冷端最佳化

冷端最佳化即冷端最佳化P2R2技術，是以汽輪機的微增功率函式、凝汽器熱阻函式、循環冷卻水水阻函式、循環冷卻水泵效率函式、冷端凝汽器潔能管®的i、e、α、β3參數為基礎，以供電功率增量為目標函式的專用於熱力發電廠冷端最佳化節能技術（簡稱P2R2技術），由武漢長河節能環保高科技有限公司首次提出。冷端最佳化P2R2技術把目標函式定義為汽輪機功率增量與冷端設備用電功率增量的差值，通過求解目標函式的最大值就可以得到冷端設備的最佳結構參數及最佳運行參數。

基本介紹

• 中文名：冷端最佳化
• 外文名：Cold End Optimization
• 套用：汽輪機凝汽器
• 所屬國家：中國

冷端最佳化的意義

圖1為燃煤機組典型的能量流圖

圖1 燃煤機組能量流圖

圖1 燃煤機組能量流圖

由圖1可以看出在電廠各大環節能量損失中,冷端凝汽器的損失最大,約占56%,關於電廠節能，有個形象的比喻：在鍋爐、管道上節能好比是在鷺鷥腿上劈肉，在汽輪機、發電機上節能好比是在蚊子肚裡刮油，而在汽輪機冷端節能就是在肥豬屁股上割肉。冷端最佳化節能相對於其它環節而言，節能潛力最大，效果更為顯著。

技術原理

（1）目標函式的定義

冷端最佳化的目標函式定義為汽輪機功率增量ΔP_T減去冷端設備用電功率增量ΔP_c，那么求解ΔN=ΔP_T-ΔP_c=f_max(R_t，R_h)即為冷端最佳化,其中R_t、R_h為冷端凝汽器熱阻及循環冷卻水系統水阻，簡稱冷端最佳化P2R2技術。

潔能管®用於冷端最佳化時，熱阻函式R_t、汽輪機功率增量函式ΔP_T 、水阻函式R_h和循泵電功率增量ΔP_c可以分別表示為：

R_t=f_t(Z,d_o,t, l,n,λ,β₃,Q_w,t_w1,i,e,α)

ΔP_T = f_T(Z,d_o,t,l,n,λ,β₃,i,e,α,D_k,Q_w,t_w1)

R_h=f_h(Q_w,d_i,l,n,Z, t_w1,D_i,L,H,i,e,α)

ΔP_c=f_c(d_i,l,n,Z, t_w1,Di,L,H, i,e,α,Q_w)

那么目標函式可以表示為：

ΔN= f(Z,d_o,t,l,n,λ,D_i,L,H,i,e,α,β₃,Q_w,t_w1,D_k)

冷端最佳化的任務就是在特定的邊界條件下，求解ΔN為最大值時各變數的最佳組合。根據最佳化參數的不同，冷端最佳化可分為結構參數最佳化和運行參數最佳化。凡涉及冷端結構參數如凝汽器冷卻水流程Z、冷凝管外徑d_o長度l根數n壁厚t冷凝管材導熱係數λ及潔能管®的i、e、α參數最佳化的，稱為結構參數最佳化。凡涉及改變冷端運行參數如凝汽器進汽量D_k、冷卻水量Q_w、進水溫度t_w1等的最佳化的，稱為運行參數最佳化。

冷端最佳化P2R2技術的關鍵在於精確的數學模型。

（2）數學模型

（1）圖 2為典型的汽輪機功率增量曲線

圖 2 汽輪機功率增量曲線

圖 2 汽輪機功率增量曲線

（2）圖3為典型機組凝汽器Rt與進水溫度t_w1和循環冷卻水量Q_w的函式關係圖

圖 3凝汽器熱阻隨冷卻水量水溫變化的曲面

圖 3凝汽器熱阻R_t隨冷卻水量Q_w、水溫t_w1變化的曲面

（3）圖4為典型機組循環冷卻水系統水阻曲線圖

圖 4循環冷卻水系統水阻與冷卻水量的關係圖

圖 4循環冷卻水系統水阻與冷卻水量Qw的關係圖（d_i,l,n,Z, t_w1,D_i,L,H,i,e,α恆定）

（4）圖5為典型機組循環冷卻水泵流量-效率曲線圖

圖 5循環冷卻水泵流量-效率曲線圖

圖 5循環冷卻水泵流量-效率曲線圖（t_w1影響忽略不計）

套用效果

簡單說，冷端最佳化P2R2技術就是尋找熱阻和水阻的平衡點，以達到最大的供電功率，最小的供電煤耗。以300MW機組為例，採用潔能管®對冷端結構參數與運行參數進行最佳化結果如下：

以售電價0.5元/度、機組年利用率85%計算，機組在不改變其它參數的前提下，僅僅通過運行參數最佳化，20℃工況最佳化後供電功率增加672kW，年節能效益高達250萬元；同樣在20℃工況點，通過潔能管®結構參數最佳化+運行參數最佳化，機組可多供2817kW，年節能效益達1049萬元。有關潔能管®用於冷端最佳化效果的詳細數據請見西安熱工研究院所做《徐州華潤電力有限公司#1機凝汽器性能試驗報告》和《華能蘇州熱電有限公司#2機凝汽器性能試驗報告》即《凝汽器改造性能試驗報告摘要》。