济性较湿冷机组差，因此开展间接空冷机组冷端系统优化运行的研究更加紧迫，对于降低机组煤耗和提高机组运行经济性具有十分重要的意义。

表凝式间接空冷发电机组日常运行调整主要依靠调节循环水流量，目前系统运行主要依靠运行人员经验决定运行方式，人为设定循环水流量，对于不同工况和环境因素与经济运行背压之间的关系缺乏定量依据，没有科学依据，不能及时针对环境和工况变化对机组运行方式做出合理的调整，导致间接空冷机组冷端系统运行经济性较差。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法，该方法能够提高燃煤间接空冷发电机组的运行经济性，使间接空冷机组冷端系统运行始终处于最经济的运行状态，并且达到自动运行。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法，当机组在稳定负荷下运行时，运行循环水流量为q_n-1，循环水泵的耗功为P_fn-1，包括以下步骤：

1)降低循环水泵耗功5％运行，即循环水泵电机以总功率0.95P_fn-1运行；

2)如果循环水泵耗功变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量：

2-1)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵以P_fmin运行；

2-2)如果P_fn＞P_fmin，则执行以下操作：

a)降低循环水泵耗功5％运行，即循环水泵电机以总功率0.95P_fn-1运行；

b)如果循环水泵耗功变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量；

c)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵以P_fmin运行，即P_fmin下的循环水流量为最佳流量，否则重复从步骤a)开始操作；

d)如果循环水泵耗功变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量，则取1.02P_fn-1运行；

e)如果循环水泵耗功变化量△P_f≤△N机组发电功率变化量，重复从步骤d)开始操作；

f)如果循环水泵耗功变化量△P_f＞△N机组发电功率变化量，0.99P_fn-1为最佳运行方式，即0.99P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量。

3)如果循环水泵耗功变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量

3-1)增加循环水泵耗功5％运行，即循环水泵电机以总功率1.05P_fn-1运行，如果P_fn≥P_fmax，则取P_fmax运行；

3-2)如果△N＞△P_f，重复从步骤3-1)开始执行；

3-3)否则取0.98P_fn-1运行；

3-4)如果△P_f＞△N，重复从步骤3-3)开始执行；

3-5)否则取1.01P_fn-1为最佳运行方式，即1.01P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量。

表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法，当机组在稳定负荷下运行时，运行循环水流量为q_n-1，循环水泵的耗功为P_fn-1，包括以下步骤：

1)根据循环水系统性能试验结果，确定循环水泵不同运行方式下的循环水流量q_n、循环泵功耗P_fn；

2)在当前环境温度和机组负荷下，计算不同循环水泵运行方式下的间冷塔进出水温度t_a2、t_a1、汽轮机排汽压力P_e；

3)计算不同循环水泵运行方式与当前运行方式下的循环水泵耗功变化量△P_f和机组发电功率变化量△N，其中，△P_f＝P_fn－P_fn-1，△N＝N_n－N_n-1；

4)计算机组发电功率变化量△N与循环水泵耗功变化量△P_f的差值△N－△P_f，当差值为正数时，取差值最大的循环水泵运行方式为最优运行方式，并将循环水泵调整为该方式下运行；当差值为负数时，现运行方式为最优运行方式，并维持该方式运行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可使表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行更加科学合理，提高发电机组运行经济性，同时进行自动控制运行，提高了机组自动化运行水平。具体的本发明优化方法具有以下优点：

1)不用进行现场性能试验获得不同负荷、不同环境温度下循环水流量与背压的关系，根据机组实际运行性能即可实现冷端系统运行优化。由于随着时间变化，条件也发生变化，不同负荷、不同环境温度下循环水流量与背压关系是不同的，所以采用本发明提高了运行优化的精度，另外也降低了项目实施投资。

2)不用进行现场性能试验获得循环水流量与功率的关系，直接根据变频循环水泵运行实时电机功率值进行运行优化。由于变频循环水泵功率与循环水流量、循环水温度、系统阻力等有关，一次试验不能代表变频循环水泵流量与功率的永久关系，所以采用本发明提高了运行优化的精度，另外也降低了项目实施投资。

3)本发明提供的冷端系统运行优化方法可使冷端系统自动经济运行，避免了运行人员人工调整的误差，减少了运行人员劳动强度，提高发电机组运行经济性。

4)本方法简单易行，提高了机组自动化运行水平。

【附图说明】

图1为本发明变频循环水泵配置的实施流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在机组控制系统中加装控制逻辑进行计算，计算出使机组运行经济性最佳的循环水量，并自动调整循环水泵在最佳运行方式；此逻辑模块为冷端系统运行优化自动运行模块。机组在运行中，可进行手动运行和运行优化自动运行切换。

在环境温度Ta≥5℃，不需要防冻时，当机组负荷运行稳定后，即可将冷端系统运行模式切为运行优化自动运行模式。

冷端系统运行优化自动运行模块实施方式为：降低循环水运行流量时，只要循环水泵耗功变化量△P_f＞机组发电功率变化量△N，继续降低循环水运行流量，直至△P_f≤△N，如果循环水最佳运行流量达到最小值q_min(受循环水泵等限制循环水流量不能再降低)，则以q_min为循环水泵最佳运行流量。增加循环水运行流量时，只要机组发电功率变化量△N＞循环水泵耗功变化量△P_f，继续增加循环水运行流量，直至△N≤△P_f，找到循环水最佳运行流量；如果循环水最佳运行流量q达到最大值q_max(受循环水泵等限制循环水流量不能再增加)，则q_max即为循环水最佳运行流量，保持循环水在此流量下运行。

在冷端运行优化自动运行模式下，当稳定运行达到1小时，运行优化逻辑模块开始自动运行，寻找循环水最佳运行流量，确定循环水泵最佳运行方式，并在此方式下运行。

具体实施步骤如下：

当机组在稳定负荷下运行时，运行循环水流量为q_n-1，循环水泵耗功为P_fn-1。

一)对于采用变频循环水泵，如图1所示，采用下列步骤：

1)降低循环水泵功耗5％运行(通过改变循环水泵电机运行频率实现)，即循环水泵电机以总功率0.95P_fn-1运行(即降低循环水运行流量5％运行，调整循环水流量为q_n＝0.95q_n-1)。

2)如果循环水泵耗功变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量：

(1)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵以P_fmin运行；

(2)P_fn﹥P_fmin，则执行以下操作：

a)降低循环水泵耗功5％运行，即循环水泵电机以总功率0.95P_fn-1运行；

b)如果循环水泵耗功变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量；

c)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵以P_fmin运行，即P_fmin下的循环水流量为最佳流量，否则重复从a)开始操作；

d)如果循环水泵耗功变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量，则取1.02P_fn-1运行；

e)如果循环水泵耗功变化量△P_f≤△N机组发电功率变化量，重复从d)开始操作；

f)如果循环水泵耗功变化量△P_f﹥△N机组发电功率变化量，取0.99P_fn-1为最佳运行方式，即0.99P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量。

3)如果循环水泵耗功变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量

(1)增加循环水泵耗功5％运行，即循环水泵电机以总功率1.05P_fn-1运行(即增加循环水运行流量5％运行，调整循环水流量为q_n＝1.05q_n-1)，如果P_fn≥P_fmax，则取P_fmax运行。

(2)如果△N﹥△P_f，重复从(1)开始执行；

(3)否则取0.98P_fn-1运行；

(4)如果△P_f﹥△N，重复从(3)开始执行；

(5)否则取1.01P_fn-1为最佳运行方式，即1.01P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量。

二)对于采用定速循环水泵，采用下列步骤：

间接空冷机组一般一台机组配置三台循环水泵，多数机组三台循环水泵均为定速泵或高低速泵，通过改变投运循环水泵数量或者高低速切换来改变运行方式，循环水流量不可连续调节。对于采用定速循环水泵的机组，在运行优化逻辑模块中采用下列步骤实施冷端系统自动优化运行。

在环境温度Ta≥5℃，不需要防冻时，当机组负荷运行稳定后，通过运行参数计算不同循环水泵运行方式下的经济性，确定最佳运行方式，并在此方式下运行。

1)根据循环水系统性能试验结果，确定循环水泵不同运行方式下的循环水流量q_n、循环泵功耗P_fn；

2)在当前环境温度和机组负荷下，计算不同循环水泵运行方式的间冷塔进出水温度t_a2、t_a1、汽轮机排汽压力P_e等性能参数；

3)计算不同循环水泵运行方式与当前运行方式下的循环水泵耗功变化量△P_f(△P_f＝P_fn-P_fn-1)和机组发电功率变化量△N(△N＝N_n-N_n-1)；

4)计算机组发电功率变化量△N与循环水泵耗功变化量△P_f的差值(△N-△P_f)，当差值为正数时，取差值最大的循环水泵运行方式为最优运行方式，并将循环水泵调整为该方式下运行；当差值为负数时，现运行方式为最优运行方式，并维持该方式运行。

本发明的原理：

间接空冷机组冷端系统运行性能与机组负荷、环境温度、循环水流量和凝汽器进水温度等因素相关，当机组负荷和环境温度一定，空冷塔出塔水温(即凝汽器循环水入口温度)受空冷塔性能、循环水体积流量的影响，不同的循环水流量导致不同的空冷塔出水温度，对应不同的汽轮机排汽压力，而汽轮机排汽压力直接影响到机组运行经济性。汽轮机排汽压力越高，机组运行热耗越高、发电煤耗越高；汽轮机排汽压力越低、机组运行热耗越低、发电煤耗越低。当机组负荷和环境温度一定时，间冷塔出水温度越低，汽轮机排汽压力越低；间冷塔出水温度越高，汽轮机排汽压力越高；循环水流量越大，汽轮机排汽压力越低；循环水流量越小，汽轮机排汽压力越高；但循环水流量越大，循环水泵耗功越大，循环水流量越小，循环水泵耗功越小。所以存在最佳的循环水流量，使得汽轮机组运行经济性最高，发电煤耗最低。

表凝式间接空冷发电机组DCS系统包含有如下运行参数：

1)机组发电功率N kW

2)主汽压力P MPa

3)主汽温度T℃

4)汽轮机主蒸汽流量Q t/h

5)环境温度T_a℃

6)循环水流量q t/h

7)变频循环水泵总功率P_f kW

8)汽轮机排汽压力P_e kPa

9)间冷塔出水(凝汽器进水)温度t_a1℃

10)间冷塔进水(凝汽器出水)温度t_a2℃

在机组主汽压力P、主汽温度T、汽轮机主蒸汽流量Q和环境温度T_a不变的条件下：

当循环水流量由q_n-1增加到q_n时：间冷塔出水(凝汽器进水)温度由ta_1n-1变化到ta_1n；汽轮机背压由P_en-1降低到P_en；机组发电功率由N_n-1增加到N_n，循环水泵总功率由P_fn-1增加到P_fn。

循环水泵耗功变化：△P_f＝P_fn-P_fn-1

机组发电功率变化：△N＝N_n-N_n-1

当机组发电功率增加量△N大于循环水泵耗功增加量△P_f时，说明循环水流量由q_n-1增加到q_n有利于机组运行经济性提高；反之，△N小于△P_f时，循环水流量由q_n-1增加为q_n不利于机组运行经济性提高。

所以对于间接空冷发电机组，在一定的机组负荷和环境温度下，存在一个最佳的运行循环水流量q使机组的运行经济性最高。本发明为了提高表凝式间接空冷机组冷端系统运行经济性，使冷端系统运行始终处于最经济的运行状态，根据机组负荷、环境温度等参数确定机组经济运行背压，从而确定循环水泵的经济运行方式，达到机组运行经济性最大，实现冷端系统运行自动化。本发明的目的就是寻找最佳的运行循环水流量，并使机组循环水泵自动在最佳流量下运行，达到机组运行经济性最大化。

机组在某一负荷下，汽轮机排汽压力的变化对机组电功率的影响可以通过汽轮机微增出力试验得到，即通过试验得到关系式：△N＝f(N、Pe、△Pe)。从而，根据机组运行参数发电功率N、汽轮机排汽压力P_e，即可计算出循环水流量由q_n-1变化到q_n(汽轮机排汽压力由P_en-1变化到P_en)时的机组发电功率变化量△N(△P_e＝P_en-P_en-1)。

机组DCS系统中有循环水泵电机总功率的参数值，根据循环水泵电机总功率即可计算出循环水泵耗功变化量。如果DCS系统中没有循环水泵电机总功率P_f的参数值，可用电机电流值I、电压值V和功率因数F，即可通过电压、电流和功率因数计算出功率：P_f＝3^0.5×I×V×F。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法，其特征在于，循环水泵为电机驱动的变频循环水泵，当机组在稳定负荷下运行时，运行循环水流量为q_n-1，循环水泵的功耗为P_fn-1，包括以下步骤：

1)降低循环水泵功耗5％运行，即循环水泵功耗以0.95P_fn-1运行；

2)如果循环水泵功耗变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量：

2-1)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵功耗以P_fmin运行；

2-2)如果P_fn＞P_fmin，则执行以下操作：

a)降低循环水泵功耗5％运行，即循环水泵功耗以0.95P_fn-1运行；

b)如果循环水泵功耗变化量△P_f≥△N机组发电功率变化量；

c)如果P_fn≤P_fmin，即q_n≤q_min，则循环水泵功耗以P_fmin运行，即P_fmin下的循环水流量为最佳流量，否则重复从步骤a)开始操作；

d)如果循环水泵功耗变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量，则取1.02P_fn-1运行；

e)如果循环水泵功耗变化量△P_f≤△N机组发电功率变化量，重复从步骤d)开始操作；

f)如果循环水泵功耗变化量△P_f＞△N机组发电功率变化量，0.99P_fn-1为最佳运行方式，即0.99P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量；

3)如果循环水泵功耗变化量△P_f＜△N机组发电功率变化量

3-1)增加循环水泵功耗5％运行，即循环水泵功耗以1.05P_fn-1运行，如果P_fn≥P_fmax，则取P_fmax运行；

3-2)如果△N＞△P_f，重复从步骤3-1)开始执行；

3-3)否则取0.98P_fn-1运行；

3-4)如果△P_f＞△N，重复从步骤3-3)开始执行；

3-5)否则取1.01P_fn-1为最佳运行方式，即1.01P_fn-1下的循环水流量为最佳运行流量。