CN112431748A - 基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法及系统 - Google Patents

基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法及系统，充分考虑汽轮机负荷、循泵运行方式和外界气象条件的变化对凝汽器进口水温的影响，基于凝汽器进口水温，快速、准确的进行变频式循环水泵优化运行；通过使用该方法，可避免进行复杂的冷却塔变工况热力计算，即使在缺少必要的冷却塔热力特性数据、阻力特性数据以及环境气象条件数据的情况下，仍可快速、准确的指导循环冷却水系统变频式循环水泵的优化运行。

Description

基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法及 系统
技术领域
本发明涉及燃气-蒸汽联合循环电厂循环冷却水系统领域，具体为基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法及系统。
背景技术
燃气-蒸汽联合循环电厂循环冷却水系统中循环水泵优化运行是降低机组发电热耗的一个重要环节，也是目前燃气-蒸汽联合循环电厂推行节能降耗运行的有效的技术途径。循环水泵优化运行是在给定的设备参数和边界条件下，研究循环冷却水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。循环冷却水系统由凝汽器、冷却塔、循环水泵及相应冷却水管道组成，它的运行边界条件包括：联合循环机组的汽轮机负荷和环境气象条件(大气压力、干球温度和相对湿度)。通过及时调整变频式循环水泵运行方式(运行台数、转速)，确保在一定的汽轮机负荷、环境气象条件下，使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。
现有文献资料表明，在循环冷却水系统中，由于凝汽器进口水温作为循环冷却水系统的内部参数，将受到汽轮机负荷、外界气象条件和循泵运行方式的影响。如未考虑汽轮机负荷、循泵运行方式和外界气象条件的变化对凝汽器进口水温的影响，将无法准确地指导实际电厂循环水泵的优化运行。因此，现有文献、专利资料中提出了许多通过汽轮机负荷和外界气象条件，指导循环水泵优化运行的方法。但是，以上方法在开展循环水泵优化运行时均需进行详细的冷却塔变工况热力计算，如缺少必要的冷却塔热力特性数据、阻力特性数据以及环境气象条件数据，上述方法将无法开展。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，优化调整循环冷却水系统中变频式循环水泵的运行方式，有效降低机组热耗。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，包括以下步骤：
步骤1、获取循环水泵当前的凝汽器进口水温以及循环水泵运行状态对应的冷却水流量，将联合循环机组当前的凝汽器进口水温和汽轮机负荷，作为循环冷却水系统的循环水泵优化运行的边界条件；
步骤2、在循环水泵优化运行的边界条件下，设定循环水泵运行台数，并比较不同循环水泵运行转速下的汽轮机净收益功率，选取设定循环水泵运行台数下的最优循环水泵运行转速；
步骤3，在循环水泵优化运行的边界条件下，在步骤2选取的循环水泵运行台数的范围内，计算不同循环水泵运行台数下最优循环水泵运行转速方案对应的汽轮机净收益功率，通过比较不同方案的汽轮机净收益功率，选取最优的循环水泵运行台数和对应的运行转速；
步骤4，调整当前联合循环机组循环水泵的运行方式至步骤3选取的最优循环水泵运行台数和运行转速；
步骤5，根据循环水泵调整前、后的凝汽器进口水温以及冷却水流量，确定冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子；
步骤6，根据影响因子修正凝汽器进口水温，并执行步骤3和4，得到最终的循环水泵运行台数和运行转速，并调整联合循环机组循环水泵的运行方式。
优选的，步骤1中所述凝汽器进口水温根据联合循环机组DCS系统记录得到。
优选的，步骤1中所述循环水泵运行状态对应的冷却水流量，由循环水泵特性曲线和系统阻力特性曲线计算确定，计算公式为：
Q＝f(Np,n)
式中：Q为冷却水流量，t/h；Np为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min。
优选的，步骤2中根据不同循环水泵运行转速进行循环冷却水系统变工况特性计算，该变工况特性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运行转速下的净收益功率。
优选的，步骤2所述汽轮机净收益功率的计算公式为：
Figure BDA0002793683920000031
式中：ΔP为机组净收益功率，kW；Pt为机组的微增功率，kW；Ppi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。
优选的，步骤3中在循环水泵最小运行台数至最大运行台数的范围内，由少到多依次增加循环水泵的运行台数并采用步骤2的方法，得到不同循环水泵运行台数下最优循环水泵转速和最大净收益功率，进而选出最优的循环水泵运行台数和运行转速。
优选的，步骤5中凝汽器进口水温的影响因子的计算方法如下：
Figure BDA0002793683920000041
式中：△Tcw1f为冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子；△Tcw1为循环水泵运行方式调整前、后的凝汽器进口水温变化量，℃；△Q为循环水泵运行方式调整前、后的冷却水流量的变化量。
优选的，步骤6中影响因子修正凝汽器进口水温的方法如下：
Tcw1c＝Tcw1+ΔTcw1f*Q
式中：Tcw1c为修正后的凝汽器进口水温；Tcw1为修正前的凝汽器进口水温，Q为冷却水流量。
一种终端系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，充分考虑汽轮机负荷、循泵运行方式和外界气象条件的变化对凝汽器进口水温的影响，基于凝汽器进口水温，快速、准确的进行变频式循环水泵优化运行；通过使用该方法，可避免进行复杂的冷却塔变工况热力计算，即使在缺少必要的冷却塔热力特性数据、阻力特性数据以及环境气象条件数据的情况下，仍可快速、准确的指导循环冷却水系统变频式循环水泵的优化运行。
附图说明
图1为本发明循环冷却水系统变频式循环水泵转速初步优化方法流程图。
图2为本发明循环冷却水系统变频式循环水泵运行台数初步优化方法流程图。
图3为本发明考虑凝汽器进口水温修正的变频式循环水泵转速优化方法流程图。
图4为本发明考虑凝汽器进口水温修正的变频式循环水泵运行台数优化方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，包括以下步骤：
步骤1、记录循环水泵调整前的凝汽器进口水温以及循环水泵运行状态对应的冷却水流量，设定循环冷却水系统的循环水泵优化运行的边界条件；
上述边界条件为联合循环机组当前的凝汽器进口水温和汽轮机负荷。
上述循环水泵运行状态包括循环水泵的数量和转速。
其中，凝汽器进口水温可根据联合循环机组DCS系统记录得到，循环水泵运行状态对应的冷却水流量，由循环水泵特性曲线和系统阻力特性曲线计算确定，计算公式为：
Q＝f(Np，n)
式中：Q为冷却水流量，t/h；Np为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min。
步骤2、在循环水泵优化运行的边界条件下，设定循环水泵运行台数，并比较不同循环水泵运行转速下的汽轮机净收益功率，初步优选出循环水泵运行台数下最优的循环水泵运行转速；
具体的，假设一定的循环水泵运行台数，并根据不同循环水泵运行转速进行循环冷却水系统变工况特性计算，该变工况特性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运行转速下的净收益功率，其中净收益功率的计算公式为：
Figure BDA0002793683920000061
式中：ΔP为机组净收益功率，kW；Pt为机组的微增功率，kW；Ppi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。
根据各循环水泵运行转速下的循环冷却水系统变工况特性计算结果，进行循环冷却水系统优化运行计算，初步优选出当前边界条件、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，计算流程如图1所示。
步骤3，在当前循环水泵优化运行的边界条件下，在步骤2选取的循环水泵运行台数的范围内，计算不同循环水泵运行台数下最优循环水泵运行转速方案对应的汽轮机净收益功率，通过比较不同方案的汽轮机净收益功率，优选出当前循环水泵优化运行的边界条件下，最优方案的循环水泵运行台数和运行转速。
参阅图2，在当前循环水泵优化运行的边界条件下，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重复进行循环冷却水系统变频式循环水泵转速初步优化运行计算，得到不同循环水泵运行台数下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循环冷却水系统优化运行计算，选出当前循环水泵优化运行的边界条件下，最优的循环水泵运行台数和运行转速的方案。
步骤4，调整当前联合循环机组循环水泵的运行方式至步骤3选取的最优循环水泵运行台数和运行转速的方案；
调整后由于循环冷却水系统中的凝汽器进口水温将受到循环水泵运行方式的影响，因此凝汽器进口水温将不可避免地发生变化；待联合循环机组运行稳定后，记录循环水泵运行方式调整后的联合循环机组的凝汽器进口水温以及循环水泵运行状态对应的冷却水流量；
其中，凝汽器进口水温可根据联合循环机组DCS系统记录得到，而循环水泵运行状态对应的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。
步骤5，基于循环水泵运行方式调整前、后的凝汽器进口水温以及冷却水流量，计算得到冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子，如下式所示：
Figure BDA0002793683920000071
式中：△Tcw1f为冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子；△Tcw1为循环水泵运行方式调整前、后的凝汽器进口水温变化量，℃；△Q为循环水泵运行方式调整前、后的冷却水流量的变化量，t/h；
具体的，根据步骤1记录的循环水泵运行方式调整前的凝汽器进口水温、循环水泵运行状态对应的冷却水流量、步骤4记录的循环水泵运行方式调整后的联合循环机组的凝汽器进口水温以及循环水泵运行状态对应的冷却水流量，计算冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子。
步骤6，将冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子带入步骤3、4的计算中，并对不同循环水泵运行台数、运行转速下的凝汽器进口水温进行修正(通过这种方式充分考虑汽轮机负荷、循泵运行方式和外界气象条件的变化对凝汽器进口水温的影响)，并计算得到最优的循环水泵运行台数和运行转速最终方案，调整联合循环机组循环水泵的运行方式，实现基于凝汽器进口水温的循环水泵优化运行。
如图3所示，将冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子带入循环冷却水系统变频式循环水泵转速优化运行计算中。以联合循环机组当前的凝汽器进口水温和汽轮机负荷作为循环冷却水系统循环水泵优化运行的边界条件，假设一定的循环水泵运行台数，并根据不同循环水泵运行转速下冷却水流量进行凝汽器进口水温的修正计算，如下式所示：
Tcw1c＝Tcw1+ΔTcw1f*Q
式中：Tcw1c为修正后的凝汽器进口水温，℃；Tcw1为修正前的凝汽器进口水温，℃。
将修正后的凝汽器进口水温作为循环冷却水系统循环水泵优化运行的边界条件，进行循环冷却水系统变工况特性计算和循环冷却水系统优化运行计算，优选出当前边界条件、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。
由图4可知，在当前循环水泵优化运行的边界条件下，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，并进行考虑凝汽器进口水温修正的变频式循环水泵转速优化运行计算，得到不同循环水泵运行台数下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循环冷却水系统优化运行计算，优选出当前循环水泵优化运行的边界条件下最优的循环水泵运行台数和运行转速。
本发明提供的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，充分考虑汽轮机负荷、循泵运行方式和外界气象条件的变化对凝汽器进口水温的影响，基于凝汽器进口水温，快速、准确的进行变频式循环水泵优化运行；通过使用该方法，可避免进行复杂的冷却塔变工况热力计算，即使在缺少必要的冷却塔热力特性数据、阻力特性数据以及环境气象条件数据的情况下，仍可快速、准确的指导循环冷却水系统变频式循环水泵的优化运行。
在示例性实施例中，还提供了一种终端系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
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 (9)

1.一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取循环水泵当前的凝汽器进口水温以及循环水泵运行状态对应的冷却水流量，将联合循环机组当前的凝汽器进口水温和汽轮机负荷，作为循环冷却水系统的循环水泵优化运行的边界条件；
步骤2、在循环水泵优化运行的边界条件下，设定循环水泵运行台数，并比较不同循环水泵运行转速下的汽轮机净收益功率，选取设定循环水泵运行台数下的最优循环水泵运行转速；
步骤3，在循环水泵优化运行的边界条件下，在步骤2选取的循环水泵运行台数的范围内，计算不同循环水泵运行台数下最优循环水泵运行转速方案对应的汽轮机净收益功率，通过比较不同方案的汽轮机净收益功率，选取最优的循环水泵运行台数和对应的运行转速；
步骤4，调整当前联合循环机组循环水泵的运行方式至步骤3选取的最优循环水泵运行台数和运行转速；
步骤5，根据循环水泵调整前、后的凝汽器进口水温以及冷却水流量，确定冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子；
步骤6，根据影响因子修正凝汽器进口水温，并执行步骤3和4，得到最终的循环水泵运行台数和运行转速，并调整联合循环机组循环水泵的运行方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤1中所述凝汽器进口水温根据联合循环机组DCS系统记录得到。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤1中所述循环水泵运行状态对应的冷却水流量，由循环水泵特性曲线和系统阻力特性曲线计算确定，计算公式为：
Q＝f(Np,n)
式中：Q为冷却水流量，t/h；Np为循环水泵运行台数；n为循环水泵转速，r/min。
4.根据权利要求1所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤2中根据不同循环水泵运行转速进行循环冷却水系统变工况特性计算，该变工况特性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运行转速下的净收益功率。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤2所述汽轮机净收益功率的计算公式为：
Figure FDA0002793683910000021
式中：ΔP为机组净收益功率，kW；Pt为机组的微增功率，kW；Ppi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。
6.根据权利要求1所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤3中在循环水泵最小运行台数至最大运行台数的范围内，由少到多依次增加循环水泵的运行台数并采用步骤2的方法，得到不同循环水泵运行台数下最优循环水泵转速和最大净收益功率，进而选出最优的循环水泵运行台数和运行转速。
7.根据权利要求1所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤5中凝汽器进口水温的影响因子的计算方法如下：
Figure FDA0002793683910000031
式中：△Tcw1f为冷却水流量变化对凝汽器进口水温的影响因子；△Tcw1为循环水泵运行方式调整前、后的凝汽器进口水温变化量，℃；△Q为循环水泵运行方式调整前、后的冷却水流量的变化量。
8.根据权利要求1所述的一种基于凝汽器进口水温的联合循环机组循泵优化运行方法，其特征在于，步骤6中影响因子修正凝汽器进口水温的方法如下：
Tcw1c＝Tcw1+ΔTcw1f*Q
式中：Tcw1c为修正后的凝汽器进口水温；Tcw1为修正前的凝汽器进口水温，Q为冷却水流量。
9.一种终端系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
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