基于發(fā)電利潤最大化的超超臨界機(jī)組閉式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化開發(fā)及應(yīng)用

胡雪梅 李國新

（國家投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南平頂山 467312）

基于發(fā)電利潤最大化的超超臨界機(jī)組閉式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化開發(fā)及應(yīng)用

胡雪梅 李國新

（國家投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南平頂山 467312）

本文以某2×1000MW超超臨界機(jī)組單元制閉式循環(huán)系統(tǒng)為例，在基于PI數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、建模，較為合理的解決了循環(huán)水入塔風(fēng)速及迭代溫差問題，計(jì)算出實(shí)際工況下機(jī)組循環(huán)水全模式下供電煤耗的變化量。引入動態(tài)標(biāo)煤單價、售電邊際利潤值，計(jì)算出在線工況下循環(huán)水全模式工況下發(fā)電成本變化量，并形成動態(tài)畫面，對提高火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益具有較高的指導(dǎo)意義。

火力發(fā)電 邊際利潤 發(fā)電燃煤成本 閉式循環(huán)

循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化研究涉及到冷卻塔、循環(huán)水泵、凝汽器、汽輪機(jī)四個方面的設(shè)備特性，循環(huán)水量的增加，勢必造成造成廠用電率的增加，但帶來的收益是機(jī)組的背壓降低，機(jī)組熱耗降低；但對于閉式循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水量增加造成淋水密度增加，入塔風(fēng)速降低，冷卻能力下降，經(jīng)過循環(huán)水的迭代溫升，循環(huán)水入口溫度增加，從而抵消了一部分因循環(huán)水量增加造成的機(jī)組能耗降低。因此，根據(jù)當(dāng)前的機(jī)組運(yùn)行狀況，結(jié)合標(biāo)煤單價及供電邊際利潤，進(jìn)行科學(xué)、合理的循環(huán)水量選擇，以確保火力發(fā)電廠收益最高。

1　機(jī)組概況

某電廠#1、2號火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱（集團(tuán)）股份有限公司制造的 CCLN1030-25/600/600超超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)配套有N49500-1型凝汽器，三臺88LKXD-27型立式斜流泵，設(shè)計(jì)流量為34560m3/h，功率為3400kW。每臺機(jī)組配套建設(shè)一座雙曲線自燃通風(fēng)逆流冷卻塔，冷卻水池表面積12000m2，冷卻塔標(biāo)高165m，夏季三臺泵并聯(lián)運(yùn)行全塔配水淋水密度為86400m3/m2。

2　循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化開發(fā)

根據(jù)能量價值法，以一臺高速泵運(yùn)行為基準(zhǔn)，通過逐漸增加循環(huán)水泵的運(yùn)行臺數(shù)，即不同的循環(huán)水量來計(jì)算機(jī)組排汽溫度的變化量，根據(jù)相變原理獲得到機(jī)組背壓的變化值；再根據(jù)汽輪機(jī)凝汽器的特性獲得機(jī)組供電煤耗和電耗的變化量。通過定期更新標(biāo)煤單價和電廠售電邊際利潤，計(jì)算出循環(huán)水量變化造成的發(fā)電成本變化量，最終決策機(jī)組當(dāng)前循環(huán)水泵運(yùn)行方式的選取。

2.1循環(huán)水泵運(yùn)行性能研究

為準(zhǔn)確的獲得不同工況下循環(huán)水量的變化以及循環(huán)水泵性能，該電廠進(jìn)行了循環(huán)水泵的性能測試工作。該測試工作實(shí)在機(jī)組循環(huán)水回水管道上安裝流量表，結(jié)合不同的循泵運(yùn)行方式組合進(jìn)行測試，具體流量測試見下表1。

2.2汽輪機(jī)背壓與熱耗關(guān)系

表1　不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式下流量與水泵耗功對應(yīng)關(guān)系

表2　不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式下流量與冷卻塔出水溫度對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)汽輪機(jī)廠家所給出的背壓與熱耗變化曲線基本可以確定：在背壓4.9kPa上、下機(jī)組熱耗的變化率與背壓的變化值比率有所差別見圖1，因此，可根據(jù)背壓值得變化建立機(jī)組熱耗變化率和背壓的數(shù)學(xué)模型。

2.3冷卻塔性能研究

冷卻塔的熱力計(jì)算可依據(jù)于邁克爾方程進(jìn)行求解，但在實(shí)際運(yùn)行中變量影響因素較多，其中最主要的影響因素為環(huán)境溫度和入塔風(fēng)速。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，依據(jù)單臺高速循環(huán)水泵和一臺低速循環(huán)水泵并列運(yùn)行運(yùn)行作為基準(zhǔn)，逐步變化循環(huán)水量造成入塔風(fēng)速的變化，從而得到循環(huán)水出水溫度的變化量見下表2。

2.4凝汽器性能研究

可根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行循環(huán)水泵的流量，依據(jù)表2獲得基準(zhǔn)循環(huán)水泵運(yùn)行方式下的循環(huán)水水進(jìn)水溫度，按照當(dāng)前的汽輪機(jī)排汽能量，按照通用的循環(huán)水比熱和凝汽器的清潔系數(shù)可計(jì)算出循環(huán)水溫升，從而得到基準(zhǔn)循泵下的循環(huán)水出水溫度。再根據(jù)循環(huán)水進(jìn)出口溫度獲得循環(huán)水的真實(shí)比熱，從而得到真實(shí)的循環(huán)水出水溫度，按照經(jīng)驗(yàn)下述經(jīng)驗(yàn)公式

計(jì)算獲得機(jī)組的端差，根據(jù)循環(huán)水進(jìn)水溫度、循環(huán)水溫升、端差數(shù)據(jù)獲得汽輪機(jī)的排汽溫度，按照下述經(jīng)驗(yàn)公式得到機(jī)組的排汽壓力（即背壓）。

2.5循環(huán)水泵自動尋優(yōu)方案

在當(dāng)前負(fù)荷下，可得出基準(zhǔn)值（單臺高速循環(huán)水泵）運(yùn)行方式下的機(jī)組真空、循環(huán)水泵電耗，按照逐漸變化循環(huán)水泵臺數(shù)進(jìn)行計(jì)算獲得不同循環(huán)水流量下的機(jī)組真空值及循環(huán)水泵電耗變化量。優(yōu)化方法（機(jī)組煤耗最優(yōu)方案）：根據(jù)機(jī)組真空的變化量可獲得機(jī)組供電煤耗的變化量，按照當(dāng)前的標(biāo)煤單價，可獲得機(jī)組單位供電算成本的變化量；根據(jù)機(jī)組循環(huán)水泵電耗變化量計(jì)算出機(jī)組廠用電率的變化量，根據(jù)當(dāng)前的上網(wǎng)電價可獲得機(jī)組單位供電成本的變化量，兩者之和為總的供電成本更變化量。

2.6工程應(yīng)用實(shí)例

該發(fā)電公司在基于PI數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上在廠級發(fā)電信息監(jiān)控畫面上開發(fā)了實(shí)施在線的循環(huán)水泵自動尋優(yōu)系統(tǒng)，用于指導(dǎo)運(yùn)行人員，該系統(tǒng)運(yùn)行一年來效果良好，年均供電煤耗下降0.8g/kWh，按照年發(fā)電量100億kWh計(jì)算可節(jié)約8000噸發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤，此外廠用電率降低0.07%，增加多售電邊際利潤126萬元，效果明顯。

3　結(jié)語

本文根據(jù)電廠設(shè)備的實(shí)際情況，結(jié)合發(fā)電市場的外部環(huán)境進(jìn)行了循環(huán)水泵的的自動尋優(yōu)系統(tǒng)的研究和開發(fā)，確保在發(fā)電利潤最大化下機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有效指導(dǎo)了運(yùn)行人員，在當(dāng)前較為競爭激烈的發(fā)電市場有較強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)性和應(yīng)用價值。

［1］徐大懋，柯嚴(yán)，王世勇.汽輪機(jī)功率背壓特性的通用計(jì)算方法及其應(yīng)用［J］.熱能動力工程，2010，2010，25（6）：605-608.

［2］趙斌，劉玲，張文兵.汽輪機(jī)冷端優(yōu)化的研究［J］.熱力透平，2007.36（1）：19-23.