CN113221373A - 一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法及系统。本发明通过进行汽轮机微增出力试验、凝汽器性能试验、机力通风冷却塔性能试验、循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验，结合变工况模型进行优化计算，最终得到在不同凝汽器负荷、不同环境参数下，汽轮机的最佳排汽压力以及循环水泵和机力通风冷却塔的最佳运行组合方式，该结果可以指导包含多台机力通风冷却塔闭式循环水冷端系统的电厂进行运行优化。

Description

一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法和 系统

技术领域

本发明属于发电运行优化技术领域，具体涉及一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法和系统。

背景技术

循环水泵作为汽轮机冷端系统的主要设备，同时也是厂用电消耗的主要设备之一，其优化运行对于电厂的节能降耗工作具有重要意义。对于闭式循环水系统，冷端系统配置有冷却塔，受外部环境参数的影响，冷却塔的冷却能力随季节变化波动较大，因此闭式循环水系统的优化运行还应当考虑环境参数对冷却塔性能的影响。

对于位于大部分联合循环机组和某些经过技术改造的燃煤机组而言，闭式水循环冷端优化系统包含有多台机力通风冷却塔，该类型冷端系统的运行优化需要同时考虑多台循泵和多台机力通风冷却塔(以下简称机力塔)的组合运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法和系统，通过进获取汽轮机的最佳排汽压力以及循环水泵和机力通风冷却塔的最佳运行组合方式，该结果可以指导包含多台机力通风冷却塔闭式循环水冷端系统的电厂进行运行优化，使得满足节能降耗的要求。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，包括以下步骤：

获得配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统的性能试验数据，所述性能试验数据包括汽轮机当前的微增出力特性、凝汽器当前的性能特性、机力通风冷却塔当前的性能特性及辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合所述性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

结合辅机功耗随组合运行方式的变化特性和不同边界条件参数下的变工况数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

作为本发明的进一步改进，所述汽轮机当前的微增出力特性是进行汽轮机微增出力性能试验获得；具体步骤为：

汽轮机微增出力试验以凝汽器热负荷为基准，试验应保证不间断连续进行，汽轮机微增出力特性由以下公式表示：

ΔW_Tur＝f(Q_c,P_c)

式中：ΔW_Tur为汽轮机出力变化；Q_c为凝汽器热负荷；P_c为凝汽器压力。

作为本发明的进一步改进，所述凝汽器当前的性能特性是进行凝汽器性能试验获得；凝汽器性能特性由以下公式表示：

P_c＝f(t_sc)＝f(Q_c,F_cD,F_t1D,β,t₁,t₂)

式中：t_sc为排汽压力对应的饱和蒸汽温度；F_cD为设计循环水流量；F_t1D为设计凝汽器进水温度；β为凝汽器性能标准中的传热修正系数；t₁为循环水进水温度；t₂为循环水出水温度。

作为本发明的进一步改进，所述机力通风冷却塔当前的性能特性是进行机力通风冷却塔性能试验获取；具体包括：

机力通风冷却塔至少应选择2台进行性能试验，迎风面和背风面各1台，参与变工况计算的机力通风冷却塔冷却任务数取多台塔的试验平均值；机力通风冷却塔的冷却任务数由以下公式计算：

通过性能试验并结合以上公式获得机力通风冷却塔当前的冷却任务数N₀，进而得到进塔、出塔水温与机力通风冷却塔的冷却任务、循环水流量、大气湿度、大气温度之间的关系：

(t₁,t₂)＝f(N₀,F_c,θ₀,t₀)

式中：N₀为机力通风冷却塔的冷却任务数；β_xv为容积散质系数；V为淋水填料体积；F_c为循环水体积流量；h”_t为水温为t时的饱和空气比焓；h_θ为空气比焓；dt为进、出微元填料水的温差；θ₀为大气湿度；t₀为大气温度。

作为本发明的进一步改进，根据凝汽器性能特性，结合机力通风冷却塔性能特性，得到排汽压力随各变量之间的关系：

P_c＝f(Q_c,t₁,t₂,F_c)＝f(Q_c,N₀,F_c,θ₀,t₀)。

作为本发明的进一步改进，所述辅机功耗随组合运行方式的变化特性是进行循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验获取；具体包括：

根分别进行循环水泵和机力通风冷却塔所有组合方式，得到循环水泵功耗-循环水流量关系特性以及机力通风塔风机功耗-塔数量关系特性：

W_B＝f(m)＝f(Q_c)

W_T＝f(n)

式中：W_B为单台循环水泵功耗；W_T为单台机力通风冷却塔风机功耗；m为循环水泵开启数量；n为机力通风冷却塔开启数量。

作为本发明的进一步改进，建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，具体包括：

根据过去一年内的历史运行数据设置变工况计算中的环境温度、环境湿度和凝汽器热负荷上限和下限，上下限应包括所有运行范围。

作为本发明的进一步改进，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式具体包括：

包含多台机力通风冷却塔的闭式循环水冷端系统辅机功耗由以下公式计算：

式中：W_total为循环水泵和机力通风冷却塔风机的总功耗；

最佳运行真空是以凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度、循环水流量为变量的目标函数，在值上为汽轮机输出功率的增量与循环水泵、机力通风冷却塔风机功耗增量之差最大时的凝汽器压力，即：

MAX(f(Q_c,F_c,N₀,θ₀,t₀))＝MAX(ΔW_t-ΔW_Tur)

根据变工况数据进行优化计算，最终得到指定的凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度下最佳的循环水泵和机力通风冷却塔运行方式。

一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化系统，包括：

获取模块，用于获得配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统的性能试验数据，所述性能试验数据包括汽轮机当前的微增出力特性、凝汽器当前的性能特性、机力通风冷却塔当前的性能特性及辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

模型计算模块，用于建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合所述性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

优化求解模块，结合辅机功耗随组合运行方式的变化特性和不同边界条件参数下的变工况数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

一种电子设备，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配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法的步骤。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，通过进行汽轮机微增出力试验、凝汽器性能试验、机力通风冷却塔性能试验、循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验，结合变工况模型进行优化计算，最终得到在不同凝汽器负荷、不同环境参数下，汽轮机的最佳排汽压力以及循环水泵和机力通风冷却塔的最佳运行组合方式，该结果可以指导包含多台机力通风冷却塔闭式循环水冷端系统的电厂进行运行优化。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是汽轮机微增出力试验结果；

图3是循环水泵耗功与凝汽器循环水流量的关系曲线；

图4是环境湿度为0.2时的优化运行结果；

图5是本发明优化系统示意图；

图6是本发明电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，有以下步骤：

A、进行汽轮机微增出力性能试验，获得汽轮机当前的微增出力特性；

具体地，步骤A中，汽轮机微增出力试验以凝汽器热负荷为基准，工况点数量不少于3个，且试验应保证不间断连续进行。汽轮机微增出力特性由以下公式表示：

ΔW_Tur＝f(Q_c,P_c)

式中：ΔW_Tur为汽轮机出力变化，kW；Q_c为凝汽器热负荷，kW；P_c为凝汽器压力，kPa。

B、进行凝汽器性能试验，获得凝汽器当前的性能特性；

具体地，步骤B中，凝汽器性能试验可与汽轮机微增出力试验同步进行。凝汽器性能特性由以下公式表示：

P_c＝f(t_sc)＝f(Q_c,F_cD,F_t1D,β,t₁,t₂)

式中：t_sc为排汽压力对应的饱和蒸汽温度，℃；F_cD为设计循环水流量，kg/s；F_t1D为设计凝汽器进水温度，℃；β为美国传热学会(HEI)凝汽器性能标准中的传热修正系数；t₁为循环水进水温度，℃；t₂为循环水出水温度。

C、进行机力通风冷却塔性能试验，获取机力通风冷却塔当前的性能特性；

具体地，步骤C中，机力通风冷却塔至少应选择2台(迎风面和背风面各1台)进行性能试验，参与变工况计算的机力通风冷却塔冷却任务数取多台塔的试验平均值。机力通风冷却塔的冷却任务数由以下公式计算：

通过性能试验并结合以上公式获得机力通风冷却塔当前的冷却任务数N₀，进而得到进塔、出塔水温与机力通风冷却塔的冷却任务、循环水流量、大气湿度、大气温度之间的关系：

(t₁,t₂)＝f(N₀,F_c,θ₀,t₀)

式中：N₀为机力通风冷却塔的冷却任务数；β_xv为容积散质系数，kg/(m³·s)；V为淋水填料体积，m³；F_c为循环水体积流量，m³/s；h”_t为水温为t时的饱和空气比焓，kJ/kg；h_θ为空气比焓，kJ/kg。dt为进、出微元填料水的温差，℃；θ₀为大气湿度，％；t₀为大气温度，℃。

根据凝汽器性能特性，结合机力通风冷却塔性能特性，可以得到排汽压力随各变量之间的关系：

P_c＝f(Q_c,t₁,t₂,F_c)＝f(Q_c,N₀,F_c,θ₀,t₀)

D、进行循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验，获取辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

具体地，步骤D中，根据电厂运行规程，分别进行循环水泵和机力通风冷却塔所有组合方式，得到循环水泵功耗-循环水流量关系特性以及机力通风塔风机功耗-塔数量关系特性：

W_B＝f(m)＝f(Q_c)

W_T＝f(n)

式中：W_B为单台循环水泵功耗，kW；W_T为单台机力通风冷却塔风机功耗；m为循环水泵开启数量；n为机力通风冷却塔开启数量。

E、建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合步骤A-C中的性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

具体地，步骤E中，根据过去一年内的历史运行数据设置变工况计算中的环境温度、环境湿度和凝汽器热负荷上限和下限，上下限应包括所有运行范围。为保证变工况计算的准确性，环境温度步长不超过5℃，环境湿度步长不超过10％，凝汽器热负荷不超过最大工况的10％。

F、结合步骤D和步骤E获得的数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

具体地，步骤F中，包含多台机力通风冷却塔的闭式循环水冷端系统辅机功耗由以下公式计算：

式中：W_total为循环水泵和机力通风冷却塔风机的总功耗，kW。

最佳运行真空是以凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度、循环水流量为变量的目标函数，在值上为汽轮机输出功率的增量与循环水泵、机力通风冷却塔风机功耗增量之差最大时的凝汽器压力，即：

MAX(f(Q_c,F_c,N₀,θ₀,t₀))＝MAX(ΔW_t-ΔW_Tur)

根据上述公式结合步骤E中的变工况数据进行优化计算，最终可以得到指定的凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度下最佳的循环水泵和机力通风冷却塔运行方式。

本发明的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，通过进行汽轮机微增出力试验、凝汽器性能试验、机力通风冷却塔性能试验、循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验，结合变工况模型进行优化计算，最终得到在不同凝汽器负荷、不同环境参数下，汽轮机的最佳排汽压力以及循环水泵和机力通风冷却塔的最佳运行组合方式，该结果可以指导包含多台机力通风冷却塔闭式循环水冷端系统的电厂进行运行优化。

表1优化运行方式代号解释

如图2所示，汽轮机微增出力特性随凝汽器负荷的变化而变化，517MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.844MW；455MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.983MW；410MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.581MW；371MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.892MW；257MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.656MW；198MW凝汽器热负荷下，排汽压力变化1kPa，汽轮机电功率增加约1.402MW。

如图3所示，循环水泵耗功随凝汽器循环水流量的增大而增大，且存在一一对应关系。

如图4所示，当环境湿度为0.2时，随着凝汽器热负荷和环境温度的变化，循环水泵和机力通风冷却塔的最优组合方式也发生变化。在400MW-35℃范围内，随着凝汽器热负荷和环境温度的增大，最优组合方式主要为循环水泵1台小泵运行，运行机力通风冷却塔的数量增加。在400MW-35℃范围以上，随着凝汽器热负荷和环境温度的增大，最优组合方式主要为机力通风冷却塔8台运行，循环水泵的组合发生变化。

如图5所示，本发明的另一目的在于提出一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化系统，包括：

获取模块，用于获得配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统的性能试验数据，所述性能试验数据包括汽轮机当前的微增出力特性、凝汽器当前的性能特性、机力通风冷却塔当前的性能特性及辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

模型计算模块，用于建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合所述性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

优化求解模块，结合辅机功耗随组合运行方式的变化特性和不同边界条件参数下的变工况数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

如图6所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，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配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法的步骤。

本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统的性能试验数据，所述性能试验数据包括汽轮机当前的微增出力特性、凝汽器当前的性能特性、机力通风冷却塔当前的性能特性及辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合所述性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

结合辅机功耗随组合运行方式的变化特性和不同边界条件参数下的变工况数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

2.根据权利要求1所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，所述汽轮机当前的微增出力特性是进行汽轮机微增出力性能试验获得；具体步骤为：

汽轮机微增出力试验以凝汽器热负荷为基准，试验应保证不间断连续进行，汽轮机微增出力特性由以下公式表示：

ΔW_Tur＝f(Q_c,P_c)

式中：ΔW_Tur为汽轮机出力变化；Q_c为凝汽器热负荷；P_c为凝汽器压力。

3.根据权利要求1所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，所述凝汽器当前的性能特性是进行凝汽器性能试验获得；凝汽器性能特性由以下公式表示：

P_c＝f(t_sc)＝f(Q_c,F_cD,F_t1D,β,t₁,t₂)

式中：t_sc为排汽压力对应的饱和蒸汽温度；F_cD为设计循环水流量；F_t1D为设计凝汽器进水温度；β为凝汽器性能标准中的传热修正系数；t₁为循环水进水温度；t₂为循环水出水温度。

4.根据权利要求3所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，所述机力通风冷却塔当前的性能特性是进行机力通风冷却塔性能试验获取；具体包括：

机力通风冷却塔至少应选择2台进行性能试验，迎风面和背风面各1台，参与变工况计算的机力通风冷却塔冷却任务数取多台塔的试验平均值；机力通风冷却塔的冷却任务数由以下公式计算：

通过性能试验并结合以上公式获得机力通风冷却塔当前的冷却任务数N₀，进而得到进塔、出塔水温与机力通风冷却塔的冷却任务、循环水流量、大气湿度、大气温度之间的关系：

(t₁,t₂)＝f(N₀,F_c,θ₀,t₀)

式中：N₀为机力通风冷却塔的冷却任务数；β_xv为容积散质系数；V为淋水填料体积；F_c为循环水体积流量；h”_t为水温为t时的饱和空气比焓；h_θ为空气比焓；dt为进、出微元填料水的温差；θ₀为大气湿度；t₀为大气温度。

5.根据权利要求4所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，

根据凝汽器性能特性，结合机力通风冷却塔性能特性，得到排汽压力随各变量之间的关系：

P_c＝f(Q_c,t₁,t₂,F_c)＝f(Q_c,N₀,F_c,θ₀,t₀)。

6.根据权利要求1所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，所述辅机功耗随组合运行方式的变化特性是进行循环水泵和机力通风冷却塔功耗试验获取；具体包括：

根分别进行循环水泵和机力通风冷却塔所有组合方式，得到循环水泵功耗-循环水流量关系特性以及机力通风塔风机功耗-塔数量关系特性：

W_B＝f(m)＝f(Q_c)

W_T＝f(n)

式中：W_B为单台循环水泵功耗；W_T为单台机力通风冷却塔风机功耗；m为循环水泵开启数量；n为机力通风冷却塔开启数量。

7.根据权利要求1所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，具体包括：

根据过去一年内的历史运行数据设置变工况计算中的环境温度、环境湿度和凝汽器热负荷上限和下限，上下限应包括所有运行范围。

8.根据权利要求1所述的一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法，其特征在于，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式具体包括：

包含多台机力通风冷却塔的闭式循环水冷端系统辅机功耗由以下公式计算：

式中：W_total为循环水泵和机力通风冷却塔风机的总功耗；

最佳运行真空是以凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度、循环水流量为变量的目标函数，在值上为汽轮机输出功率的增量与循环水泵、机力通风冷却塔风机功耗增量之差最大时的凝汽器压力，即：

MAX(f(Q_c,F_c,N₀,θ₀,t₀))＝MAX(ΔW_t-ΔW_Tur)

根据变工况数据进行优化计算，最终得到指定的凝汽器热负荷、环境湿度、环境温度下最佳的循环水泵和机力通风冷却塔运行方式。

9.一种配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获得配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统的性能试验数据，所述性能试验数据包括汽轮机当前的微增出力特性、凝汽器当前的性能特性、机力通风冷却塔当前的性能特性及辅机功耗随组合运行方式的变化特性；

模型计算模块，用于建立耦合凝汽器、循环水泵和机力通风冷却塔的变工况计算模型，结合所述性能试验数据对耦合模型进行变工况计算，获得不同边界条件参数下的变工况数据；

优化求解模块，结合辅机功耗随组合运行方式的变化特性和不同边界条件参数下的变工况数据，对变工况计算结果进行优化求解，求解耦合模型的优化运行方式。

10.一种电子设备，其特征在于，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，所述处理器执行权利要求书1至8任一项所述计算机程序时实现所述配置多台机力通风冷却塔的循环水冷端系统优化方法的步骤。

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