CN113756890A - 一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，本发明通过对机组运行日志进行收集分析，掌握了当前加热器系统的运行现状和加热器系统发生疏水不畅的负荷边界临界区间，依据加热器系统中的水力热力特性计算优化结果，在加热器系统的疏水调节阀管路系统处增加旁路管路，最后根据各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差，调整旁路管路的通径，完成优化设计。本发明解决了由于疏水调节阀选型不当或管路布置不合理造成的沿程阻力较大的问题，避免低负荷运行时危急疏水阀门打开，高品质工质直接灌入凝汽器，进而达到减少
损提升机组效率的目的，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于火力发电领域，具体涉及一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法。
背景技术
近年来，随着风电和光伏发电装机容量迅速增长，由于其随机性、间歇性、不稳定性等特点，大比例接入对电网的稳定性有较大影响。与美国、欧洲等国家地区相比，我国燃气发电机组较少，快速变负荷平抑电网波动的电源不足，火电机组不得不承担起电网调峰的任务。因此，为提高电网对可再生能源发电的消纳能力，火电机组需通过进一步的技术升级改造使机组具备深度调峰能力，目标是通过加强国内外技术交流和合作，部分具备实施条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20～25％。
汽轮机深度调峰运行时，各级抽汽间压差减小，加热器疏水逐级自流方式下的原动力减弱，当疏水调节阀选型不当或管路布置沿程阻力较大时，极易出现疏水不畅的现象，导致危急疏水阀门打开，高品质工质直接进入凝汽器，使得机组循环效率降低，这将造成很大的能量损失，同时也加剧了凝汽器的热负荷，可能进一步影响机组真空，造成运行风险。因此，对机组现有加热器疏水系统进行优化，解决低负荷时疏水不畅的问题，对提升机组运行经济安全性具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，能够优化机组现有加热器疏水系统，通过在初始设计的加热器正常疏水调节阀管路系统处增加小通径的旁路管路，解决由于疏水调节阀选型不当或管路布置不合理造成的沿程阻力较大的问题，避免低负荷运行时危急疏水阀门打开，高品质工质直接灌入凝汽器，进而达到减少
损提升效率的目的。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
S1，根据机组运行日志，得到加热器系统的运行现状，并分析加热器系统中存在的疏水不畅问题时所发生的负荷边界临界区间；
S2，根据机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图，分析加热器系统管路的连接形式；
S3，对加热器系统中的水力热力特性进行分析计算，获得加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数；
S4，在加热器系统的疏水调节阀管路系统处增加旁路管路；
S5，建立优化设计后的计算模型，对加热器系统中辅助设备的水力热力特性进行分析计算，对比各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差；
S6，根据各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差，调整旁路管路的通径，完成优化设计。
S1中，机组运行日志包括加热器的设计资料、当前加热器的水位设定值、加热器的检修记录、检修内容及抢修记录、当前额定负荷工况加热器的性能指标、机组的运行日志、加热器发生疏水不畅的负荷边界及此状态下汽轮机抽汽系统及加热器系统的历史运行数据，设计资料包括计算书和说明书。
S1中，分析加热器系统中存在的疏水不畅问题及其所发生的负荷边界临界区间时，参照机组负荷、汽轮机各抽汽管道参数、各加热器进汽及疏水系统参数、加热器水位设定值值等运行参数，找出各高低压加热器疏水不畅的负荷发生区间及危急疏水调门动作的负荷区间。
S2中，机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图包括给水系统流程图、高压加热器系统图、低压加热器系统图、除氧器系统图、电动给水泵机组布置图、汽动给水泵机组布置图、高压给水管道安装图、低压给水管道安装图、高压加热器疏水管道空视图、高压加热器正常疏水管道布置图、高压加热器危急疏水管道布置图、高压加热器放水放气管道安装图、高压加热器支吊架明细图、低压加热器正常疏水管道布置图、低压加热器危急疏水管道布置图、低压加热器放水放气管道安装图和低压加热器支吊架明细图。
S3中，加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数的计算方法如下：
圆形管道流动压力损失的计算基本方程为：
式中：P2为管道出口压力；P1为管道进口压力；m1为质量流量；A为管道截面积；ρ为流动工质密度；d为管道直径；L为管道长度；f为摩擦阻力系数；
其中直管阻力损失计算采取Colebrook-White模型，计算方法如下：
当流动处于层流状态Re≤2000时,
当流动处于湍流状态Re>2000时,
弯头的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：kb为弯头流动损失系数；CRe为雷诺修正系数；Cf为表面粗糙度修正系数；；ρ为流动工质密度；v为管道管道流速；
阀门的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：k为阀门流动损失系数；CRe为雷诺修正系数。
S4中，增加的旁路管路需要在保证加热器系统安全稳定的基础上，同时参照电力行业相关标准，电力行业相关标准包括《DL5045-2016火力发电厂汽水管道设计规范》、《GB507642012电厂动力管道设计规范》、《DL/T834-2003火力发电厂防汽轮机进水和冷蒸汽导则》、
《ASME TDP-1–2013发电用蒸汽轮机防水损坏的推荐实施规程》。
S6中，加热器疏水调节阀管路系统处增加小通径的旁路管路时，旁路管路的管径选择计算公式为：
R3＝F1R1+F2R2
其中，R1为疏水管道直径；R2为疏水调节阀通径；R3为旁路管路直径；F1为疏水管道直径相关的加权系数；F2为疏水调节阀通径相关的加权系数；
其中F1、F2的通过水力计算分析后综合确定选取。
S4中，旁路管路包括垂直延伸直管段、圆弧过渡段和平行直管段；
垂直延伸直管段L1的长度计算公式为：
L1＝f1R3
圆弧过渡段半径R4的计算公式为：
R4＝f2R3
平行直管段L2的计算公式为：
L2＝f3R3
其中，R3为旁路管路的直径；f1为垂直延伸直管段相关的加权系数；f2为中圆弧过渡段相关的加权系数；f3为平行直管段相关的加权系数；
其中f1、f2及f3的选取是通过数值仿真的方法，以压降最小为优化目标，对管道及圆弧过渡段型线进行优化，之后确定。
S5中，各个疏水调节阀管路与加热器系统中辅助设备的水力设计值的偏差处理公式为：
式中，Δ为偏差计算结果；mJ为疏水调节阀管路的计算流量；mS为加热器系统中辅助设备的水力计算设计流量；
当偏差计算结果小于1％时，认为优化方案为合理结果。
完成优化设计后，采用等效焓降的方法，分别计算出加热器系统做功能力减少量和装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估；
加热器系统做功能力减少量的计算方法如下：
当份额为β的高压加热器疏水进入除氧器NO.m时，新蒸汽等效热降增加为：
当疏水排入凝汽器时，新蒸汽等效热降增加为：
切换疏水的作功损失为上述两种回收方式的作功差，即
ΔH＝H1-H2
式中：β为疏水为入凝汽器份额，γ为1kg疏水放热量，η为加热器效率，
为疏水比焓，
为热井出水比焓；
装置效率降低值的计算方法如下：
其中，ΔH为系统做功能力减少量，H为加热器系统优化前的做功能力。
与现有技术相比，本发明通过对机组运行日志进行收集分析，掌握了当前加热器系统的运行现状和加热器系统发生疏水不畅的负荷边界临界区间，依据加热器系统中的水力热力特性计算优化结果，在加热器系统的疏水调节阀管路系统处增加旁路管路，最后根据各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差，调整旁路管路的通径，完成优化设计。本发明解决了由于疏水调节阀选型不当或管路布置不合理造成的沿程阻力较大的问题，避免低负荷运行时危急疏水阀门打开，高品质工质直接灌入凝汽器，进而达到减少
损提升机组效率的目的，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明应用实例某电厂原始加热器疏水系统平面图；
图3为本发明应用实例某电厂优化后的加热器疏水系统平面图；
图4为本发明应用实例某电厂优化后的加热器疏水系统三维图；
图5为本发明应用实例某电厂优化后的加热器疏水系统俯视图；
其中，1、上级加热器，2、下级加热器，3、截止阀，4、疏水调节阀，5、旁路管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明包括以下步骤：
本发明包括以下步骤：
S1，根据机组运行日志，得到加热器系统的运行现状，并分析加热器系统中存在的疏水不畅问题时所发生的负荷边界临界区间；
机组运行日志包括加热器的设计资料、当前加热器的水位设定值、加热器的检修记录、检修内容及抢修记录、当前额定负荷工况加热器的性能指标、机组的运行日志、加热器发生疏水不畅的负荷边界及此状态下汽轮机抽汽系统及加热器系统的历史运行数据，设计资料包括计算书和说明书。
分析加热器系统中存在的疏水不畅问题及其所发生的负荷边界临界区间时，参照机组负荷、汽轮机各抽汽管道参数、各加热器进汽及疏水系统参数、加热器水位设定值值等运行参数，找出各高低压加热器疏水不畅的负荷发生区间及危急疏水调门动作的负荷区间。
S2，根据机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图，分析加热器系统管路的连接形式；
机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图包括给水系统流程图、高压加热器系统图、低压加热器系统图、除氧器系统图、电动给水泵机组布置图、汽动给水泵机组布置图、高压给水管道安装图、低压给水管道安装图、高压加热器疏水管道空视图、高压加热器正常疏水管道布置图、高压加热器危急疏水管道布置图、高压加热器放水放气管道安装图、高压加热器支吊架明细图、低压加热器正常疏水管道布置图、低压加热器危急疏水管道布置图、低压加热器放水放气管道安装图和低压加热器支吊架明细图。
S3，对加热器系统中的水力热力特性进行分析计算，获得加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数；加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数的计算方法如下：
圆形管道流动压力损失的计算基本方程为：
式中：P2为管道出口压力；P1为管道进口压力；m1为质量流量；A为管道截面积；ρ为流动工质密度；d为管道直径；L为管道长度；f为摩擦阻力系数；
其中直管阻力损失计算采取Colebrook-White模型，计算方法如下：
当流动处于层流状态Re≤2000时,
当流动处于湍流状态Re>2000时,
弯头的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：kb为弯头流动损失系数；CRe为雷诺修正系数；Cf为表面粗糙度修正系数；；ρ为流动工质密度；v为管道管道流速；
阀门的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：k为阀门流动损失系数；CRe为雷诺修正系数。
S4，在保证加热器系统安全稳定的基础上，同时参照电力行业相关标准，在加热器系统的疏水调节阀的管路系统处增加旁路管路；电力行业相关标准包括《DL5045-2016火力发电厂汽水管道设计规范》、《GB 50764 2012电厂动力管道设计规范》、《DL/T834-2003火力发电厂防汽轮机进水和冷蒸汽导则》、《ASME TDP-1–2013发电用蒸汽轮机防水损坏的推荐实施规程》。
S5，建立优化设计后的计算模型，对加热器系统中辅助设备的水力热力特性进行分析计算，对比各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差；各个疏水调节阀管路与加热器系统中辅助设备的水力设计值的偏差处理公式为：
式中，Δ为偏差计算结果；mJ为疏水调节阀管路的计算流量；mS为加热器系统中辅助设备的水力计算设计流量；
当偏差计算结果小于1％时，认为优化方案为合理结果。
S6，根据各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差，调整旁路管路的通径，完成优化设计。参见图5，旁路管路的管径选择计算公式为：
R3＝F1R1+F2R2
其中，R1为疏水管道直径；R2为疏水调节阀通径；R3为旁路管路直径；F1为疏水管道直径相关的加权系数；F2为疏水调节阀通径相关的加权系数；
其中F1、F2的通过水力计算分析后综合确定选取。
S4中，旁路管路包括垂直延伸直管段、圆弧过渡段和平行直管段；
垂直延伸直管段L1的长度计算公式为：
L1＝f1R3
圆弧过渡段半径R4的计算公式为：
R4＝f2R3
平行直管段L2的计算公式为：
L2＝f3R3
其中，R3为旁路管路的直径；f1为垂直延伸直管段相关的加权系数；f2为中圆弧过渡段相关的加权系数；f3为平行直管段相关的加权系数；
其中f1、f2及f3的选取是通过数值仿真的方法，以压降最小为优化目标，对管道及圆弧过渡段型线进行优化，之后确定。
S7，采用等效焓降的方法，分别计算出加热器系统做功能力减少量和装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估；
加热器系统做功能力减少量的计算方法如下：
当份额为β的高压加热器疏水进入除氧器NO.m时，新蒸汽等效热降增加为：
当疏水排入凝汽器时，新蒸汽等效热降增加为：
切换疏水的作功损失为上述两种回收方式的作功差，即
ΔH＝H1-H2
式中：β为疏水为入凝汽器份额，γ为1kg疏水放热量，η为加热器效率，
为疏水比焓，
为热井出水比焓；
装置效率降低值的计算方法如下：
其中，ΔH为系统做功能力减少量，H为加热器系统优化前的做功能力。
参见图2、图3和图4，上级加热器1和下级加热器2间的正常疏水管路上设置有疏水调节阀4，疏水调节阀4的上游和下游均设置有截止阀3，疏水调节阀4上并联有旁路管路5。
本发明通过对加热器的设计资料、当前加热器的水位设定值、加热器的检修、抢修记录、机组的运行日志等关键资料进行收集分析，掌握了当前加热器的性能指标及加热器发生疏水不畅的负荷边界等技术现状，依据水力计算优化结果在加热器正常疏水调节阀管路系统中设计了新增加的小通径旁路管路，解决由于疏水调节阀选型不当或管路布置不合理造成的沿程阻力较大的问题，避免低负荷运行时危急疏水阀门打开，高品质工质直接灌入凝汽器的危险工况，进而达到减少
损提升机组效率的目的，对改善机组安全经济运行具有十分重要的意义。
Claims (10)
1.一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据机组运行日志，得到加热器系统的运行现状，并分析加热器系统中存在的疏水不畅问题时所发生的负荷边界临界区间；
S2，根据机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图，分析加热器系统管路的连接形式；
S3，对加热器系统中的水力热力特性进行分析计算，获得加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数；
S4，在加热器系统的疏水调节阀管路系统处增加旁路管路；
S5，建立优化设计后的计算模型，对加热器系统中辅助设备的水力热力特性进行分析计算，对比各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差；
S6，根据各个疏水调节阀管路与旁路管路间的流量分配与水力设计值的偏差，调整旁路管路的通径，完成优化设计。
2.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S1中，机组运行日志包括加热器的设计资料、当前加热器的水位设定值、加热器的检修记录、检修内容及抢修记录、当前额定负荷工况加热器的性能指标、机组的运行日志、加热器发生疏水不畅的负荷边界及此状态下汽轮机抽汽系统及加热器系统的历史运行数据，设计资料包括计算书和说明书。
3.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S1中，分析加热器系统中存在的疏水不畅问题及其所发生的负荷边界临界区间时，参照机组负荷、汽轮机各抽汽管道参数、各加热器进汽及疏水系统参数、加热器水位设定值值等运行参数，找出各高低压加热器疏水不畅的负荷发生区间及危急疏水调门动作的负荷区间。
4.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S2中，机组热力系统管道布置竣工图纸及现场勘查测绘布置图包括给水系统流程图、高压加热器系统图、低压加热器系统图、除氧器系统图、电动给水泵机组布置图、汽动给水泵机组布置图、高压给水管道安装图、低压给水管道安装图、高压加热器疏水管道空视图、高压加热器正常疏水管道布置图、高压加热器危急疏水管道布置图、高压加热器放水放气管道安装图、高压加热器支吊架明细图、低压加热器正常疏水管道布置图、低压加热器危急疏水管道布置图、低压加热器放水放气管道安装图和低压加热器支吊架明细图。
5.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S3中，加热器系统中管网系统的各组件的阻力特性及进出口流动参数的计算方法如下：
圆形管道流动压力损失的计算基本方程为：
式中：P2为管道出口压力；P1为管道进口压力；m1为质量流量；A为管道截面积；ρ为流动工质密度；d为管道直径；L为管道长度；f为摩擦阻力系数；
其中直管阻力损失计算采取Colebrook-White模型，计算方法如下：
当流动处于层流状态Re≤2000时,
当流动处于湍流状态Re>2000时,
弯头的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：kb为弯头流动损失系数；CRe为雷诺修正系数；Cf为表面粗糙度修正系数；；ρ为流动工质密度；v为管道管道流速；
阀门的流动压力损失的计算基本方程为：
式中：k为阀门流动损失系数；CRe为雷诺修正系数。
6.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S4中，增加的旁路管路需要在保证加热器系统安全稳定的基础上，同时参照电力行业相关标准，电力行业相关标准包括《DL5045-2016火力发电厂汽水管道设计规范》、《GB 50764 2012电厂动力管道设计规范》、《DL/T834-2003火力发电厂防汽轮机进水和冷蒸汽导则》、《ASME TDP-1–2013发电用蒸汽轮机防水损坏的推荐实施规程》。
7.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S6中，加热器疏水调节阀管路系统处增加小通径的旁路管路时，旁路管路的管径选择计算公式为：
R3＝F1R1+F2R2
其中，R1为疏水管道直径；R2为疏水调节阀通径；R3为旁路管路直径；F1为疏水管道直径相关的加权系数；F2为疏水调节阀通径相关的加权系数；
其中F1、F2的通过水力计算分析后综合确定选取。
8.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S4中，旁路管路包括垂直延伸直管段、圆弧过渡段和平行直管段；
垂直延伸直管段L1的长度计算公式为：
L1＝f1R3
圆弧过渡段半径R4的计算公式为：
R4＝f2R3
平行直管段L2的计算公式为：
L2＝f3R3
其中，R3为旁路管路的直径；f1为垂直延伸直管段相关的加权系数；f2为中圆弧过渡段相关的加权系数；f3为平行直管段相关的加权系数；
其中f1、f2及f3的选取是通过数值仿真的方法，以压降最小为优化目标，对管道及圆弧过渡段型线进行优化，之后确定。
9.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，S5中，各个疏水调节阀管路与加热器系统中辅助设备的水力设计值的偏差处理公式为：
式中，Δ为偏差计算结果；mJ为疏水调节阀管路的计算流量；mS为加热器系统中辅助设备的水力计算设计流量；
当偏差计算结果小于1％时，认为优化方案为合理结果。
10.根据权利要求1所述的一种解决深度调峰运行加热器疏水不畅的旁路系统优化方法，其特征在于，完成优化设计后，采用等效焓降的方法，分别计算出加热器系统做功能力减少量和装置效率降低值，最终对机组的运行经济性进行评估；
加热器系统做功能力减少量的计算方法如下：
当份额为β的高压加热器疏水进入除氧器NO.m时，新蒸汽等效热降增加为：
当疏水排入凝汽器时，新蒸汽等效热降增加为：
切换疏水的作功损失为上述两种回收方式的作功差，即
ΔH＝H1-H2
式中：β为疏水为入凝汽器份额，γ为1kg疏水放热量，η为加热器效率，
为疏水比焓，
为热井出水比焓；
装置效率降低值的计算方法如下：
其中，ΔH为系统做功能力减少量，H为加热器系统优化前的做功能力。
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