CN113188341A - 一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及技术领域，具体地说是一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法，该系统包括控制器、变频器、循环水泵和凝汽器，所述的凝汽器与循环水泵相连接，循环水泵经变频器与控制器相连接，所述的循环水泵的进口处设有进口温度检测计，所述的凝汽器的机箱上设有大气压力检测计，循环水泵的出口处设有出口温度检测计，循环水泵与凝汽器连接的管路上设有超声波流量计，通过（一）确定最佳真空目标值，（二）确定凝汽器变工况特性，（三）循环水泵耗电量的计算方法进而实现最佳真空值的确定，具有结构简单、可靠性强、调节灵活、节约能源等优点。

Description

一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法

技术领域

本发明涉及凝汽器真空优化技术领域，具体地说是一种结构简单、可靠性强、调节灵活、节约能源的凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法。

背景技术

众所周知，凝汽器真空是影响汽轮发电机组经济性最重要的一个指标，真空每变化1kPa，影响300～600MW机组供电煤耗率约2.5g/kWh。减少冷却循环水量可以降低耗电量，但是这会使汽轮机的真空恶化，增加热量损失；在蒸汽参数和流量不变的情况下，提高真空会使蒸汽在汽轮机中的可用焓降增大，就会相应地增加发电机的输出功率。但是在提高真空值的同时，需要向凝汽器多供冷却循环水量，从而增加循环水泵的耗电量；若过度的提升冷却循环水量，很容易使真空度过高，导致增加冷却循环水量所消耗的能源高于机组所产生的能源，从而得到相反的效果。因此应确定一个最有利的冷却循环水量和最佳真空。最佳真空就是指由于凝汽器真空的提高，使汽轮机功率增加与循环水泵多耗的电量之差为最大值时的真空。最佳真空传统上通过试验的方法来确定。

在设计负荷下、设计环境温度下，测定最佳真空值。无论在怎样的负荷下，怎样的环境条件下，凝汽器真空均保持这一最佳真空值不变。机组如果一直按照这一最佳真空值运行时，那么在机组负荷变化时，或者在环境温度（或大气压力）变化时，机组经济性就会变差。实际上火力发电厂的机组负荷是根据省调里调度下达的电力调度曲线进行实时调整的，而且环境温度也会随着季节的变化而变化，特别是对于海滨电厂，如果采用海水冷却方式，那么凝汽器冷却循环水量还受海水涨潮、退潮因素的影响。真空因此凝汽器最佳真空值也应该是一个实时变化的。

目前对于凝汽器最佳真空值仅采用额定负荷下的凝汽器最佳真空值，而不考虑机组负荷变化和环境变化。对于冷却循环水泵流量一般采用2台定速泵，夏季开2台定速冷却循环水泵，冬季开1台定速冷却循环水泵，冷却循环水量调节方式少。靠关停、开启1台定速冷却循环水泵来控制冷却循环水量，由于水量是成倍数增减的，因此是无法将凝汽器保持在最佳真空值下运行。例如某300MW机组在满负荷下的夏季冷却循环水理想流量为27000t/h，如果夏季开一台循环水泵，冷却循环水量不足（冷却循环水量额定流量为22000 t/h，与实际需水量相差5000 t/h左右），引起排汽温度升高，真空降低，此时机组满负荷下的真空值低于93 kPa；如果开两台冷却循环水泵，则会引起另外问题如冷却循环水量过大，而且循环水泵耗电多等。冬季满载下的理想冷却循环水流量应为13000 t/h，特别是机组通常在70%负荷下运行，即使开一台循环水泵，循环水量也过大，不但引起真空过高（机组真空接近98kPa），而且引起凝结水温度低于其饱和温度较多，从而造成凝结水中的氧不易析出，凝结水溶氧偏高。

随着节能技术的发展，现在许多电厂将定速冷却循环水泵改造成双速循环水泵，虽然增加了冷却循环水量调节方式，但是仍无法实现对凝汽器最佳真空值的准确控制和实时在线控制。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠性强、调节灵活、节约能源的凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法，其特征在于该控制方法的步骤如下：

（一）确定最佳真空目标值：

在春夏秋冬四个季节条件下，分别在100%、90%、80%、70%、60%负荷下根据试验，通过试验的方法确定出不同季节、不同负荷下的凝汽器的最佳真空值，然后在excel散点图中做出曲线，通过曲线模拟出最佳真空值的多项式公式（1），得到机组负荷x与凝汽器最佳真空目标值的关系式；

（二）确定凝汽器变工况特性：

汽轮机抽汽设备正常工作时，凝汽器真空与冷却循环水初温、循环水流量以及机组负荷之间存在如下关系，即：

Δt= t _w2 - t _w1

式中：——凝汽器真空值，kPa；

——大气压力，kPa；

t_s——排汽饱和温度，℃；

t _w1 ——冷却循环水进口温度，℃；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

t _w2 ——冷却循环水出口温度，℃；

Δt——冷却循环水温升，℃。

因此得到排汽饱和温度t_s与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，

由于凝汽器端差δt与排汽饱和温度t_s存在如下关系：

式中：A——凝汽器的冷却面积，m²；

K——凝汽器的总传热系数。

机组一旦设计安装，凝汽器的总传热系数K和冷却面积A基本不变，大气压力也随之确定，

根据公式（2）和（3）得到

（4）

公式（4）表明：凝汽器的真空值只与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，凝汽器的总传热系数K、冷却面积A、和大气压力对于确定的机组，是个常数，在冷却循环水进口温度t _w1 和冷却循环水温升Δt为实时监测数量，因此就可以通过变频器调节循环循泵的冷却循环水流量D _w ，通过控制冷却循环水流量D _w 得到步骤（一）凝汽器最佳真空值；

（三）循环水泵耗电量的计算方法

通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的机械能称为泵的有效功率，计算公式为

（5）

式中：N _P ——冷却循环水泵耗功（有效功率），kW；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

g——重力加速度，g=9.81m/s²；

ρ——循环水泵液体密度，ρ=1000kg/m³；

H——循环水泵扬程，m。

在循环水泵一旦安装运行后，循环水泵扬程、液体密度均是确定值，因此循环水泵耗功与凝汽器冷却循环水流量的呈一次线性函数关系；步骤（二）得到冷却循环水流量D _w 得到循环水泵的耗电量。

本发明由于采用上述结构，具有结构简单、可靠性强、调节灵活、节约能源等优点。

附图说明

图1是本发明的控制流程图。

图2是125MW机组在秋季下凝汽器的最佳真空值试验曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制系统，该系统包括控制器、变频器、循环水泵和凝汽器，所述的凝汽器与循环水泵相连接，循环水泵经变频器与控制器相连接，所述的循环水泵的进口处设有进口温度检测计，所述的凝汽器的机箱上设有大气压力检测计，循环水泵的出口处设有出口温度检测计，循环水泵与凝汽器连接的管路上设有超声波流量计，分别通过进口温度检测计、出口温度检测计、超声波流量计、大气压力检测计检测数据后通过控制器进行计算后控制变频器，最终控制循环水泵实现凝汽器的最佳真空值控制。

一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法，其特征在于该控制方法的步骤如下：

（一）确定最佳真空目标值：

在春夏秋冬四个季节条件下，分别在100%、90%、80%、70%、60%负荷下根据试验，通过试验的方法确定出不同季节、不同负荷下的凝汽器的最佳真空值，然后在excel散点图中做出曲线，通过曲线模拟出最佳真空值的多项式公式（1），得到机组负荷x与凝汽器最佳真空目标值的关系式；

例如某125MW机组在秋季下（海水冷却水温度为4.1℃时），分别在100%、90%、80%、70%、60%负荷下根据试验，然后在excel散点图中做出曲线图2所示，通过曲线模拟出最佳真空值的多项式公式，求得到在海水冷却水温度为4.1℃时，最佳真空值计算公式为

（1）

其中x是机组负荷，MW。

该式就是凝汽器最佳真空值，也就是凝汽器最佳真空目标值。

（二）确定凝汽器变工况特性：

汽轮机抽汽设备正常工作时，凝汽器真空与冷却循环水初温、循环水流量以及机组负荷之间存在如下关系，即：

（2）

Δt= t _w2 - t _w1

式中：

——凝汽器真空值，kPa；

——大气压力，kPa；

t_s——排汽饱和温度，℃；

t _w1 ——冷却循环水进口温度，℃；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

t _w2 ——冷却循环水出口温度，℃；

Δt——冷却循环水温升，℃。

因此得到排汽饱和温度t_s与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，

由于凝汽器端差δt与排汽饱和温度t_s存在如下关系：

式中：A——凝汽器的冷却面积，m²；

K——凝汽器的总传热系数。

机组一旦设计安装，凝汽器的总传热系数K和冷却面积A基本不变，大气压力也随之确定，

根据公式（2）和（3）得到

（4）

公式（4）表明：凝汽器的真空值只与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，凝汽器的总传热系数K、冷却面积A、和大气压力对于确定的机组，是个常数，在冷却循环水进口温度t _w1 和冷却循环水温升Δt为实时监测数量，因此就可以通过变频器调节循环循泵的冷却循环水流量D _w ，通过控制冷却循环水流量D _w 得到步骤（一）凝汽器最佳真空值；

（三）循环水泵耗电量的计算方法

通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的机械能称为泵的有效功率，计算公式为

（5）

式中：N _P ——冷却循环水泵耗功（有效功率），kW；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

g——重力加速度，g=9.81m/s²；

ρ——循环水泵液体密度，ρ=1000kg/m³；

H——循环水泵扬程，m。

在循环水泵一旦安装运行后，循环水泵扬程、液体密度均是确定值，因此循环水泵耗功与凝汽器冷却循环水流量的呈一次线性函数关系；步骤（二）得到冷却循环水流量D _w 得到循环水泵的耗电量。

实施例

125MW机组控制系统改造前冬季、潮位较高时，只开2号循环水泵，运行数据见表1。改造后，2号循环水泵由最佳真空多维度在线优化控制系统控制运行，运行数据见表2。

表1 多维度控制系统改造前1号机组2号循环水泵的运行数据（冬季、且潮位较高）

表2 改造后2号循环水泵的多维度在线优化控制运行数据（冬季、且潮位较高）

电厂在最佳真空多维度在线优化控制系统改造前，1号机组长期运行在90MW负荷左右，循环水泵平均电功率为571kW；控制后，循环水泵平均电功率为323.3kW，节电率 =（558-323.3）/558=42.1%。且真空由原来的96.4kPa，提高到98.3 kPa，机组多发电量2060kW。

Claims (1)

1.一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法，其特征在于该控制方法的步骤如下：

（一）确定最佳真空目标值：

在春夏秋冬四个季节条件下，分别在100%、90%、80%、70%、60%负荷下根据试验，通过试验的方法确定出不同季节、不同负荷下的凝汽器的最佳真空值，然后在excel散点图中做出曲线，通过曲线模拟出最佳真空值的多项式公式（1），得到机组负荷x与凝汽器最佳真空目标值的关系式；

（二）确定凝汽器变工况特性：

汽轮机抽汽设备正常工作时，凝汽器真空与冷却循环水初温、循环水流量以及机组负荷之间存在如下关系，即：

（2）

Δt= t _w2 - t _w1

式中：

——凝汽器真空值，kPa；

——大气压力，kPa；

t_s——排汽饱和温度，℃；

t _w1 ——冷却循环水进口温度，℃；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

t _w2 ——冷却循环水出口温度，℃；

Δt——冷却循环水温升，℃。

因此得到排汽饱和温度t_s与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，

由于凝汽器端差δt与排汽饱和温度t_s存在如下关系：

（3）

式中：A——凝汽器的冷却面积，m²；

K——凝汽器的总传热系数。

机组一旦设计安装，凝汽器的总传热系数K和冷却面积A基本不变，大气压力也随之确定，

根据公式（2）和（3）得到

公式（4）表明：凝汽器的真空值只与冷却循环水进口温度t _w1 、冷却循环水流量D _w 和冷却循环水温升Δt有关，凝汽器的总传热系数K、冷却面积A、和大气压力

对于确定的机组，是个常数，在冷却循环水进口温度t _w1 和冷却循环水温升Δt为实时监测数量，因此就可以通过变频器调节循环循泵的冷却循环水流量D _w ，通过控制冷却循环水流量D _w 得到步骤（一）凝汽器最佳真空值；

（三）循环水泵耗电量的计算方法

通过泵的液体在单位时间内从泵中获得的机械能称为泵的有效功率，计算公式为

（5）

式中：N _P ——冷却循环水泵耗功（有效功率），kW；

D _w ——冷却循环水流量，t/h；

g——重力加速度，g=9.81m/s²；

ρ——循环水泵液体密度，ρ=1000kg/m³；

H——循环水泵扬程，m。

在循环水泵一旦安装运行后，循环水泵扬程、液体密度均是确定值，因此循环水泵耗功与凝汽器冷却循环水流量的呈一次线性函数关系；步骤（二）得到冷却循环水流量D _w 得到循环水泵的耗电量。

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