CN112685969A - 一种大型火力发电厂冷端的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型火力发电厂冷端的优化方法通过试验测得循环水流量Q与所述循环水泵功耗P_cost的对应关系，不同的机组功率、凝汽器入口循环水温度与凝汽器的排汽压力p之间的关系，以及排汽压力对功率修正系数W_E，进而建立关于机组净功率P的计算模型，再根据计算模型确定循环水泵的最佳运行方式，使发电厂冷端得到准确的优化。

Description

一种大型火力发电厂冷端的优化方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组技术领域，特别涉及一种大型火力发电厂冷端的优化方法。

背景技术

受燃料价格及环保政策的影响，深度节能减排是火电机组必然的选择。冷端系统是火力发电机组重要组成部分，节能潜力巨大。

凝汽器真空对大型火力发电机组效率影响巨大，运行时要尽可能提高真空。对于表面凝汽式火力发电机组，增加循环水泵出力，凝汽器真空和循环水泵耗功均会增加。在一定的循环水进水温度及机组负荷条件下，何种循环水泵运行方式能够使整机“收益”最大，需要通过优化比较确定。

现有技术往往通过仿真模拟计算冷端综合耗差、最佳循环水流量等。仿真模拟的计算结果虽然能对实际生产起到指导作用，但仿真模拟仍与机组实际特性存在较大偏差，根据计算结果得到的结论无法达到循环水泵最佳的运行方式。

因此，如通过试验法确定循环水泵的最佳运行方式是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型火力发电厂冷端的优化方法，其通过试验检测循环水泵功耗和机组修正到额定排汽压力下出力增加量，进而建立最大机组净功率的计算模型，再根据计算模型选择适当的最佳循环水流量和最佳排汽压力，使优化结果更加准确。

为实现上述目的，本发明提供一种大型火力发电厂冷端的优化方法，包括：

获取循环水泵的运行集合，控制所述循环水泵按所述运行集合中的运行方式运转，并检测各所述运行方式下的循环水泵功耗P_cost，得到循环水流量Q与所述循环水泵功耗P_cost的对应关系；

获取机组的工况集合，控制所述机组按照所述工况集合中的试验工况，并测量各所述试验工况下凝汽器的排汽压力p，根据所述试验工况与所述排汽压力p确定所述凝汽器的特性曲线；

选取机组功率组，所述机组功率组中包括三个以上的典型机组功率，控制所述机组在所述典型机组功率下运行，在锅炉燃料不变的情况下改变所述循环水流量Q，同时测定所述凝汽器的排汽压力p与机组出力，确定排汽压力对功率修正系数W_E；

根据发电功率E、机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及循环水泵功耗P_cost建立机组净功率P的计算模型；

根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P，再根据所述最大机组净功率P确定对应的最佳循环水流量Q和最佳排汽压力p。

优选地，所述获取机组的工况集合，包括：

选取至少3个所述机组功率作为试验功率，选取至少3个凝汽器入口循环水温度作为试验温度；

1个所述试验温度和1个所述试验功率搭配形成1个所述试验工况，所述工况集合包括全部所述试验温度和所述试验功率搭配形成的所述试验工况。

优选地，所述控制所述机组按照所述工况集合中的试验工况，并测量各所述试验工况下凝汽器的排汽压力p，包括：

选取1个所述试验工况，将机组调节至该所述试验功率，并将所述凝汽器入口循环水温度调节至所述试验温度，维持所述试验工况，调节循环水流量Q，待循环水稳定预设时间，再测试该所述试验温度下的排汽压力p；

选取另一个所述试验功率，并重复所述将机组调节至该所述试验功率的步骤，直至测量完所有试验工况所对应的排汽压力p。

优选地，所述机组功率组至少包括100％THA(turbine heat acceptance汽机热耗验收工况)、75％THA和50％THA。

优选地，所述建立根据发电功率E、机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及循环水泵功耗P_cost计算机组净功率P的计算模型，包括：

建立计算模型为P＝E+P_gain-P_cost，其中，机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain由机组实际功率除以排汽压力对功率修正系数W_E再减去机组实际功率得到。

优选地，所述根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，包括：

确定机组的运行工况，设定循环水流量步长，根据所述计算模型计算得到不同循环水流量Q所对应的机组净功率P，比较该运行工况下的最大机组净功率P_max。

优选地，所述根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，再根据所述最大机组净功率P确定对应的最佳循环水流量Q_best和最佳排汽压力p_best，包括：

设置所述凝汽器入口循环水温度的范围和温度步长，设置所述机组功率的范围和功率步长，运行所述计算模型获取任意凝汽器入口循环水温度和机组功率下的机组净功率矩阵；

根据所述机组净功率矩阵确定最大机组净功率矩阵，再根据所述最大机组净功率矩阵确定最佳循环水流量矩阵；

根据所述最佳循环水流量矩阵，在机组的运行工况确定的情况下确定最佳循环水流量Q_best，选取与最佳循环水流量Q_best最接近的循环水实际流量为最佳实际流量，与所述最佳实际流量相对应的循泵运行方式为最佳运行方式。

本发明所提供的大型火力发电厂冷端的优化方法，首先控制循环水泵按不同的运行方式运转，并检测各运行方式下的循环水泵功耗P_cost，得到循环水流量Q与循环水泵功耗P_cost的对应关系。再控制机组按照不同的试验工况，并测量各试验工况下凝汽器的排汽压力p，根据试验工况与排汽压力p确定凝汽器的特性曲线。随后控制机组在典型机组功率下运行，并在锅炉燃料不变的情况下改变循环水流量Q，同时测定凝汽器的排汽压力p与机组出力，确定排汽压力对功率修正系数W_E。根据循环水泵功耗P_cost、由排汽压力对功率修正系数W_E计算得到的机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及组当前出力E、建立机组净功率P的计算模型。最后根据计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，进而确定对应的最佳循环水流量Q_best和最佳排汽压力p_best，实现火力发电机组的冷端优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的大型火力发电厂冷端的优化方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的大型火力发电厂冷端的优化方法的流程图。

本发明所提供的大型火力发电厂冷端的优化方法，包括：

S1、获取循环水泵的运行集合，控制循环水泵按运行集合中的运行方式运转，并检测各运行方式下的循环水泵功耗P_cost，得到循环水流量Q与循环水泵功耗P_cost的对应关系；

火力发电机组的循环水泵通常包括变频泵和高低速泵两种，因而现有的火力发电机组分为仅采用变频泵、采用高低速泵以及采用高低速泵加变频泵等几种方案。本申请针对现有的几种循环水泵搭配的方案进行测试，通过改变循环水流量Q，并测试各个方案的循环水泵功耗P_cost，从而建立循环水流量Q与循环水泵功耗P_cost的对应关系。

S2、获取机组的工况集合，控制机组按照工况集合中的试验工况，并测量各试验工况下凝汽器的排汽压力p，根据试验工况与排汽压力p确定凝汽器的特性曲线；

可选的，机组的运行工况包括机组功率和冷凝器入口循环水温度。获取机组的工况集合的过程，选取至少3个机组功率作为试验功率，选取至少3个凝汽器入口循环水温度作为试验温度，由1个试验温度和1个试验功率搭配形成1个试验工况。工况集合包括全部试验温度和试验功率搭配形成的试验工况。本申请的一种具体实施方式中，以600MW的机组为试验对象，选取试验功率分别为300MW、600MW、900MW，选取试验温度为8-10℃、18-20℃以及30-32℃，因而工况集合包括(试验功率300MW、试验温度8-10℃)、(试验功率300MW、试验温度18-20℃)、(试验功率300MW、试验温度30-32℃)、(试验功率450MW、试验温度8-10℃)、(试验功率450MW、试验温度18-20℃)、(试验功率450MW、试验温度30-32℃)、(试验功率600MW、试验温度8-10℃)、(试验功率600MW、试验温度18-20℃)、(试验功率600MW、试验温度30-32℃)9个试验工况。

试验过程中，在某一凝汽器入口循环水温度下，先选取1个试验工况，将机组调节至该试验功率，维持该试验工况，改变循环水流量Q，待循环水稳定预设时间，再测试该试验工况和循环水流量Q下的排汽压力p。一个试验工况的测试完成后，再选取另一个试验功率，并重复将机组调节至该试验功率的步骤。在不同循环水温度下重复上述试验步骤，直至测量完所有试验工况所对应的排汽压力p。因凝汽器入口循环水温度受环境温度影响较大，为保证凝汽器入口循环水温度满足上述工况集合要求，可能需在不同季节进行试验。

另外，每个试验工况至少改变三次循环水流量，循环水流量Q的跨度应尽量大。本具体实施方式中，预设时间为30分钟，当然用户也可根据需要自行设定，在此不做限定。完成数据采集后，通过凝汽器变工况计算可得到凝汽器入口循环水温度5-35℃、机组功率300MW-600MW范围内，具体计算方法可参考现有技术，在此不再赘述。任意凝汽器入口循环水温度和机组功率下的排汽压力p，进而建立凝汽器的特性曲线。

S3、选取机组功率组，机组功率组中包括三个以上的典型机组功率，控制机组在典型机组功率下运行，在锅炉燃料不变的情况下改变循环水流量Q，同时测定凝汽器的排汽压力p与机组出力，确定排汽压力对功率修正系数W_E；

可选的，机组功率组至少包括100％THA(turbine heat acceptance汽机热耗验收工况)、75％THA和50％THA。以600MW的机组为例，100％THA、75％THA和50％THA所对应的机组功率分别为600MW、450MW和300MW。试验过程中，先将机组调节至相应的功率，然后保持锅炉燃料及其他运行条件不变，然后提高循环水流量Q，测定凝汽器的排汽压力p与机组出力随循环水流量Q的变化状况。再拟合排汽压力p与机组出力的关系曲线。

本申请的一种具体实施方式中，

W_100％THA＝0.01206452p³-0.31342079p²+1.38188252p-0.87451008；

W_75％THA＝0.00664127p³-0.16111186p²-0.10543785p+3.56519512；

W_50％THA＝0.00704484p³-0.16678391p²-0.40691681p+5.12366001；

其中，W100％THA、W75％THA、W50％THA分别表示100％THA、75％THA、50％THA工况下排汽压力对功率修正系数。

进一步的，中间任意负荷排汽压力对功率修正曲线为：

其中，E为发电功率，W_E为排汽压力对功率修正系数，即当前真空修正到额定真空后，功率的变化比例。发电功率E可通过监测仪表测量得到。另外，针对双背压机组，可取高低背压平均值作为机组凝汽器真空带入计算。

S4、根据发电功率E、机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及循环水泵功耗P_cost建立机组净功率P的计算模型；

可选的，计算模型为P＝E+P_gain-P_cost，其中，机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain由机组实际功率除以排汽压力对功率修正系数W_E再减去机组实际功率得到，排汽压力对功率修正系数W_E可根据上一步S3的试验获得。循环水泵功耗P_gain可由步骤S1获得。

S5、根据计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，再根据最大机组净功率P_max确定对应的最佳循环水流量Q_best和最佳排汽压力p_best。

可选的，本申请的一种具体实施方式中，首先确定机组的运行工况。然后将相应的运行工况带入计算模型，并设定循环水流量步长，计算模型可计算得到不同循环水流量Q所对应的机组净功率P，比较相同运行工况下的机组净功率可获得最大机组净功率P_max，再根据最大净功率确定最佳排汽压力p_best和最佳循环水流量Q_best。

可选的，本申请的另一种具体实施方式中，首先设置凝汽器入口循环水温度的范围和温度步长，以及设置机组功率的范围和功率步长。并设定循环水流量步长，随后运行计算模型，通过计算模型计算获取任意凝汽器入口循环水温度和机组功率下的机组净功率，进而形成机组净功率矩阵。根据机组净功率矩阵可确定最大机组净功率矩阵，再根据最大机组净功率矩阵确定最佳循环水流量矩阵。

根据最佳循环水流量矩阵，在机组的运行工况确定的情况下确定最佳循环水流量Q_best，选取与最佳循环水流量Q_best最接近的循环水实际流量为最佳实际流量，与最佳实际流量相对应的循环水泵运行方式为最佳运行方式。

本实施例中，大型火力发电厂冷端的优化方法通过试验测得循环水流量Q与所述循环水泵功耗P_cost的对应关系，不同的机组功率、凝汽器入口循环水温度与凝汽器的排汽压力p之间的关系，以及排汽压力对功率修正系数W_E，进而建立关于机组净功率P的计算模型，再根据计算模型确定循环水泵的最佳运行方式，使发电厂冷端得到准确的优化。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的大型火力发电厂冷端的优化方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大型火力发电厂冷端的优化方法，其特征在于，包括：

获取循环水泵的运行集合，控制所述循环水泵按所述运行集合中的运行方式运转，并检测各所述运行方式下的循环水泵功耗P_cost，得到循环水流量Q与所述循环水泵功耗P_cost的对应关系；

获取机组的工况集合，控制所述机组按照所述工况集合中的试验工况，并测量各所述试验工况下凝汽器的排汽压力p，根据所述试验工况与所述排汽压力p确定所述凝汽器的特性曲线；

选取机组功率组，所述机组功率组中包括三个以上的典型机组功率，控制所述机组在所述典型机组功率下运行，在锅炉燃料不变的情况下改变所述循环水流量Q，同时测定所述凝汽器的排汽压力p与机组出力，确定排汽压力对功率修正系数W_E；

根据发电功率E、机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及循环水泵功耗P_cost建立机组净功率P的计算模型；

根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，再根据所述最大机组净功率P_max确定对应的最佳循环水流量Q_best和最佳排汽压力p_best。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述获取机组的工况集合，包括：

选取至少3个所述机组功率作为试验功率，选取至少3个凝汽器入口循环水温度作为试验温度；

1个所述试验温度和1个所述试验功率搭配形成1个所述试验工况，所述工况集合包括全部所述试验温度和所述功率搭配形成的所述试验工况。

3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述控制所述机组按照所述工况集合中的试验工况，并测量各所述试验工况下凝汽器的排汽压力p，包括：

选取1个所述试验工况，将机组调节至该所述试验功率，并将所述凝汽器入口循环水温度调节至所述试验温度，维持所述试验工况，调节循环水流量Q，待循环水稳定预设时间，再测试该所述试验温度下的排汽压力p；

选取另一个所述试验工况，并重复所述将机组调节至该所述试验功率的步骤，直至测量完所有所述试验工况所对应的排汽压力p。

4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述机组功率组至少包括100％THA(turbine heat acceptance汽机热耗验收工况)、75％THA和50％THA。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的优化方法，其特征在于，所述建立根据发电功率E、机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain以及循环水泵功耗P_cost计算机组净功率P的计算模型，包括：

建立计算模型为P＝E+P_gain-P_cost，其中，机组修正到额定排汽压力下出力增加量P_gain由机组实际功率除以排汽压力对功率修正系数W_E再减去机组实际功率得到。

6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，包括：

确定机组的运行工况，设定循环水流量步长，根据所述计算模型计算得到不同循环水流量Q所对应的机组净功率P，比较该运行工况下的最大机组净功率P_max。

7.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述根据所述计算模型确定不同运行工况下的最大机组净功率P_max，再根据所述最大机组净功率P确定对应的最佳循环水流量Q_best和最佳排汽压力p_best，包括：

设置所述凝汽器入口循环水温度的范围和温度步长，设置所述机组功率的范围和功率步长，运行所述计算模型获取任意凝汽器入口循环水温度和机组功率下的机组净功率矩阵；

根据所述机组净功率矩阵确定最大机组净功率矩阵，再根据所述最大机组净功率矩阵确定最佳循环水流量矩阵；

根据所述最佳循环水流量矩阵，在机组的运行工况确定的情况下确定最佳循环水流量Q_best，选取与最佳循环水流量Q_best最接近的循环水实际流量为最佳实际流量，与所述最佳实际流量相对应的循泵运行方式为最佳运行方式。

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