专利名称：空冷汽轮机冷端优化的方法
技术领域：
本发明涉及火力发电领域，特别涉及一种空冷汽轮机冷端优化的方法。
背景技术：
在煤矿资源丰富、开采费用又合理，但缺乏冷却水的地区，电厂使用空冷汽轮机发电。与湿冷机组相比，空冷汽轮机发电会在热力学上因可用焓降减少造成经济上的损失，但它可在从火力电厂总投资和运输费用的减少而得到弥补。为了使使用空冷汽轮机发电的火力电厂的经济效益达到最大值，在发电时，需要对空冷汽轮机的背压进行优化控制。现有技术中，通过对空冷汽轮机的冷端优化实现对空冷汽轮机的背压优化。冷端包括排汽管道、空冷凝汽器、凝结水收集装置、凝结水系统。空冷汽轮机的热汽通过排汽管道进入空气冷凝器，在空气冷凝器中经冷风冷却成水，进入到凝结水收集装置。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种空冷汽轮机冷端优化的方法。所述方法包括:S11，在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件、背压和所述导汽管的初始段参数得到所述空冷凝汽器各管束相等的末端压力；S12，根据步骤Sll得到的结构参数和运行参数通过计算机模拟计算所述各管束的蒸汽分配值；S13，如果所述各管束的蒸汽分配值的不均匀误差应在5%以下，则进行步骤S14，否则循环进行步骤Sll和S12 ；S14,计算在选定方案下的不同背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数Ap=F (pk，Dk)，根 据所述压降函数对排汽管道进行优化；其中所述空冷凝汽器气温上限保证值运行条件包括:汽轮机特性参数、气温和气压，所述汽轮机特性参数包括:汽轮机的背压、输入热量、排汽量、排汽干度和发电功率。在如上所述的方法中，所述步骤Sll具体包括:在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件，且令所述背压等于保证值背压，改变所述导汽管的初始段参数得到所述空冷凝汽器各管束相等的末端压力；其中，令所述背压等于保证值背压时，所述空冷凝汽器各管束通过的蒸汽流量相等。在如上所述的方法中，所述步骤S14之后，还包括:S31，根据噪声测量与限制条件，用噪声计算软件计算空冷风机不同时段的噪声界限；S32，在最优背压计算软件和最优背压下空冷风机转速计算软件环境下，根据不同所述空冷凝汽器背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数得到所述空冷汽轮机特性参数的函数；S33，根据风场模型模拟计算得到所述空冷凝汽器的基本换热单兀的相对效率，其中，所述基本换热单兀包括:基本管束和基本风机；S34，根据所述噪声界限、所述空冷汽轮机特性参数的参数、所述基本换热单元的相对效率，在所述空冷凝汽器的气温上限保证值条件下，通过优化软件中的最优空冷凝汽器背压函数和空冷凝汽器管道压降函数，得到优化后的空冷凝汽器基本换热单元数。
在如上所述的方法中，所述步骤S32具体包括:S321，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽量和背压之间的函数Dk=D (pst) ;S322，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽干度和背压之间的函数Xk=X (pst) ;S323，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机背压变化引起空冷汽轮机发电量相对于指定值变化的函数ΔΝ=Ν (Pst) ;S324、根据所述函数pst=F (pkc)、Dk=D (pst)、Xk=X(pst)和ΛΝ=Ν (Pst)得到所述空冷汽轮机特性参数的函数。在如上所述的方法中，所述步骤S34之后，还包括:S51，根据凝结水收集位置的蒸汽分压和空气分压得到凝结水的含氧量和凝结水对应的饱和压力；S52，根据所述含氧量和饱和压力得到完全凝结时的凝结水温度和过冷度；S53，根据所述凝结水温度和所述过冷度，得到优化后的凝汽器顺逆流管束比。 在如上所述的方法中，所述步骤S53之后，还包括:S61，根据所述空冷凝汽器管束材质，优化机组汽水循环通道材质和水质处理工艺使机组寿命期间材质腐蚀最小，处理工艺费用最低；S62，根据凝结水和疏水可分别处理，对凝结水和疏水系统的结构进行优化。在如上所述的方法中，所述步骤Sll之前，还包括:S71，营造各种风向和风速下所述空冷风机需要的冷风来源通道和各种风向和风速下所述空冷凝汽器排出热风的通道和冷却热风的冷风来源通道；S72，阻挡所述空冷凝汽器入口空气热回流和引导出口热风直接离去；S73，合理选择所述空冷风机的压头裕量，使有横风时保证且均衡各空冷风机的冷风进风量。本发明针对空冷汽轮机冷端一次性提出了冷端优化解决方案，通过最优控制凝结水收集位置、空冷凝汽器基本换热单元、凝结水系统和结构风来实现空冷汽轮机背压的最优化控制，给空冷汽轮机及其机组运行带来的经济效益有最大值。
图1是本发明优选实施例提供的一种空冷汽轮机冷端优化的方法流程图；图2是本发明优选实施例提供的空冷凝汽器中蒸汽与空气分压的变化过程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。参见图1，本发明优选实施例提供了一种空冷汽轮机冷端优化的方法，所述方法包括:S11，在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件、背压和导汽管的初始段参数得到空冷凝汽器各管束相等的末端压力；其中，步骤Sll具体包括:在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件，且令背压等于保证值背压，改变导汽管的初始段参数得到空冷凝汽器各管束相等的末端压力，其中，令背压等于保证值背压时，此时空冷凝汽器各管束通过的蒸汽流量相等。其中，空冷凝汽器气温上限保证值运行条件包括:汽轮机特性参数、气温和气压，汽轮机特性参数包括:汽轮机的背压、输入热量、排汽量、排汽干度和发电功率，在实际应用中，汽轮机特性参数还可以包括:热耗、排汽焓和排热量。S12，根据步骤Sll得到的结构参数和运行参数通过计算机模拟计算各管束的蒸汽分配值；其中，结构参数为导汽管的初始参数，运行参数为汽轮机特性参数、气温和气压。S13，如果各管束的蒸汽分配值的不均匀误差应在5%以下，则进行步骤S14，否则循环进行步骤Sll和S12;S14，计算在选定方案下的不同背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数Ap=F(pk, Dk)，根据压降函数对排汽管道进行优化。综上所述，也就是说，到空冷凝汽器的排汽管道的优化包括:长度(减少管道压降和不妨碍凝汽器冷却风来源)，减少管道元件阻力和均匀蒸汽在空冷凝汽器各基本换热单元间的分配。为了得到好的优化结果，在步骤S14之后，还包括空冷凝汽器基本换热单元的优化，该优化具体包括:S31，根据噪声测量与限制条件，用噪声计算软件计算空冷风机不同时段的噪声界限；S32，在最优背压计算软件和最优背压下空冷风机转速计算软件环境下，根据不同空冷凝汽器背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数得到空冷汽轮机特性参数的函数；其中，步骤S32具体包括:S331，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽量和背压之间的函数Dk=D (pst)；S332，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽干度和背压之间的函数Xk=X (pst)；S333，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机背压变化引起空冷汽轮机发电量相对于指定值变化的函数AN=N (Pst)；S334,根据所述函数 pst=F (pkc)、Dk=D (pst)、Xk=X (pst)和 Δ N=N (Pst)得至Ij所述空冷汽轮机特性参数的函数。S33，根据风场模型模拟计算得到空冷凝汽器的基本换热单元的相对效率，其中，基本换热单兀包括:基本管束和基本风机；S34，根据噪声界限、空冷汽轮机特性参数的参数、基本换热单元的相对效率，在空冷凝汽器的气温上限保证值条件下，通过优化软件中的最优空冷凝汽器背压函数和空冷凝汽器管道压降函数，得到优化后的空冷凝汽器基本换热单元数。需要说明的是，空冷凝汽器基本换热单元的优化设计实质是选择具有最佳经济性的空冷凝汽器换热能力的方案。空冷凝汽器中由基本管束和基本风机构成的基本换热单元是根据各种优化过程和试验确定其基本结构和得到其基本参数的。大机组用空冷凝汽器随着基本换热单元数量的增加，排列在大阵列中的每一单元在不同的风环境下的相对换热效率不同，甚至相差很 大。在上述情况下，空冷凝汽器在设计时要优化凝汽器的管束换热面积实际上变成了优化设计相对换热效率的空冷凝汽器基本换热单元数目及其布置。为了进一步得到优化结果，在步骤S34之后，还包括凝结水收集位置的优化，该优化具体包括:S51，根据凝结水收集位置的蒸汽分压和空气分压得到凝结水的含氧量和凝结水对应的饱和压力；S52，根据所述含氧量和饱和压力得到完全凝结时的凝结水温度和过冷度； S53，根据所述凝结水温度和所述过冷度，得到优化后的凝汽器顺逆流管束比。需要说明的是，当空冷凝汽器的结构确定后，其凝结水温度随大气的干球温度变化，由于凝结水温度将影响整个机组的系统效率，因此要通过可能的措施对各种系统参数和结构进行优化使凝结水温度尽量的接近凝汽器的饱和温度，即过冷度尽量的低。同时，由于凝结水溶解的氧会增加凝结水精处理装置的负担和造成给水管及给水加热器的腐蚀。因此，凝结水溶解的氧也是应优化的另一个目标，它是与凝结水过冷度指标相伴的，随凝结水面上蒸汽中的氧气分压变化。在实际应用中，由于空气漏入空冷凝汽器，空冷凝汽器中的绝对压力就不能按照饱和压力与温度的关系来和凝结蒸汽的温度相对应。当有空气存在时，空冷凝汽器压力乃是蒸汽和空气的混合物的压力，混合物温度只能决定混合物中蒸汽的分压力。当混合物压力为一定值时，混合物中蒸汽的分压力在数值上与混合物中蒸汽量和空气量的比值有关。空冷凝汽器工作时，蒸汽不断被凝结，非凝结气体不断被浓缩，最后从空气冷却区出口排出汽、气混合物。蒸汽从空冷凝汽器入口进入管束，向空气冷却区的出口流去，此间由于蒸汽不断地被凝结，蒸汽量与空气量的比值随之不断地改变，蒸汽的分压力也因之改变。如图2所示，从空冷凝汽器的入口到不凝结气体的抽气口，由于沿程存在阻力，空冷凝汽器总压力
从最初的Pk下降到抽气口处的最终压力 ，整个汽阻为Ap= Pk - P；，沿程流动过程中，
由于蒸汽凝结，蒸汽的分压力Ps逐渐降低。由于空气浓缩，空气的分压力Pa逐渐增加，特别在空气抽出口处，蒸汽的分压力降到最低，而空气的分压力增加到最大值，并超过了蒸汽的分压力。根据道尔顿定律，并把它推广到汽气混合物中，凝汽器中的绝对压力可写成:Pk =Ps+Pa ( I )相应的将其推广到空气冷却器的下联箱，可写成:
权利要求
1.一种空冷汽轮机冷端优化的方法，其特征在于，所述方法包括: S11，在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件、背压和所述导汽管的初始段参数得到所述空冷凝汽器各管束相等的末端压力； S12，根据步骤Sll得到的结构参数和运行参数通过计算机模拟计算所述各管束的蒸汽分配值； S13，如果所述各管束的蒸汽分配值的不均匀误差应在5%以下，则进行步骤S14，否则循环进行步骤Sll和S12 ； S14，计算在选定方案下的不同背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数Ap=F(pk, Dk)，根据所述压降函数对排汽管道进行优化； 其中所述空冷凝汽器气温上限保证值运行条件包括:汽轮机特性参数、气温和气压，所述汽轮机特性参数包括:汽轮机的背压、输入热量、排汽量、排汽干度和发电功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sll具体包括: 在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件，且令所述背压等于保证值背压，改变所述导汽管的初始段参数得到所述空冷凝汽器各管束相等的末端压力； 其中，令所述背压等于保证值背压时，所述空冷凝汽器各管束通过的蒸汽流量相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S14之后，还包括: S31，根据噪声测量与限制条件，用噪声计算软件计算空冷风机不同时段的噪声界限；S32，在最优背压计算软件和最优背压下空冷风机转速计算软件环境下，根据不同所述空冷凝汽器背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数得到所述空冷汽轮机特性参数的函数； S33，根据风场模型模拟计算得到所述空冷凝汽器的基本换热单元的相对效率，其中，所述基本换热单兀包括:基本管束和基本风机； S34，根据所述噪声界限、所述空冷汽轮机特性参数的参数、所述基本换热单元的相对效率，在所述空冷凝汽器的气温上限保证值条件下，通过优化软件中的最优空冷凝汽器背压函数和空冷凝汽器管道压降函数，得到优化后的空冷凝汽器基本换热单元数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括: S321，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽量和背压之间的函数 Dk=D (pst)； S322，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机排汽干度和背压之间的函数 Xk=X (pst)； S323，计算并拟合在预设的空冷汽轮机输入热量下，空冷汽轮机背压变化引起空冷汽轮机发电量相对于指定值变化的函数AN=N (Pst)； S324、根据所述函数 pst=F (pkc)、Dk=D (pst)、Xk=X (pst)和 Δ N=N (Pst)得到所述空冷汽轮机特性参数的函数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S34之后，还包括: S51，根据凝结水收集位置的蒸汽分压和空气分压得到凝结水的含氧量和凝结水对应的饱和压力； S52，根据所述含氧量和饱和压力 得到完全凝结时的凝结水温度和过冷度；S53，根据所述凝结水温度和所述过冷度，得到优化后的凝汽器顺逆流管束比。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S53之后，还包括: S61，根据所述空冷凝汽器管束材质，优化机组汽水循环通道材质和水质处理工艺使机组寿命期间材质腐蚀最小，处理工艺费用最低； S62，根据凝结水和疏水可分别处理，对凝结水和疏水系统的结构进行优化。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤Sll之前，还包括: S71，营造各种风向和风速下所述空冷风机需要的冷风来源通道和各种风向和风速下所述空冷凝汽器排出热风的通道和冷却热风的冷风来源通道； S72，阻挡所述空冷凝汽器入口空气热回流和引导出口热风直接离去； S73，合理选择所述空冷 风机的压头裕量，使有横风时保证且均衡各空冷风机的冷风进风量。
全文摘要
本发明提供了一种空冷汽轮机冷端优化的方法，涉及火力发电领域。所述方法包括S11，在排汽管道的导汽管水力设计优化程序中，根据空冷凝汽器气温上限保证值运行条件、背压和导汽管的初始段参数得到空冷凝汽器各管束相等的末端压力；S12，根据步骤S11得到的结构参数和运行参数通过计算机模拟计算各管束的蒸汽分配值；S13，如果所管束的蒸汽分配值的不均匀误差应在5%以下，则进行步骤S14，否则循环进行步骤S11和S12；S14，计算在选定方案下的不同背压、不同排汽量的排汽管道的压降函数Δp=F(pk,Dk)，根据压降函数对排汽管道进行优化。本发明通过上述方法实现了空冷汽轮机冷端的优化，提高了经济效益。
文档编号F01D25/32GK103225521SQ201310146518
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者陆涛, 王明仁 申请人:国电龙源电力技术工程有限责任公司