火电厂循环水系统冷却特性优化--热力系统优化大论文.doc

火电厂循环水系统冷却特性优化 1 课题背景 在全球化的视野下，能源问题已经成为国际政治、经济、环境保护等诸多领域的中心议题，甚至成为国际政治的中心。国家“十二五规划提出要优化发展能源结构，火力发电仍作为我国电力结构的核心，2010年其装机容量占总装机容量的73.4％、发电量占到全国总发电量的80.8%。我国火电厂的煤耗量十分惊人，2010年全国火电机组平均供电煤耗为333 g/(kW?h)，比世界先进水平高出20～30g/(kW?h)，为此全国一年发电要多消耗标准煤约1亿t，按照2010年社会用电量和供电煤耗333g/(kW?h)计算，燃煤发电厂供电煤耗每降低1 g/(kW?h)，每年就可节约标准煤3.4×106t，具有重大的经济效益。由此可见，优化能源结构，不仅要积极优化资源利用方式，也应该大力提高能源利用效率。 人们竭尽挖掘电厂节能潜能，节能降耗主要集中在三大主机设备及其复杂系统，通过理论研究和广泛应用，已取得很大的经济效益。但长期以来对循环水系统中冷却塔缺乏足够的重视，认为冷却塔的维护较为繁重复杂。由于缺乏对冷却塔节能潜力的认识，很多电厂忽略冷却塔维护和监督，对冷却塔改造的投入不足，导致冷却塔的冷却能力降低，出塔水温偏高，凝汽器真空下降，机组经济性降低。在一定循环水流量下，冷却塔出塔水温每降低1℃，200 MW机组满负荷运行时热效率提高0.328％左右，煤耗率降低1.107g/(kW?h)，300 MW机组热效率则提高0.23％左右，煤耗率降低0.798 g/(kW?h)。目前我国火电厂的锅炉效率和汽轮机效率都已经达到90%以上，节能优化的空间已经不是很大，火电厂冷却塔冷却性能的好坏在很大程度上会直接影响电厂的经济性，如果能从对冷却塔冷却性能进行研究并对其进行节能改造，必将会带来比较明显的节能效果。 2电厂循环水系统和冷却塔概述 发电厂循环水系统及其相关设备主要包括汽轮机低压缸末级组、凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环供水系统、空气抽出系统等组成。循环水系统是由凝汽器、冷却塔、循环水泵及相关阀门和管道组成。汽轮机低压缸末级组排出的乏汽在凝汽器中释放出汽化潜热，并将热量传递给了循环冷却水，使循环水温升高，循环冷却水在冷却塔中将其热量传递给了空气，使空气的温度升高，最终将热量释放在大气中。 凝汽器循环水入口水温将直接影响凝汽器真空，从而影响机组的循环内效 率。一般来说，循环水温越低，机组的内效率越高。而凝汽器循环水入口水温的高低与冷却塔的冷却性能关系密切。若冷却塔的冷却性能较差，凝汽器循环水的入口温度就会升高，不仅会影响机组效率，甚至会危及汽轮机运行的安全性。因此，冷却塔是汽轮发电机组重要的设备之一，其运行性能好坏直接影响电厂运行的安全性和经济性。 自从第一座冷却塔建成，至今已有百年的历史，由原始的开放式冷却塔到目前带有通风筒的冷却塔，风筒的形状也从圆柱形、多边锥形发展到当前普遍采用的双曲线型。冷却塔按通风方式分为：自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔；按热水和空气的接触方式分为：湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔；按热水和空气的流动方向分为：逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔；其他型式有喷流式冷却塔和用转盘提水冷却的冷却塔等。 图 SEQ 图_2- \* ARABIC 1火电厂自然通风双曲线逆流湿式冷却塔结构图 自然通风双曲线逆流湿式冷却塔是目前国内火电厂的主流塔型，以这种冷却塔为例，它主要由通风筒、配水系统、淋水装置（填料）、通风设备、收水器和集水池六个部分组成（如图1所示）。循环冷却水由管道通过竖井送入配水系统，这种分配系统在平面上呈网状布置，分槽式配水、管式配水或者槽管结合配水三种方式。通过喷溅设备将热水洒到填料上，经填料层后成雨状落入集水池，冷却后水被抽走重新使用。塔筒底部是进风口，用人字柱或交叉柱支承。冷空气从进风口进入塔内，经过填料下的雨区，流过填料和循环水进行热交换，通过收水器后从塔出口处排出。 3电厂循环水系统各相关设备特性及其数学模型 凝汽器的真空对机组的经济性影响很大，其与环境温度、凝汽器特性、汽轮机负荷、循环水系统的水力特性等因素构成了一个复杂的系统。凝汽器内的压力降低，会使汽轮机中的可用焓降增大，从而增大汽轮发电机组的功率，但是循环冷却水量会增加，从而增加了循环水泵的耗功。汽轮机功率的增加值与循环水泵多消耗电能的差额为最大值时的真空称为机组的最佳真空。汽轮机组在最佳真空下运行的发电量最大，因此从本质上来讲就是寻求机组的最佳真空。首先应该建立优化运行的数学模型，然后给出其约束条件，运用优化理论和算法最终求得系统的最佳运行方式。 模型的优化目标是汽轮机的发电功率与循环水泵的耗电功率的差值为最大。 首先要对优化运行中所涉及到的汽轮机特性、凝汽器特性、循环水泵特