基于窜流量计算的凝汽器循环水流量测算方法研究_邵建宇.pdf

第 42 卷 第 1 期2023 年1 月Zhejiang Electric PowerVol.42，No.01Jan.25.2023基于窜流量计算的凝汽器循环水流量测算方法研究邵建宇1，孙永平2，奚宇1（1.浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 317100；2.浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 310014）摘要：发电厂闭式循环水系统一般采用扩大单元制运行方式，当并列机组循环水泵出力不同时，会产生窜流现象，导致进入凝汽器的循环水流量与循环水泵母管出口流量不相等，从而影响循环水系统优化调度计算的准确性，目前尚未有窜流量准确测算方法。为此，以某发电厂为例分析了闭式循环水系统构成原理，确定基于流量平衡的窜流量计算方法，并结合循环水泵流量扬程曲线数据，得到窜流量与并列机组距出口母管最近循环水泵扬程差的数学计算模型，实现循环水系统所有管道流量数据的在线计算。最后，通过与热平衡法和超声波流量计测量的凝汽器循环水流量对比分析，建议循环水扩大单元制运行机组优先考虑采用基于窜流量计算法测量凝汽器循环水流量。关键词：扩大单元制；循环水；窜流量；冷端优化DOI:10.19585/j.zjdl.202301013 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research on the circulating water flow method of condenser based on channeling flow calculationSHAO Jianyu1，SUN Yongping2，XI Yu1（1.Zhejiang Zheneng Taizhou Second Electric Power Generation Co.，Ltd.，Taizhou，Zhejiang 317108，China；2.Zhejiang Energy R&D Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）Abstract:The closed circulating water system of a power plant generally adopts the operation mode of an expanded unit system.When the output of circulating water pumps of parallel units is different，there will be channeling flow.Under such circumstances，the circulating water flow entering the condenser is not equal to the outlet flow of the circulating water pump header，which affects the accuracy of the optimal dispatching calculation of the circulating water system.At present，there is no accurate calculation method for channeling flow.Therefore，a power plant is taken as an example to analyze the composition principle of the closed circulating water system and determine the calculation method of channeling flow based on flow balance.Based on the flow head curve data of the circulating water pump，the mathematical calculation model of channeling flow and the head difference of the circulating water pump closest to the main outlet pipe of parallel units is obtained to realize the online calculation of flow data of all pipelines of circulating water system.Finally，the condenser circulating water flow measured by the heat balance method and the ultrasonic flowmeter is comparatively analyzed.It is recommended to adopt the channeling flow-based calculation method to measure the condenser circulating water flow of units under the operating mode of the expanded unit system.Keywords:expanded unit system；circulating water；channeling flow；cold-end optimization0引言发电厂配置冷却塔的闭式循环水系统一般采用扩大单元制运行方式1，即两台机组的循环水进水通过循环水泵出口管道上的联络阀连通，回水通过两台机组冷却塔前池的闸板门连通。根据循环水泵的日常调度运行方式，当两台机组循环水泵总出力不同时，在循环水出水母管联络管处就会出现窜流，这股窜流经凝汽器后返回至冷却塔，在两机冷却塔闸板门处完成回流，从而实现冷却塔进出循环水量的总体平衡。由于火电机组单机容量的逐渐增大，某耗水量也随之增大。据统计，采用湿式冷却塔的机组每小时需要80 000 t水，而机组中占用水量份额最大的是冷端系统的循环冷却水，其占比高达95%2。循环水大流量基数的特点导致循环水窜第 42 卷流量也相应较大，造成了循环水泵出口流量在两台机组凝汽器之间的分配比例发生改变，进入凝汽器的循环水流量与循环水泵出口流量并不相等，进而影响循环水泵优化调度计算的准确性。目前，测算发电厂大口径循环水流量的主流方法是热平衡法3-8和超声波流量计测量法9。热平衡法依据热量平衡的原理，汽轮机排汽热量等于循环水带走的热量，通过汽轮机排汽流量、凝汽器热负荷、循环水温升来推算循环水流量10。热平衡法测量的循环水流量为实际流经凝汽器的循环水流量，无法直接计算出循环水窜流量。超声波流量计采用时差法，通过测量超声波沿声道逆/顺流传播时间，求得管道内流体流量11。超声波流量计对大管径测量需要较长的直管段12，而实际循环水母管联络管段中含有弯头、阀门等局部阻力件，且直管段长度不足，使得被测截面处流体无法处于充分发展的流速分布状态，从而无法用超声波流量计直接测得循环水联络管处的窜流量。针对循环水窜流量测量难题，本文对某火力发电厂21 050 MW机组的闭式循环水系统进行了分析研究。由于这股窜流量经凝汽器后返回至冷却塔，在并列机组冷却塔闸板门处完成回流，基于流量平衡原理，可以临时关闭冷却塔闸板门，通过塔盆水位变化估算冷却塔回流流量，从而得到循环水窜流量，并结合循环水泵流量扬程曲线数据，计算得到准确的凝汽器循环水流量。1循环水窜流量试验及循环水泵特性曲线1.1扩大单元制循环水系统构成某沿海发电厂21 050 MW机组采用闭式循环水系统，每台机组配置一座冷却塔和3台混流式循环水泵。循环水泵为流量不可连续调节类型，2B循环水泵因改造后叶轮尺寸偏大，出力偏大。两台机组的循环水系统通过循环水泵出口压力钢管上的联络电动蝶阀组成扩大单元制方式运行，循环水回水在两台机组冷却塔内通过闸板门连通。图1所示为该发电厂两台机组采用扩大单元制运行方式的系统构成。图1中，D0为窜流量；D为冷却塔回流流量；D1为1号机循环水泵出口循环水总流量；D2为2号机循环水泵出口循环水总流量；D01为实际流经1号机凝汽器循环水流量；D02为流经2号机凝汽器循环水流量。图1 循环水扩大单元制运行示意图Fig.1 Schematic diagram of circulating water under expanded unit system operation104 第 1 期邵建宇，等：基于窜流量计算的凝汽器循环水流量测算方法研究1.2循环水窜流量的测量根据循环水系统设计图纸，分别计算并列机组冷却塔塔盆容水横截面面积S1和S2。当机组循环水扩大单元制运行、并列机组循环水泵出水压头不同时，关闭机组冷却塔闸板门。闸板门全关后，塔盆水位一侧上升，另一侧下降，当水位到达安全限值时开启机组冷却塔闸板门，恢复正常运行方式。取水位变化斜率在稳定时间段进行计算。冷却塔塔盆水位采用超声波水位计测量，测量时关注冷却塔塔盆水位不低于安全水位，测量期间两台机组负荷保持一致，冷却塔不进行补水和排污。从DCS（分散控制系统）读取计时区间内两台机组冷却塔塔盆水位变化量m1和m2。循环水窜流量D0取平均值为：D0=D=(m1S1+m2S2)3.62t（1）式中：m1和m2分为两台机组冷却塔塔盆水位变化量；S1和S2分别为两台机组冷却塔塔盆容水横截面面积；为海水密度；t为时间。实际计算得到两台机组冷却塔塔盆容水横截面面积S1为15 850 m2，S2为16 180 m2。以1号机向2号机窜流方向为正，不同循环水泵组合方式循环水窜流量数据如表1所示。当两机两泵、两机四泵或两机六泵运行时，受2B泵出力大影响，均有较小的窜流量，且窜流量随泵组增多而增大，方向为2号机到1号机。当两机三泵或两机五泵运行时，窜流量数值较大，在10 000 t/h以上，最大时达到18 767 t/h，约为一台循环水泵出力的一半，在循环水泵优化调度计算中，循环水窜流量的影响不容忽视。1.3循环水泵特性曲线循环水母管流量经窜流量修正后即为流经凝汽器循环水流量，为得到循环水母管流量，以及实时计算循环水系统所有管道的在线流量数据，需用到循环水泵流量-扬程曲线。该曲线可以根据生产厂家提供的设计值和测试数据拟合得到，由于查得各循环水泵测试数据较多，本文展示部分数据如表2所示。根据测试数据，拟合循环水泵流量-扬程曲线，并按照与设计曲线平移后相似原则进行修正。如图2所示，循环水泵实际的流量-扬程曲线在设计值下方，其中2B循环水泵叶轮尺寸偏大，曲线在设计值上方。2循环水窜流量的数学计算模型及应用循环水系统扩大单元制运行时，各泵的流量-扬程曲线均有所差异，而循环水窜流量的直接影响因素为联络管两侧扬程差，为方便后续应用和准确性分析，建立循环水窜流量与扬程差的数学计算模型。2.1扬程差计算扬程计算公式如下：表1不同循环水泵组合方式循环水窜流量Table 1Channeling flow of circulating water under the combined pumps循环水泵组合方式两机两泵（1A、2B）两机三泵（1A1B、2C）两机三泵（1B1C、2B）两机三泵（1A、2B2C）两机四泵（1A1B、2B2C）两机五泵（1A1B1C、2A2B）两机五泵（1A1B、2A2B2C）两机六泵（1A1B1C、2A2B2C）循环水窜流量/（th-1）-2 576.2413 641.9310 488.21-16 798.02-3 156.0811 720.91-18 767.34-4 117.49表2各循环水泵流量和扬程部分测试数据Figure 2Flow-head curve of each circulating water pump循环水泵1A1B1C2A2B2C流量G/（th-1）41 498.2438 381.5435 888.1840 398.8438 777.6535 784.7639 308.98