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火电机组冷端系统建模与节能优化研究

王玮  
【摘要】:火力发电在我国的电源结构中占据主导地位,传统的火电机组节能降耗潜力巨大。冷端系统是火电机组重要的辅助系统,其运行状况对机组的安全、经济运行有十分重要的影响。因此,对冷端系统的各子系统进行研究,提高其运行性能,保证凝汽器在最佳真空下工作,实现冷端系统的优化运行,是电厂节能降耗、提高机组热经济性的重要手段。本文主要围绕冷端系统的建模与节能优化两个方面展开研究工作,力求在深入的理论分析的基础上,建立冷端系统各子系统的精确模型,并对冷端系统的节能优化提出有效解决方案。 冷端系统的建模主要围绕其四个子系统展开,即凝汽器、冷却塔、汽轮机低压缸末端以及循环水泵。对于凝汽器,提出了一种新的基于换热器效能基本理论的凝汽器热力特性计算方法,该方法引入了设计工况数据作为凝汽器固有属性的体现,解决了传统的凝汽器热力特性计算方法中总体传热系数的复杂计算以及焓差不变的假设带来的问题,提高了凝汽器压力变工况计算的精度。在冷却塔部分,本文提出了一种冷却塔的变工况计算方法,有效解决了焓差法在非线性方程求解过程中存在的初值、解析解位置以及迭代退出条件等难以确定的问题。出塔水温、进塔风速是冷却塔热力计算中至关重要的参数,本文通过对迭代过程中各参数变化特征的分析,基于焓差动力的原则,获得了解析解的特征,给出了二者的计算方法。针对汽轮机低压缸末端,本文基于汽轮机的功率背压特性建立了循环水变速调节系统的多目标节能优化体系结构。该体系结构设置了真空保护系统、最佳真空系统以及负荷响应系统三个子系统,分别用来保证机组的安全、经济运行以及在需要机组做出负荷响应时快速实现升降负荷的目的。在循环水泵运行特性的研究中,本文建立了变频循环水泵的扬程-流量特性模型,给出了其数学描述与求解方法,并在此基础上建立了变频循环水泵在不同运行方式下的流量-功耗模型,并给出了其数学描述与求解方法。 冷端系统的节能优化主要围绕三条主线展开,一是冷端系统子系统运行方式的优化,二是定速循环水泵的优化运行,三是基于变频调速的最佳真空定值优化。首先,本文提出了参数应达值的概念,并建立了冷端系统性能参数的三级指标体系,进而在冷端系统建模的基础上,确定了各指标参数的应达值并将其与实际运行值比较,以监测冷端系统各设备是否正常运行,从而优化各子系统的运行方式。第二,由于闭式循环水系统在循环水泵运行方式不同的情况下,其循环水入口温度差异较大,因此,本文提出在环境温度相等的前提下获取凝汽器的最佳真空,以确定循环水泵的最优运行方式。第三,将变频泵的优化运行归为一类带约束的连续非线性函数的优化问题,以确定其最佳真空定值。


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