650MW核电机组循环水系统最佳运行工况研究

胡胜 尤益辉

【摘 要】以净功率输出增加最大化为目标，分析、探讨了核电厂循环水系统的优化运行问题。对水量不能连续变化的循环水系统，利用离散优化模型，计算得到我厂3、4号机组HN650-6.41型号的汽轮机最佳运行工况图。运行人员可以依据该图确定机组在不同循环水温、不同负荷下最经济的循环水泵运行方式。该优化方法简单且可操作性强、节能效果显著，，有很好的推广价值。

【关键字】循环水系统;优化运行;最佳运行工况

中图分类号： TM621.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0214-003

【Abstract】With the goal of maximizing the increase of net power output， the problem of optimal operation of the circulating water system of nuclear power plants was analyzed and discussed. For the circulating water system whose water quantity cannot be continuously changed， the discrete operation model is used to calculate the optimal operating conditions of the steam turbines. According to the figure， the operating personnel can determine the most economical operation mode of the circulating water pump under different circulating water temperatures and different loads. The optimization method is simple and operability， and the energy saving effect is remarkable， and has a good promotion value.

【Key words】Circulating water system; Operation optimization; Optimal operating conditions

0 引言

电力工业中的节能一直非常重要，从我国电厂情况看，节能潜力很大。常见的节能措施有：改进通流，减少漏气，提高蒸汽压力、温度等。随着优化理论发展，产生了新的节能方法——优化运行。

核电厂中循环水系统是一个独立的也是非常重要的冷却系统。循环水泵（简称循泵）所消耗的电量约占机组总发电量的1%～3%。在机组日常运行中，随着环境温度和机组负荷的变化，通过改变循泵运行方式找到最优循环水流量，可以提高机组的发电效率。

1 循环水系统简介及模型建立

秦山第二核电厂650MW机组采用的凝汽器型号为HN650-6.41，其主要技术参数入下表所示。

当循环水温和汽轮机排汽量一定时，随着循环水量增加，凝汽器真空上升，机组功率增加，但循泵的功耗会增加，使汽轮机的增发功率与循泵耗电量之差最大的循环水量即为最佳循环水量，相应凝汽器真空为最佳真空。即：

由于核电机组的特殊性，不能连续调节循环水量，只能通过改变循泵组的运行方式对水量进行调节。因此循环水量是若干个离散量，上述优化模型无法用于求解实际最优循环水量。此时，可以采用一种全新的循环水系统优化模型—离散优化模型。

通过两相邻循环水流量产生的功率净增益保持相等的点，即等增益点。将负荷连续变动得到等增益线，等增益线即是两相邻循环水量引起净功率转折点的轨迹。

2 离散优化模型求解方法

2.1 循泵的功耗特性

循泵的功耗特性可表述为在一定外部条件下，确定循环水量和循泵功耗之间的对应关系：

对于秦山第二核电厂3、4号机组的循泵调节方式，在一定的泵转速下，循环水泵的特性就确定了，循环水量、泵功率均只与泵的运行方式（包括转速切换）有关，与系统的管路特性和循泵特性无关。循环水量、循泵功率与泵组运行方式的关系，即式（3）可查询CRF系统手册得到。

2.2 汽轮机特性

汽轮机特性就是研究在不同的排汽流量时，机组出力和背压的关系。当其他运行参数一定时，汽轮机输出功率和背压之间的关系为：

2.3 凝汽器热力特性

凝汽器热力特性计算说明书中都会提供低压缸排汽压力对汽机功率修正曲線。图1为我厂3、4号机组型号为HN650-6.41的汽轮机在热力特性计算说明书中提供的低压缸排汽压力对功率修正曲线，表示相同的排汽量下，背压变化引起的功率修正率。

为了确定凝汽器运行方式，就要知道在不同热负荷、不同冷却水温度下，凝汽器压力随流量的变化关系，即凝汽器的变工况特性。

由于循环水流量只能按泵组的运行方式间断调节，凝汽器特性曲线可以流量为参变量绘制。图（2）表示3、4号机组循环水量为125712t/h，对应不同循环水温度，凝汽器排汽压力随负荷变化的曲线。查询我厂凝汽器说明书，其中只给出了上述循环水流量下的特性曲线，而没有列出其他几种组合时，不同流量对应的凝汽器特性曲线。因此本文假设凝汽器背压和循环水流量成反比。就可以近似的推导出表2中五种不同的流量组合对应的凝汽器特性曲线。

3 离散优化模型的计算方法

试验法求等增益线的步骤如下：（1），固定循环水进水温度，在某一机组负荷下两相邻循环水流量（不同泵组合）间切换，根据凝汽器特性曲线，得到两种流量下的背压。（2），根据排气压力对功率的修正曲线（图1）分别得到对应的功率，即可算出两种流量变化引起的功率增益。（3），根据表2可以得到相邻流量切换引起的循泵功耗增益。（4）如果两者不相等，则改变机组负荷，直至汽机功率增益和循泵功耗增益相等，此时得到一个等增益点。连续改变水温，即可得到一条等增益线。

由于没有各个流量下的实际工况下的凝汽器特性曲线，只有近似的拟合曲线，在此采用一种简化算法。

其次，改变循环水进水温度，重复上述过程，得到多个等增益点，再通过线性拟合方法得到等增益线的数学表达式。将各流量按上面方法计算后，即可得到循环水系统最佳运行工况图。

机组运行人员根据现场循环水温、机组负荷确定最优循环水泵运行方式。例如，循环水温为15℃，负荷为500MW时，在最佳运行工况图上落在双泵低速运行区，可知投运2台泵低速运行是最经济的。

4 结论

（1）文中根据循环水系统离散优化模型，通过计算得到等增益点，再通过数据点的曲线拟合得到等增益线的近似算法。该计算方法对循环水量不可连续调节的循环水系统优化均普遍适用。

（2）机组运行人员，可以根据机组负荷、循环水温度，参照循环水最佳运行工况图，得到循环水泵最佳组合运行方式。从而降低厂用电，提高经济性，实现循环水系统的优化运行。

【参考文献】

[1]黄树红.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]夏铜棠.特性汽轮机组[M].北京：水力电力出版社，1995.

[3]崔修强.300MW机组循环水系统运行方式优化[D].济南：山东大学，2004.

[4]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社出版，1993.