王攀

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0 引言

在夏季運(yùn)行工況下，由于環(huán)境溫度高、濕度大，采取單臺循環(huán)水泵運(yùn)行的方式機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較低。電廠普遍采用啟動第二臺循環(huán)水泵的方法提高真空，提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。由于循環(huán)水泵耗電量占廠用電比例較大，這就牽扯到何時(shí)啟動第二臺循環(huán)水泵更經(jīng)濟(jì)的問題。本篇文章以某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為背景，通過計(jì)算的方法，探索在不同負(fù)荷、環(huán)境溫濕度的條件下，何時(shí)啟動第二臺循環(huán)水泵能達(dá)到節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果。

1 設(shè)備簡介

某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用的汽輪機(jī)型號為 LN275/CC154型，為三壓、一次中間再熱、雙缸雙排汽、帶抽汽供熱汽輪機(jī)機(jī)組，額定功率300MW，最大供熱量1700GJ。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用母管制連接，在機(jī)組運(yùn)行期間采取兩用一備或一用兩備方式運(yùn)行，單臺運(yùn)行工況下額定流量為7.33m3/s，并泵運(yùn)行工況下額定流量為6.11m3/s。

2 單臺循泵與雙臺循泵流量計(jì)算

2.1 額定參數(shù)法

在電廠運(yùn)行規(guī)程中明確提到了循環(huán)水泵單臺運(yùn)行時(shí)流量為7.33m3/s，雙臺運(yùn)行時(shí)流量為6.11m3/s，由于雙臺循環(huán)水泵并泵運(yùn)行時(shí)母管流量為兩臺循泵流量之和，可以推算出在雙臺循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為單臺流量的（6.11+6.11）/7.33=1.667倍。

2.2 計(jì)算法

根據(jù)伯努利方程

其中：P為管道進(jìn)出口壓降；s為管道比阻；L為管道長度。

由于凝汽器內(nèi)管道比阻s、管道長度L不變，因此可近似認(rèn)為單臺循環(huán)水泵與雙臺循環(huán)水泵啟動前后循環(huán)水的流量比為啟動前后的凝汽器循環(huán)水側(cè)壓降開方之比，其數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1 單臺循泵與雙臺循泵運(yùn)行流量計(jì)算表

經(jīng)過計(jì)算法可以得出單、雙臺循環(huán)水泵運(yùn)行工況下流量之比約為1.7，與運(yùn)規(guī)中給出的數(shù)據(jù)接近。但由于該電廠循環(huán)水的用戶還有開式水、凝汽器和真空泵冷卻水，而運(yùn)規(guī)中給出的數(shù)據(jù)僅為循環(huán)水母管流量之比，未考慮其他用戶在不同工況下對流量的影響，故由計(jì)算法得出的數(shù)據(jù)更具有代表意義[1]。即第二臺循環(huán)水泵啟動前后凝汽器內(nèi)循環(huán)水流量之比約為1.7。

3 增開循環(huán)水泵對排汽壓力的影響

3.1 計(jì)算原理

本小節(jié)主要計(jì)算機(jī)組排汽壓力隨循環(huán)水流量變化的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)排汽壓力確定后，即可通過機(jī)組真空變化情況對汽輪機(jī)發(fā)電效率的影響和增開循環(huán)水泵對廠用電的影響來確定增開循環(huán)水泵是否經(jīng)濟(jì)[2]。

通常在凝汽器熱力計(jì)算中基本的傳熱公式為

其中：D為汽輪機(jī)排汽流量；r為當(dāng)前壓力下的汽化潛熱；k為傳熱系數(shù)；△T為對數(shù)傳熱溫差；A為凝汽器換熱面積。

對數(shù)傳熱溫差的計(jì)算公式為：

其中：△t為循環(huán)水溫升；t端差為凝汽器端差。

循環(huán)水溫差的計(jì)算方法為：

其中：C取4.18；m為凝汽器冷卻倍率。

凝汽器冷卻倍率的計(jì)算方法為：

其中：W為循環(huán)水流量；D為汽輪機(jī)排汽流量。

通過分析可知，3個(gè)未知參數(shù)r、k、△T均與汽輪機(jī)排汽壓力有關(guān)。因此，在計(jì)算過程中可以先假定1個(gè)排氣壓力P1，再求出該排汽壓力下的汽輪機(jī)排氣流量D1，當(dāng)|D1-D0|/D0＜ 0.2% 時(shí)，則可以認(rèn)為假定的排汽壓力為循環(huán)水流量變化后的真實(shí)排汽壓力，否則應(yīng)重新進(jìn)行假定計(jì)算，直至合乎要求為止[2]。

3.2 計(jì)算步驟

3.2.1 求解單臺循環(huán)水泵工況下的傳熱系數(shù)K0

當(dāng)運(yùn)行工況確定時(shí)循環(huán)水流量、汽輪機(jī)排汽流量均為已知數(shù)，根據(jù)公式（3-4）可求解出該工況下凝汽器冷卻倍率m0

當(dāng)運(yùn)行工況確定時(shí)循環(huán)水溫升、凝汽器端差均為已知數(shù)，根據(jù)公式（3-2）可求解出傳熱對數(shù)溫差△T0。

最終通過公式（3-1）求解出單臺循環(huán)水泵工況下的傳熱系數(shù)K0：

3.2.2 求解循環(huán)水泵并泵運(yùn)行工況下的傳熱系數(shù)K1

在僅有循環(huán)水流量變化時(shí)，傳熱系數(shù)K與循環(huán)水流量W成正比

根據(jù)上一節(jié)結(jié)論可知 W1/W0=1.7

則 K1/K0=1.216

3.2.3 假定壓力

啟動第二臺循環(huán)水泵時(shí)循環(huán)水入口溫度與單泵運(yùn)行時(shí)入口溫度一致，假設(shè)排汽壓力P1，則對應(yīng)的飽和溫度t1，排氣潛熱值r1均可確定。反推計(jì)算出m1、△t1、t端差1、△T1及D1。最后計(jì)算|D1-D0|/D0，若結(jié)果小于0.2% 則證明假設(shè)成立[3]。

4 多開循環(huán)水泵的耗電量計(jì)算

循環(huán)水泵單臺運(yùn)行工況下其運(yùn)行電流為163A，啟動第二臺循環(huán)水泵后每臺循環(huán)水泵的運(yùn)行電流為183A，由此可以計(jì)算出增開循環(huán)水泵多耗功率。

首先計(jì)算單臺循環(huán)水泵功率為

再計(jì)算并泵運(yùn)行時(shí)功率

其中：cosφ取0.85。

根據(jù)公式（4-1）可以求得單臺循環(huán)水泵運(yùn)行工況下循環(huán)水泵功率為1.439MW，根據(jù)公式（4-2）可以求得循環(huán)水泵并泵運(yùn)行工況下循環(huán)水泵功率為3.233MW，由此可以計(jì)算出增開一臺循環(huán)水泵多耗廠用電為：

5 汽輪機(jī)負(fù)荷微增量計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，汽輪機(jī)排汽壓力每降低1kPa，汽輪機(jī)效率就能提高1%，由第三小節(jié)能夠計(jì)算出確定工況下增開第二臺循環(huán)水泵前后真空，因此汽輪機(jī)負(fù)荷微增量計(jì)算方法為:

由于啟動第二臺循環(huán)水泵會提高廠用電消耗，只有當(dāng)汽輪機(jī)增加的發(fā)電量大于啟動循環(huán)水泵的耗電量時(shí)才能夠滿足降低氣耗的要求，因此需要計(jì)算出多開循環(huán)水泵的耗電量與汽輪機(jī)發(fā)電微增量并進(jìn)行比較才能夠得出是否需要增開循環(huán)水泵的結(jié)論[4]。即當(dāng)啟動第二臺循環(huán)水泵后汽輪機(jī)負(fù)荷微增量大于1.794MW，即可降低機(jī)組氣耗。

6 計(jì)算實(shí)例

通過SIS系統(tǒng)對總負(fù)荷400MW單臺循環(huán)水泵運(yùn)行工況下的汽輪機(jī)負(fù)荷、機(jī)組真空、循環(huán)水進(jìn)出口水溫、汽輪機(jī)排汽溫度等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并輸入計(jì)算公式，即可得到增開循環(huán)水泵后機(jī)組真空計(jì)算值[4]。根據(jù)公式（5-1）對汽輪機(jī)負(fù)荷微增量進(jìn)行計(jì)算，最終得出增開循環(huán)水泵后是否經(jīng)濟(jì)的結(jié)論。

6.1 純凝工況

對二拖一純凝工況400MW負(fù)荷點(diǎn)取數(shù)并進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如表2所示。

表2 400MW純凝工況計(jì)算表

6.2 抽汽工況

汽輪機(jī)抽汽供熱工況是指抽出中壓缸7級及13級部分蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)系統(tǒng)做功。這導(dǎo)致在總負(fù)荷相同的工況下，汽輪機(jī)排汽量減少，真空變好[5]。因此理論上同樣負(fù)荷下需要在更高的排汽壓力下啟動第二臺循泵才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果，同樣取400MW工況進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如表3所示。

表3 400MW抽汽工況計(jì)算表

6.3 計(jì)算結(jié)果

從表格2及表格3可以看出：純凝工況下，當(dāng)總負(fù)荷400MW時(shí)，純凝工況下排汽壓力高于7kPa時(shí)啟動第二臺循環(huán)水泵后汽輪機(jī)負(fù)荷微增量高于多開循環(huán)水泵耗功，即啟動第二臺循環(huán)水泵更加經(jīng)濟(jì)；而抽汽工況下絕對壓力高于7.5kPa時(shí)啟動第二臺循環(huán)水泵更加經(jīng)濟(jì)。

7 實(shí)際應(yīng)用

由于實(shí)際運(yùn)行中環(huán)境溫濕度、機(jī)組負(fù)荷是在不停變化的。因此僅計(jì)算單一工況下的絕對壓力臨界值是不能滿足節(jié)能減排運(yùn)行要求的[6]。本小節(jié)將探索如何制作實(shí)時(shí)計(jì)算表，旨在保證啟動第二臺循環(huán)水泵能夠提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

7.1 SIS系統(tǒng)

SIS系統(tǒng)是火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)的簡稱，是為火電廠全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)的廠級監(jiān)控管理信息系統(tǒng)。其通過全廠生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了各類設(shè)備過程信息的實(shí)施集中管理，有利于隨時(shí)隨地查看全廠生產(chǎn)過程和運(yùn)行情況。

7.2 制作計(jì)算表

使用EXCEL表格及水蒸氣焓熵查詢插件Waspcn，通過SIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)對當(dāng)前工況下的參數(shù)進(jìn)行取數(shù)并計(jì)算其經(jīng)濟(jì)性[5]。在紅色單元格內(nèi)輸入假定壓力后，表格會自動計(jì)算出汽輪機(jī)負(fù)荷微增量，若汽輪機(jī)負(fù)荷微增量大于多開循環(huán)水泵所耗廠用電，則在“建議”單元格輸出“啟動第二臺循環(huán)水泵”建議；反之，則輸出“保持單臺運(yùn)行”建議。其成果如圖1所示。

圖1 循環(huán)水運(yùn)行方式建議計(jì)算表格

通過EXCEL表格制作出的運(yùn)行方式計(jì)算表格可以根據(jù)實(shí)時(shí)參數(shù)對是否需要啟動第二臺循環(huán)水泵給出建議，對調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行方式、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性具有一定指導(dǎo)意義。

8 結(jié)語

針對啟動第二臺循環(huán)水泵后汽輪機(jī)真空提高、負(fù)荷上漲這一現(xiàn)象，本篇文章以機(jī)組總負(fù)荷400MW為例，計(jì)算了汽輪機(jī)純凝及抽汽工況下增開循環(huán)水泵后的汽輪機(jī)負(fù)荷微增量，并將其與多開循環(huán)水泵耗功進(jìn)行比較。并采用該方法通過SIS系統(tǒng)、EXCEL軟件制作了循環(huán)水運(yùn)行方式優(yōu)化建議計(jì)算表格，從而達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)測是否需要多開循環(huán)水泵的目的。對提高汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有一定的指導(dǎo)意義。