引言

目前,針對冷端系統(tǒng)的運行優(yōu)化主要有理論計算和性能試驗兩種方式。高校一般采用理論計算方法,根據(jù)機力通風(fēng)冷卻塔性能、循環(huán)水泵性能和凝汽器性能等計算得到最佳循環(huán)冷卻水流量和凝汽器壓力。但由于冷端系統(tǒng)的復(fù)雜性以及冷端輔助設(shè)備運行多年對實際性能造成的影響,其理論計算結(jié)果往往與實際運行情況存在一定偏差。為了能夠反映機組實際運行情況,電廠和電科院大多采用性能試驗的方法進行運行優(yōu)化,通過性能試驗確定凝汽器的最佳背壓與循環(huán)水系統(tǒng)的最佳運行方式,通過運行調(diào)整獲得最大的節(jié)能收益。

機力通風(fēng)冷卻塔和循環(huán)水泵是電廠冷端系統(tǒng)的重要組成部分,這不僅是因為其運行效率影響著凝汽器背壓,同時其也是冷端系統(tǒng)中廠用電使用率較高的輔助機械設(shè)備。

提高風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和循環(huán)水泵電流可以加強循環(huán)水的換熱能力,有利于降低凝汽器背壓,增加機組發(fā)電功率,但同時會引起循環(huán)水泵和機力通風(fēng)塔風(fēng)機耗功的增加。因此,尋找使得機組發(fā)電功率增量與循泵、風(fēng)機功率增量之差取得最大值時的工況點成為提升機組運行經(jīng)濟性的有效措施,此時的凝汽器背壓被稱為最佳背壓。

本文通過對機組運行數(shù)據(jù)進行提取整理與分析計算,得到機組在不同蒸汽輪機負荷與環(huán)境溫度下的最佳背壓,同時根據(jù)機組的參數(shù)修正曲線數(shù)據(jù),提出了簡化的機組背壓節(jié)能運行調(diào)整原則,可為機組節(jié)能運行調(diào)整提供參考。

1機組概況

北京高井熱電分公司"二拖一"機組包括2臺9FB型燃機組成的燃氣輪機發(fā)電機組、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪機發(fā)電供熱機組,"二拖一"整機功率921Mw,汽機功率320Mw。汽輪機組是哈汽自主研發(fā)的首臺NCB型式熱電聯(lián)供機組,型號為LNCB320/155-13.02/0.500/565/565,該機型為三壓、再熱、雙缸、向下排汽、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)用凝汽式汽輪機,通流部分由高、中、低壓三部分組成,高壓由9級組成,中壓部分由10級組成,低壓部分由2×4級壓力級組成,機組共計27級。蒸汽輪機高中壓缸和低壓缸之間通過sss離合器連接,冬季供熱工況熱負荷需求較大時,汽機低壓缸解列,高中壓缸按照背壓方式運行,其排汽及余熱鍋爐低壓主汽全部用于熱網(wǎng)加熱器供熱。非供熱工況或熱負荷需求較低時,高中壓缸和低壓缸通過sss離合器連成一個軸實現(xiàn)純凝、抽凝運行。

冷卻塔本體型號為NH-6500型機械通風(fēng)冷卻塔,整套塔處理流量大于51414m3/h,單格設(shè)計流量6500m3/h,進塔水溫42℃,出塔水溫32℃,進塔設(shè)計干球溫度27.5℃,濕球溫度24.7℃,大氣壓力100.0kPa,相對濕度0.80,空氣密度1.15kg/m3,冷卻幅高7.3℃。冷卻塔頂端布置有8臺風(fēng)機以強化換熱,風(fēng)機型號為L10360,風(fēng)機葉輪直徑10360mm,設(shè)計風(fēng)量3100000m3/h,每臺風(fēng)機額定功率220kw。循環(huán)水泵為定速泵,額定功率2300kw,額定流量25950t/h。

2計算方法

一般而言,提升機力通風(fēng)冷卻水塔風(fēng)機電流可以降低機組背壓,進而提升機組的發(fā)電負荷,但會增加發(fā)電廠的廠用電率。

理論上需要分別建立機組發(fā)電功率一背壓模型、機力通風(fēng)塔風(fēng)機功率一背壓模型和循環(huán)水泵功率一背壓模型,然后劃分離散工況點,做出機組凈功率增量一背壓函數(shù)曲線以求得機組的最佳背壓[5-6]。但由于上述方法需要建立3個模型,計算方式復(fù)雜且容易增大累積誤差,所以考慮直接建立機組凈功率一背壓模型來尋找最佳背壓。

利用電廠S1S系統(tǒng)調(diào)取了"二拖一"聯(lián)合循環(huán)機組2019年1月至2020年12月的發(fā)電負荷、背壓、環(huán)境溫度、風(fēng)機電流等測點的數(shù)據(jù)。

對8臺風(fēng)機的功率進行累加求和,得到了風(fēng)機的總功率數(shù)據(jù):

式中(P1為8臺風(fēng)機總耗功)kw):Un為第n臺風(fēng)機的電壓)V):In為第n臺風(fēng)機的電流)A):cosφ為風(fēng)機相位角余弦值,取0.858。

在算出風(fēng)機耗功之后,計算同一時刻下蒸汽輪機機組負荷與風(fēng)機耗功及循環(huán)水泵耗功的差值作為機組凈功率。

式中(P為蒸汽輪機機組凈功率)kw):Q為蒸汽輪機機組發(fā)電負荷)kw):P2為蒸汽輪機循環(huán)水泵功率)kw)。

選取2019一2020年兩年數(shù)據(jù)進行篩選,即可計算機組在不同環(huán)境溫度與蒸汽輪機負荷情況下的最佳背壓。選取原則如下:

(1)選取典型負荷數(shù)據(jù),每個負荷附近士1Mw都作為該負荷的數(shù)據(jù):

(2)在每一負荷下,每個環(huán)境溫度附近士0.5℃都作為該溫度的數(shù)據(jù)。

3計算結(jié)果

圖1是機組負荷120Mw、環(huán)境溫度30℃時機組凈功率與背壓的關(guān)系圖。

圖2是機組負荷180Mw、環(huán)境溫度10℃時機組凈功率與背壓的關(guān)系圖。

可以看出,隨著機組背壓的升高,機組發(fā)電凈功率均呈下降趨勢,所以在這兩個工況下,在機組運行的實際過程中,還應(yīng)繼續(xù)降低機組背壓以獲得節(jié)能收益。

4節(jié)能效果評估

根據(jù)圖1與圖2所述計算結(jié)果,可以得到在當(dāng)前運行周期內(nèi)某一機組負荷及環(huán)境溫度下的最佳背壓及在該背壓下的機組發(fā)電凈功率,將該最佳背壓下機組發(fā)電凈功率與運行周期內(nèi)所有其他發(fā)電凈功率點進行對比,可以得到采用最佳背壓時發(fā)電凈功率的增加值,即采用最佳背壓時可獲得的節(jié)能收益。

圖3所示為汽機功率180Mw、環(huán)境溫度在30℃附近時汽機運行凈功率與按照推薦背壓運行可實現(xiàn)的凈功率對比,在該工況下,若按照推薦背壓運行,平均可多發(fā)電量0.23Mw·h,經(jīng)濟效益提升約0.13%。

圖4所示為汽機功率180Mw、環(huán)境溫度在20℃附近時汽機運行凈功率與按照推薦背壓運行可實現(xiàn)的凈功率對比,在該工況下,若按照推薦背壓運行,平均可多發(fā)電量0.88Mw·h,經(jīng)濟效益提升約0.48%。

經(jīng)過統(tǒng)計,按照推薦背壓運行,全工況下可實現(xiàn)節(jié)能量約0.22%。

5調(diào)整策略

基于最佳節(jié)能背壓曲線和歷史數(shù)據(jù)計算得出,若進行冷端優(yōu)化改造,機組運行情況將會發(fā)生改變。另外,受機組運行實際情況影響,機組背壓可能無法調(diào)整至最佳節(jié)能背壓或有不準確因素產(chǎn)生誤差,比如增開風(fēng)機后機組背壓卻無法降低,故提出簡化的機組背壓節(jié)能運行調(diào)整原則。

根據(jù)“二拖一"聯(lián)合循環(huán)機組的背壓一功率修正曲線,當(dāng)運行背壓在5.0~5.9kPa時,背壓每降低1kPa,機組可多發(fā)電3Mw·h,每臺機力通風(fēng)塔風(fēng)機耗電量0.22Mw·h,每臺循環(huán)水泵耗電量2.3Mw·h,所以在氣候環(huán)境條件及機組負荷保持穩(wěn)定的工況下,每開啟兩臺風(fēng)機若能降低背壓0.15kPa及以上,或每開啟一臺循環(huán)水泵可以降低背壓0.77kPa及以上,那么就會產(chǎn)生節(jié)能收益。

當(dāng)運行背壓為4.0~4.9kPa時,背壓每降低1kPa,機組可多發(fā)電2Mw·h,則每開啟兩臺風(fēng)機若能降低背壓0.22kPa及以上,或每開啟一臺循環(huán)水泵可以降低背壓1.15kPa及以上,那么就會產(chǎn)生節(jié)能收益:當(dāng)運行背壓為6.0~6.9kPa時,背壓每降低1kPa,機組可多發(fā)電3.2Mw·h,則每開啟兩臺風(fēng)機若能降低背壓0.14kPa及以上,或每開啟一臺循環(huán)水泵可以降低背壓0.72kPa及以上,那么就會產(chǎn)生節(jié)能收益。

6結(jié)語

本文采用數(shù)據(jù)分析與理論計算的方式,對聯(lián)合循環(huán)機組冷端運行背壓數(shù)值給出優(yōu)化建議,并評估計算了采用最佳背壓可產(chǎn)生的節(jié)能收益,同時,根據(jù)汽輪機制造廠家提供的機組發(fā)電功率一背壓修正曲線,對機組運行調(diào)整策略給出了理論描述,可為聯(lián)合循環(huán)機組的節(jié)能優(yōu)化運行提供參考。