火力发电厂低压省煤器系统的最佳水量分配.pdf

第 3 O卷第 2期 2 O O 7年 o 4月 四 J I l电 力 技 术 S i c h u a n E l e c tr i c P o w e r T e c h n o l o g y V o I ． 3 0． No ． 2 A p r ． 。 2 0 0 7 火力发 电厂低压省煤器系统的最佳水量分配 张勇 。 孙奉仲 1 ． 都江电力设备厂， 四川 都江堰6 1 1 8 3 0 ； 2 ． 山东大学， 山东 济南 2 5 0 0 6 1 摘要 对已设计投运 的低压省煤器 系统 L P E s ， 存 在一 个使 整个 回热加 热 系统达 到最 高经济性 的 L P E S通 水流 量。 以某电厂 1 3 7 M W发 电机 组 L P E s为典型 ， 全面分析 了 L P E S系统的流量特性 ， 导 出系统参数及等 效效焓降 变化 的计算 关 系式， 并进而建立 了确定 L P E S最佳流量 的数 学模型。经试验验证 ， 本模 型可用于指导低压省煤 器的最优运行。 关键词 流量 特性 ； 电厂节能 ； 优化 A b s t r a c t F o r l o wp r e s s u r e e c o n o mi z e r s y s t e m L P E S w h i c h h a s b e e n i n o p e r a ti o n ，t h e r e e x i s t s a n o p t i ma l w a t e r fl o w t h a t w i l l ma k e t h e t h e r mal u n i t o per a t e u n d e r t he h i g h e s t e ffi c i e n c y．T a ki n g LP ES o f 1 3 7 MW g e ne r a tin g u n i t i n a p o we r p l a n t f o r e x a mp l e，t h e fl o w c h a r a c t e r i s t i c o f L P E S s y s t e m i s a n aly z e d t h o r o u g h l y ，a n d t h e f o rm u l a s for the c alc u l a ti o n o f p ara me t e a n d e q u i v a l e n t e n t h alp y d r o p d e v i a t i o n a r e d e r i v e d．Fu r t he rm o r e，a ma the ma ti c al mo de l f o r d e t e rm i nin g t h e o p t i mal flo w o f L PES i s e s t a b l i s h e d．S pe c i al t e s t o n LP ES s h o ws t h a t t h e mo d e l i s u s e f u l for g ui d i n g t h e o p t i mal o p e r a t i o n o f L PE S． Ke y wo r d sflo w c h a r a c t e ris t i c；e n e r g y c o n s e r v a t i o n o f po we r p l a n t ；o p t i mi z a ti o n 中图分类 号 T K 2 2 3 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 0 7 0 2 0 0 7 2 0 3 对已设计投运的低压省煤器系统， 存在一个使整 个回热系统达到最高经济性的通水流量 ， 偏离这个最 佳流量 ， 低压省煤器系统的经济性都将大降低。以某 电厂 1 3 7 MW发电机组低压省煤器为典型， 全面分析 了低压省煤器系统的变工况特性 ， 导出热力参数变动 及等效焓降变化的计算公式 ， 进而建立了寻求低压省 煤器最佳流量的数学模型。为验证模型， 在某电厂 1 号炉进行了低压省煤器运行调整试验， 试验数据与模 型的计算结果吻合很好 ， 表明本模型可用于指导低压 省煤器的最优运行。 1 系统与参数 进 入低压 省煤 器 的凝 结水 吸收排 烟热量后 ， 在 除 氧器人 口与主凝结水汇合。在考察低压省煤器水流 量变动对经济性影响时， 需要规定系统 的进、 出口边 界 ， 系统 进 口边界 取 2号 低 加 出 13， 系统 出 13边 界 根 据除氧器不同的定压方式， 可取除氧器的出 口或 1 号 高加的出13。该热系统的主要设计参数列于表 1 。 2 热经济性与最佳水量 低压省煤器器的热经济性可借助焓降原理加以 分析。最方便的是将所吸收的排烟热量作 为外部纯 热量引入 系统 ， 而锅炉产生 1 k g新 汽的能耗不 变。 在这个前提下， 热系统所有排挤抽汽所增发 的功率， 都有将使汽轮机 的效率提高。排挤抽汽的纯热量作 用于第 ． f 级加热器时可增 发的功量 等效热降增量 日 及机组效率增量A刁按下式计算 △ Q ， ‘ k j ／ k g 1 A △ ／ H △ 2 式中 Q ， 相应于 1 k g新汽的排挤抽汽热量 以下 简称排挤热量 ， k j ／ k g ； 第 _ 『 级加热器的抽汽效 率； 日 汽轮机组等效热降。 表 1 热 系统的主要设计参数表 额定负 荷 维普资讯 第 3 O卷第 2期 2 0 0 7年 o 4 月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r T ech n o l o g y Vo 1 ． 3 0． No． 2 Ap t ． ． 2 0 0 7 当低压省煤器 的分水流量绕过任一低加时， 即产 生排挤抽 汽 ， 对于 系 统 出 口的加 热器 ， 排挤 抽 汽则 产 生于 进水焓 的变化 。 当低压省煤器分水流量为 G 时， 排挤抽汽的总 热量 ∑Q ， 恒等于低压省煤器的吸热量 G d ／ D 0 。 随着 G d的增 加， 增 加， 排挤抽 汽 的总热量 ∑ 三Q f 随之增 加。但等 效热 降总增量 ∑△ 的大 小还 与 ∑Q ， 在各级间的分配有关。随着 G d的增加 ， 抽汽效 率较低的 3 、 4号的排挤热量增加， 而抽汽效率较高的 除氧器、 1 号高加的排挤热量减少。故 ∑ △ 将先是 增加而后减少， 使 ∑ △ 达到最大时的 G d即为低压 省煤器的最佳流量。根据 2 式 ， 这也是使汽轮机组 效率获得最高增量的水流量。 3 排挤抽汽计算 根据以上分析 ， 寻求最佳水量的主要任务在于确 定各加热器排挤热量随低压省煤器水流量而变化的 计算关系式。以下 睁导出这些关系式。 3 ． 1 系统边 界在 除氧 器 出 口 3 ． 1 ． 1 3号低 加排 挤热 量 未装低压省煤器时 ， 3号低加的抽汽热量 p 3等 式于抽汽第数 a 3与抽汽单位热量 q 3 的乘积 ， 稳定工 况下， 与主水量的焓升 r 3 相等式 ， 即 Q 3 3 ‘ q 3 ’ “C 3 低压省煤器投运后 ， 3号低加的抽汽热量 p 3 为 Q 3 3 ‘ q 3 一 2 “C 3 排 挤热量 为 Q 3 Q 3 一Q 3 2 ‘ 3 一 一 △ 3 3 式中， 、 3 、 称分水系数， 分别表示 2号低加 分水量 G 2 、 3 号低加分水量 G 3 、 主水量 G 与新汽流 量 D 0 之 比。上 式 的物理 意 义 第二 个 等号 右边 的第 一 项为 2号低加出 口分水流量绕过 3号低加引起 的 排 挤热 量 ， 第 二项 为 3号低 加 的主凝结 水焓升增 加 而 引起 的排挤 热量减 小 。 3 ． 1 ． 2 4号低加排 挤 热量 与 3号低加相似， 可导出4号低加排挤热量计算 式 a Q 4 2 3 r 4 一 一 2 一 3 △ r 4 4 3 ． 1 ． 3除氧 器排 挤 热量 除氧器为汇合式加热器。 未装 低压 省煤器 时除 氧器 热平衡 5 ‘ q 5 ‘ g ’ g 5 ‘ y t 5一 t 4 或写 为 5 ‘ g 5 C t 5一 f 4 低压 省煤 器投入 运行后 ， 除 氧器 热平衡 5 ‘ q 5 C t 5一 t h 排挤 热量 为 △ Q 5 5 ‘ q 5 一 5 ‘ q 5 t h t 4 将 t h [ 2 t d 4 t 4 ] 1 ／ 代入上 式 ， 得 a Q 5 [ 3 t dt 4 一 2一 3 at 4 ] 1 ／ 5 上式物理意义 等号右边第一项为低压省煤器出 水的欠焓引起的排挤热量 ， 第二项为主凝结水进水焓 增引起的排挤热量。1 ／ 为汇集式加热器 的计算简 化 因子 。 3 ． 2 系统边界在 1号高加出口 这种情况 ， 除氧器水温随低压省煤器出水温度变 化而改变， 但认为在 1号高加出口可以恢 复设计值。 此外， 总的排挤热量将在 3号低加、 4号低加、 除氧器 和 1 号高加间分配。与系统边界在除氧器出口相比， 1 号 高加 由于除氧器 水温 变化 而产 生排 挤 抽汽 a Q 6 ， 除氧器 的排挤 热量 也 由 于除 氧 器水 温 变 动 而 有一 增 量 d Q 。这两部分数值相等 ， 符号相反 ， 按下式计算 a Q 6 一d Q 5 t 5 一t 5 6 即， 3号低加、 4号低加、 1号高加排挤热量按式 3 、 4 、 5 、 6 计算 ， 除氧器排挤 热量aQ 5 。 按式 7 计算 a Q 5 。 a Q 5 d Q 5 7 4 低压省煤器优化运行数学模 型 4 ． 1 目标函数 以机组等效热降增量为 目标 函数， 可以写出 6 a H ， 3 △ 何 △ Q 3 3 a q 4 4 △ Q 5 5 △ Q 6 6 5 式中 3 ～ 6 各加热器的抽汽效率 表 1 ， 其 余符号意义同前。 该式 对 系统 边界 在 除 氧器 出 口和 1 号 高 加 出 口 的两种情况均适用 ， 若为前者 ， 则式 中最后一项为零。 4 ． 2约束条件 7 维普资讯 第 3 0卷第 2期 2 0 0 7年 o 4 月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n E l e c tr i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 0。 N o． 2 Ap r ． ． 2 0 0 7 4 ． 2 ． 1 低压 省煤 器 出1 7 水温 约束 若低压省煤器水量过小， 出口水温可能达到或接 近饱和温度 ， 产生水冲击。因此限制出口水温低于工 质压力下的饱和温度并留有一定裕量。约束条件为 ≤ t ，一 1 0 4 ． 2 ． 2 分 水流量 约束 定义 为低压省煤器分水流量 G d 与新汽流量 D 0 之比。如 过 大， 则 流过相应低 加的主水量减 小。为保证低加 的工作安全 ， 要 求有最 低主水量流 过 ， 即 ≤ 0． 5 4 ． 3数学 模型 及求 解 综上所述 ， 为某电厂低压省煤器运行优化制定的 数学 模型 如下 m a x AH 卢 2 卢 3 s ． t t d≤ t ，一 1 0 ≤0． 5 这是一个不等式约束的二元非线性规划问题 ， 决 策变量空间为连续的。 目标函数 中的参数变动结果 均以计算机程序作迭代计算。用 S U M T方法将有约 束极大化变为无约束极小化问题 ， 搜索采用了坐标轮 换法。为本模型编制 了计算程序。主要计算原始数 据见表 1和表 2 。经 4次迭代 ， 惩罚因子扩张至 1 0 儿 时收敛于解 0 ． 1 1 9 ， 0 ， 目标 函数为△H 4 ． 7 5 9 k J ／ k g 。从不同初始点搜索得到完全相 同的解 ， 证 明 本模型是一性能 良好非线性规划问题。 4 ． 4 数学 模型 的试验 验证 为了验证本优化模型的正确性 ， 在某电厂 1 号炉 上进行了专项试验。表 2为实测结果与计算结果的 对 比。由表可见 ， 变工况计算的准确性是十分令人满 意 的 。 5 结论 1 建立 了低压省煤器系统 最佳过水流量 的数 学模型。尽管是针对某一系统 ， 但其建模原则、 理论 分析和参数定量方法可适用于所有不同型式 的低压 省煤器以及其它换热设备。 2 建立了热系统的变工况计算模型。经低压 省煤器调整试验验证 ， 该模型的计算结果与实测数据 较好 吻合 。 3 低压省煤器 的热经济性计算必须考虑分水 流量对各加热器出 13参数引起的变化。本模 型的计 算表明， 忽略这一变化所引想的等效焓降增量的误差 约在 2 0 ％左 右。 参考 文献 [ 1 ] 林 万超 ． 火 电厂 热系统节 能理 论[ M] ． 西 安 西 安交 通 大学 出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 2 ] 黄新元 ． 龙 口电厂 1 号 炉低压省 煤器优 化设计 [ J ] ． 锅 炉技术 ， 1 9 9 8 ， 3 2 2 2 5 ． [ 3 ] 曹祖庆 ． 汽轮机 变工 况特性 [ M] ． 北京 水 利电力 出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 4 ] 黄新元 ． 火 电厂 低压省煤 器 系统最优 设计 的通用数 学 模型[ J ] ． 电站系统工 程 ， 1 9 9 9 ， 5 2 0 2 4 ． 作者简介 张勇 ， 男。 1 9 7 1年 生。1 9 9 3年 毕 业 于重庆 大 学热 力 工程 系。 学士。现 就职 于都江 电力设备厂 ， 长期从 事电站受热 面的 设计 工作 。在受热面设计及 强化传 热研 究方 面与山 东大 学能 源与动力 工程 学院有紧密的合 作关系。 表 2变工况计算结果与试验 数据 的对 比 项 目 D3 1 1 t ／h， D261 t ／ h D3 1 1 t ／h， D261 t ／h D3 1 1 t ／h， D261 t ／h D31 1 t ／h， D261 t ／ h 实测值 计算值 实测值 计算值 实测值 计算 值 实测值 计算值 收稿 日期 2 0 0 7 0 1 1 0 维普资讯