CN110454373B - 一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，包括步骤：步骤1，确定机组负荷、海水水温和潮汐水位作为海水直流冷却水系统循环水泵优化运行的边界条件；步骤2，确定循环水泵运行台数；步骤3，在机组运行时可能面临的机组负荷、潮汐水位和循环水泵运行台数的范围内，进行循环水泵转速的全局优化；步骤4，计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速；步骤5，在通过对比当前海水水温与步骤3中两种不同转速优化算法的分界点处的海水温度值，确定循环水泵转速优化算法；步骤6，改变循环水泵运行台数，重复步骤2‑5，通过优选得出当前机组负荷、海水水温和潮汐水位下的最优循环水泵运行台数和转速。

Description

一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法

技术领域

本发明属于火电厂海水直流冷却水系统领域，具体涉及一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，该方法考虑海水升温以后对周围海域的温排放影响，对最大海水温升进行了一定的限制的前提下，能够快速、准确指导海水直流冷却水系统的变频式循环水泵优化运行。

背景技术

火电厂冷却水系统的优化运行是降低机组发电煤耗的一个重要环节，也是目前火电机组推行节能降耗运行的最具潜力的技术途径。冷却水系统优化运行是在给定的设备参数和边界条件下，研究系统中各因素的影响来寻找经济最优解，即确定最优凝汽器压力和对应的冷却水流量。而最优凝汽器压力和对应的冷却水流量是通过调整变频式循环水泵的运行方式(运行台数、转速)来实现的。海水直流冷却水系统是一种以海水为水源的直流冷却水系统，它的运行边界条件包括：机组负荷、海水水温和潮汐水位。通过及时调整循环水泵运行方式(运行台数、转速)，确保在一定的机组负荷、海水水温和潮汐水位下，凝汽器达到最优压力，实现循环水泵优化运行，对降低电厂厂用电率、促进节能降耗、提高机组经济性具有重要的意义。

采用海水直流冷却水系统的电厂排出的大量的废热会使海水水温迅速升高。而海水温度作为重要的水质和生态环境要素，会影响海水的物理、化学和生物的化学性质，从而间接影响到各类海水生物的生长和繁殖活动。同时，热废水的升温作用会使受纳水体的水温超过生物的适宜温度，也将直接导致生物的生长受到抑制甚至死亡，对生态环境造成严重的影响。因此，一些国家和地区都指定了合适的水体温度控制标准，明确温排水的关键控制参数(如取排水温升)，以避免和减轻温排放的影响。如，印度规定了取排水温升应小于7℃；加拿大则规定取排水温升应小于10℃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以降低机组发电煤耗为目标，以最大的海水取排水温升作为约束条件，优化调整海水直流冷却水系统中变频式循环水泵的运行方式(运行台数、转速)。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，该方法包括循环水泵的运行台数优化和转速优化两个部分，具体包括以下步骤：

步骤1，确定机组负荷、海水水温和潮汐水位作为海水直流冷却水系统循环水泵优化运行的边界条件；

步骤2，在当前海水直流冷却水系统优化运行的边界条件下，确定循环水泵运行台数，作为循环水泵转速优化的边界条件；

步骤3，在机组运行时可能面临的机组负荷、潮汐水位和循环水泵运行台数的范围内，进行循环水泵转速的全局优化；

步骤4，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速n_m；

步骤5，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，通过对比当前海水水温与步骤3中两种不同转速优化算法的分界点处的海水温度值，确定循环水泵转速优化算法；

步骤6，改变循环水泵运行台数，重复步骤2-5，并通过对比不同循环水泵运行台数下的最优循泵水泵转速及其净收益功率进行循环水泵运行台数优化，通过优选得出当前机组负荷、海水水温和潮汐水位下的最优循环水泵运行台数和转速。

本发明进一步的改进在于，步骤3中具体的优化方法为：在循环水泵最小转速n_min至额定转速n_r范围内，依次增大循环水泵转速，并对各转速进行海水直流冷却水系统变工况特性计算，确定不同循环水泵转速下的汽轮机微增功率、循环水泵耗功和净收益功率；基于计算得的净收益功率，进行海水直流冷却水系统优化运行计算，确定最优循环水泵转速；通过改变海水温度，使最优循环水泵转速工况对应的海水的取排水温升正好等于其允许的最大值，获得两种不同转速优化算法的分界点，该分界点为不同的海水温度值；该分界点用于在每次循环水泵转速优化时使用。

本发明进一步的改进在于，各循环水泵转速下的净收益功率的计算公式为：

式中：ΔP为机组净收益功率，kW；P_t为机组的微增功率，kW；P_pi为机组第i台循环水泵的耗电功率，kW；i＝1，2，3…n；n为循环水泵运行台数。

本发明进一步的改进在于，步骤5中，如选择第一种循环水泵转速优化算法，则n_m即为最优循环水泵转速；如选择第二种循环水泵转速优化算法，则在n_m与循环水泵额定转速n_r间进行循环水泵转速优化。

本发明进一步的改进在于，步骤5的具体优化方法为：在n_m至额定转速n_r的范围内，依次增大循环水泵转速，并对各转速进行海水直流冷却水系统变工况特性计算，确定不同循环水泵转速下的汽轮机微增功率、循环水泵耗功和净收益功率；基于计算得的净收益功率，进行海水直流冷却水系统优化运行计算，确定最优循环水泵转速。

本发明进一步的改进在于，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，首先计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速n_m，其中海水取排水温升的计算公式为：

式中：W_c为凝汽器内冷却水的吸热量，kW；c_w为冷却水比热容，kJ/(kg·℃)；Q为冷却水流量，m³/s；

冷却水流量表示为：

Q＝f(N_p,n,H_sw)

式中：Q为冷却水流量，t/h；N_p为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min；H_sw为潮汐水位，m；

由海水取排水温升和冷却水流量的计算公式可知，在一定的机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数下，通过调整循环水泵转速改变冷却水流量以达到使海水的取排水温升达到其允许的最大值的目的。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，该方法可在对海水的最大取排水温升进行限制的前提下，根据当前机组负荷、海水水温和潮汐水位，确定循环水泵转速优化算法，快速确定最优的循环水泵转速；通过使用该方法，可避免每次都在全局范围内优选循环水泵转速，显著减少运算次数，最终快速、准确的确定最优循环水泵运行台数和转速，提高循环水泵优化运行的计算效率。

附图说明

图1为海水直流冷却水系统不同循环水泵转速优化算法分界点的计算方法。

图2为海水直流冷却水系统循环水泵转速全局优化方法。

图3为海水直流冷却水系统循环水泵转速优化方法。

图4为海水直流冷却水系统循环水泵优化运行方法。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：

如图1所示，在机组运行时可能面临的机组负荷、潮汐水位和循环水泵运行台数的范围内，进行循环水泵转速的全局优化计算(转速全局优化流程见图2)；通过迭代计算海水温度，使得最优循环水泵转速结果中对应的海水的取排水温升正好等于其允许的最大值，则该计算得的海水温度为两种不同循环水泵转速优化算法的分界点；某机组海水直流冷却水系统不同循环水泵转速优化算法的分界点如下表1所示；当海水温度小于表1中的水温时，则选择第一种循环水泵转速优化算法，否则选择第二种循环水泵转速优化算法。

表1机组两台循环水泵运行时的转速优化算法分界点

由图2的循环水泵转速全局优化方法可知，在当前循环水泵转速优化的边界条件(机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数)下，在循环水泵最小转速n_min至额定转速n_r范围内，依次增大循环水泵转速，并对各转速进行海水直流冷却水系统变工况特性计算，该变工况计算包括凝汽器热力计算，汽轮机微增功率计算和循环水泵耗功计算；通过变工况计算获得各循环水泵转速下的净收益功率，其中净收益功率的计算公式为：

式中：ΔP为机组净收益功率，kW；P_t为机组的微增功率，kW；P_pi为机组第i台循环水泵的耗电功率，kW；i＝1，2，3…n；n为循环水泵运行台数。

根据各循环水泵转速下的海水直流冷却水系统变工况特性计算结果，进行海水直流冷却水系统优化运行计算，优选出当前边界条件下的最优循环水泵转速和最大净收益功率。

由图3中本发明提出的循环水泵转速优化方法可知，在当前循环水泵转速优化的边界条件(机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数)下，首先计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速n_m，其中海水取排水温升的计算公式为：

式中：W_c为凝汽器内冷却水的吸热量，kW；c_w为冷却水比热容，kJ/(kg·℃)；Q为冷却水流量，m³/s。

上式中冷却水流量需由循环水泵特性曲线和系统阻力特性曲线计算确定。当循环水泵运行方式(台数、转速)不同时，有不同的循环水泵性能曲线。对于海水直流冷却水系统，在一定的系统阻力系数下，系统阻力特性曲线取决于系统静扬程；系统静扬程等于吸水井水位和虹吸井堰顶水位之差，其中吸水井水位可近视为潮汐水位；如不考虑虹吸井堰顶水位的变化，则系统阻力特性曲线取决于潮汐水位，因此，冷却水流量可表示为：

Q＝f(N_p,n,H_sw)

式中：Q为冷却水流量，t/h；N_p为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min；H_sw为潮汐水位，m。

由海水取排水温升和冷却水流量的计算公式可知，在一定的机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数下，可通过调整循环水泵转速改变冷却水流量以达到使海水的取排水温升达到其允许的最大值的目的。

由图3可知，当完成循环水泵转速n_m的计算后，通过对比当前边界条件下的海水水温与两种不同转速优化算法的分界点处的海水温度值(如表1所示)，确定循环水泵转速优化算法；当海水温度小于表1中的水温时，则选择第一种循环水泵转速优化算法，则n_m即为最优循环水泵转速；否则选择第二种循环水泵转速优化算法，则在n_m与循环水泵额定转速n_r间进行循环水泵转速优化，具体优化流程与图2类似，仅是将循环水泵的转速范围由最小转速n_min至额定转速n_r调整为n_m至额定转速n_r。

由图4中循环水泵优化运行方法可知，在循环水泵最小运行台数至最大运行台数的范围内，依次增加循环水泵的运行台数，并进行循环水泵转速的优化计算，优选出当前机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数下的最优循环水泵转速和最大净收益功率；根据循环水泵转速优化的计算结果进行海水直流冷却水系统优化运行计算，优选出当前循环水泵优化运行边界条件(机组负荷、海水水温和潮汐水位)下的最优循环水泵运行台数、转速和最大净收益功率。

Claims (3)

1.一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，其特征在于，该方法包括循环水泵的运行台数优化和转速优化两个部分，具体包括以下步骤：

步骤1，确定机组负荷、海水水温和潮汐水位作为海水直流冷却水系统循环水泵优化运行的边界条件；

步骤2，在当前海水直流冷却水系统优化运行的边界条件下，确定循环水泵运行台数，作为循环水泵转速优化的边界条件；

步骤3，在机组运行时可能面临的机组负荷、潮汐水位和循环水泵运行台数的范围内，进行循环水泵转速的全局优化；具体的优化方法为：在循环水泵最小转速n_min至额定转速n_r范围内，依次增大循环水泵转速，并对各转速进行海水直流冷却水系统变工况特性计算，确定不同循环水泵转速下的汽轮机微增功率、循环水泵耗功和净收益功率；基于计算得的净收益功率，进行海水直流冷却水系统优化运行计算，确定最优循环水泵转速；通过改变海水温度，使最优循环水泵转速工况对应的海水的取排水温升正好等于其允许的最大值，获得两种不同转速优化算法的分界点，该分界点为不同的海水温度值；该分界点用于在每次循环水泵转速优化时使用；

各循环水泵转速下的净收益功率的计算公式为：

式中：ΔP为机组净收益功率，kW；P_t为机组的微增功率，kW；P_pi为机组第i台循环水泵的耗电功率，kW；i＝1，2，3…n；n为循环水泵运行台数；

步骤4，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速n_m；

步骤5，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，通过对比当前海水水温与步骤3中两种不同转速优化算法的分界点处的海水温度值，确定循环水泵转速优化算法；其中，如选择第一种循环水泵转速优化算法，则n_m即为最优循环水泵转速；如选择第二种循环水泵转速优化算法，则在n_m与循环水泵额定转速n_r间进行循环水泵转速优化；

步骤6，改变循环水泵运行台数，重复步骤2-5，并通过对比不同循环水泵运行台数下的最优循泵水泵转速及其净收益功率进行循环水泵运行台数优化，通过优选得出当前机组负荷、海水水温和潮汐水位下的最优循环水泵运行台数和转速。

2.根据权利要求1所述的一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，其特征在于，步骤5的具体优化方法为：在n_m至额定转速n_r的范围内，依次增大循环水泵转速，并对各转速进行海水直流冷却水系统变工况特性计算，确定不同循环水泵转速下的汽轮机微增功率、循环水泵耗功和净收益功率；基于计算得的净收益功率，进行海水直流冷却水系统优化运行计算，确定最优循环水泵转速。

3.根据权利要求2所述的一种海水直流冷却水系统变频泵优化运行方法，其特征在于，在当前循环水泵转速优化的边界条件下，首先计算得当海水的取排水温升达到其允许的最大值时的循环水泵转速n_m，其中海水取排水温升的计算公式为：

式中：W_c为凝汽器内冷却水的吸热量，kW；c_w为冷却水比热容，kJ/(kg·℃)；Q为冷却水流量，m³/s；

冷却水流量表示为：

Q＝f(N_p,n,H_sw)

式中：Q为冷却水流量，t/h；N_p为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min；H_sw为潮汐水位，m；

由海水取排水温升和冷却水流量的计算公式可知，在一定的机组负荷、海水温度、潮汐水位和循环水泵运行台数下，通过调整循环水泵转速改变冷却水流量以达到使海水的取排水温升达到其允许的最大值的目的。

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