论文总字数：27604字

摘 要

中国经济在进入21世纪以后飞速发展，工业建设对能源的需求量也日益增大，而电能正是能源中的重要组成部分。我国的电能主要来自火力发电，但同时也有风能、太阳能等其他形式。火力发电主要使用煤作为燃料，每年消耗的煤炭数量巨大，能源利用率低就成为了火电站的主要问题。火电厂绝大部分能量损失发生在冷源系统，凝汽器真空下降导致的热耗及煤耗的增加尤为显著。因此，对冷端系统建立能耗模型以及经济分析模型，研究汽轮机冷端系统的运行方式，利用模型分析并提高冷端系统运行经济性，对电厂的节能降耗具有重要的意义。

本文以某典型1000MW凝汽式发电汽轮机组冷端系统为研究对象，首先基于凝汽器热力过程建立了凝汽器背压预测模型，其中采用了别尔曼公式法进行了凝汽器传热系数的计算。其次建立了循环水泵优化运行目标函数，采用枚举法在全工况范围进行求解，进而给出了循环水泵优化运行指导图。最后基于MATLAB GUI界面设计，开发了冷端性能监测与优化指导系统。

关键词：冷端系统、凝汽器、模型建立、监测优化

The establishment of Nanjing Pukou water factory automatic control system network real-time database and browser programming

Abstract

The economic of China is rapid development in the twenty-first century, and the demanding for energy is increasing too, the electrical energy is an important part of the energy. Our power mainly from coal-fired power, but there are other forms like wind and solar. Thermal coal is mainly used as a fuel, a huge amount of coal consumed each year, low energy efficiency has become a major problem of thermal power station. Thermal Power Plant cold most of the energy loss in the source system, condenser vacuum caused by increase decrease heat consumption and coal consumption is particularly significant. Therefore, the cold end system to establish energy consumption model and economic analysis model to study the cold end of the steam turbine system operates, using the model to analyze and improve the cold end system running the economy, has important implications for energy saving plant.

This paper aim at a typical 1000MW condensing steam turbine power generation set of cold-end system for the study, the first to establish a thermodynamic process based condenser condenser backpressure prediction model, which uses a formula method Vielman was CONDENSER calculation of the coefficient. Secondly, the establishment of optimal circulating pump runs objective function of the enumeration method to solve a full range of operating conditions, and thus gives the optimal operation of circulating water pumps guidance Fig. Finally, using MATLAB GUI interface design, the development of the cold end performance monitoring and optimization guidance system.

KEYWORDS: Cold end system, condenser, modeling, monitoring, optimization

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景与意义 1

1.2 国内外研究状况 1

1.3 本文主要目标及研究内容 2

第2章 冷端系统的简介 3

2.1 闭式循环水系统 3

2.2 汽轮机冷端系统的简介 3

2.2.1 冷端系统相关设备概述 3

2.2.2 背压变化对出力的影响 5

第3章 凝汽器的背压预测模型 6

3.1 凝汽设备工作原理 6

3.2 凝汽器压力的计算 8

3.2.1 传热系数的计算 11

3.3 模型预测结果 12

3.3.1 低压凝汽器的模型预测值分析 13

3.3.2 高压凝汽器的模型预测值分析 14

3.4 凝汽器的经济性分析 15

3.4.1 循环水量对凝汽器真空的影响 15

3.4.2 冷却水进口温度对凝汽器真空的影响 16

3.4.3 汽轮机排汽流量对凝汽器真空的影响 17

第4章 循环水泵的优化运行 19

4.1 循环水泵及循环水系统 19

4.1.1 循环水系统的简介 19

4.1.2 循环水系统研究现状 21

4.2 循环水泵的优化运行原理 21

4.2.1 循环水泵的能耗模型 21

4.2.2 循环水泵的经济模型 23

4.3 优化运行算例 24

4.3.1 循环水泵参数 24

4.3.2 循环水泵最佳运行方式 24

第5章 冷端系统在线性能监测及优化软件开发 27

5.1 开发环境及软件 27

5.2 软件应用实例 28

总结与展望 31

参考文献 32

绪论

研究的背景与意义

21世纪以来，中国及世界各国的经济发展迅猛，伴随着经济的发展和人们精神生活、文化生活以及物质生活水平的提高，电能的生产面临着极大地挑战。从2015年度，中国电力企业联合会发表的《中国电力工业统计快报》^[1]中可以看出自2015年以来，我国的发电量由2014年的55725亿千瓦时/年，增加到56045亿千瓦时/年，上涨了0.6个百分点。其中水力发电较14年增加19.5个百分点、核电增加27.2个百分点、风力发电及太阳能发电分别增加15.8%和64.4%。这些清洁能源总额的增加，符合我国十三五规划提出的控煤炭、保汽油、促环保的电力发展口号。但截至2015年底，我国的发电设备发电总量为150673万千瓦，其中水力发电发电总量31937万千瓦，占发电总量的21%；火力发电发电总量99021万千瓦，占总发电总量的66%；风力发电发电总量12830万千瓦，太阳能发电总量为4158万千瓦，核电发电总量2717万千瓦，分别占发电总量的8.5%、2.7%、1.8%。2015年，全国总发电量为56045千亿千瓦时,其中40972亿千瓦时来自火力发电，1695亿千瓦时来自核电，383亿千瓦时来自太阳能。

由以上数据可以看出，我国伴随发电量的大幅度上涨，清洁能源和可再生能源的利用率也大大提高，电力结构由以前的单纯依靠火力发电逐步转型为火力发电与风力发电水力发电并举的能源结构。由于火电优势下滑，火力发电厂需要提高机组效率以弥补火力发电的不足。火电消耗的是以煤炭为主的自然资源，煤炭是由几千亿年前的原始生物腐烂堆积而成，因此它的储量是有限的。能耗的增加代表着我国经济的飞速发展，但是由于我国的电力行业主要还是依靠火力发电，并且在相当长的一段时间内，火电依旧在我国的电力结构占据主导地位，因此煤炭依旧是我国发电使用的主要燃料。以大量的煤炭消耗换取得经济增长最终势必会受到煤炭储量的制约，为了使我国的经济得到可持续的发展，并且符合我国环保的国策，采取环保措施、增强节能意识在我国未来的能源发展领域具有极大的意义。火电厂是由锅炉、汽轮机等多种结构组成，这些设备的工作运行都在一定程度上影响着火电厂的经济效益和安全性。作为机组关键一环的冷端系统，冷端系统中各个设备的正常运行都极大的影响着机组的能耗和经济效益，而它们分别是由辅机电耗和凝汽器背压来直接影响的。凝汽器背压对冷端系统运行的安全性、可靠性和经济性起着不容忽视的作用。凝汽器背压增加将会导致汽轮机的排汽压力增加^[2]，而汽轮机的排汽压力增加势必导致厂用电增加，热耗率增加，供电煤耗增加^[3]。因此，围绕凝汽器，开展对冷端系统的优化运行工作，对提高供电效率，实现电厂的节能降耗都具有重要的意义。

国内外研究状况

冷端系统是由诸如循环水系统、凝结水系统等系统抽气器等设备组成的。这些设备之间的运转，存在相互之间的影响。其中任何一个设备运行故障，都会对其他设备的运转产生不利影响，从而导致整个冷端系统运转失灵，并影响机组的经济性。因此，对冷端系统的优化不是仅仅对冷端系统中某一设备或某些设备的优化，而是面向整个系统的优化。

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