具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例提供一种主汽机和小汽机分设凝汽器下的循环水系统优化方法，如图1所示，方法步骤如下：

获取工程信息、主汽机参数和小汽机参数；

根据所述工程信息和主汽机参数，以年费用最小为目标对主汽机的冷端参数进行优化计算，获取推荐主汽机冷端参数组合方案；

根据所述推荐主汽机冷端参数组合方案和小汽机参数，通过校核计算确定小汽机的凝汽器面积和冷却倍率；

根据所述推荐主汽机冷端参数组合方案和所述小汽机的凝汽器面积、冷却倍率和设计背压计算出主汽机和小汽机合用凝汽器的综合冷却倍率；

根据所述综合冷却倍率，通过优化计算获得优选的主汽机和小汽机合用凝汽器的冷端参数组合，并根据所述优选的主汽机和小汽机合用凝汽器的冷端参数组合确定主汽机和小汽机合用的冷却塔配置；

根据主汽机和小汽机合用的冷却塔配置，通过优化计算获取小汽机凝汽器其他参数。

实施例二：

本实施例提供一种主汽机和小汽机分设凝汽器下的循环水系统优化方法。本实施例基于市场上的火力发电厂设计软件的计算程序(“循环水系统优化计算程序”)，程序中至少包括合用凝汽器优化算法、小汽机凝汽器优化算法、汽机参数优化算法、小汽机校核算法、综合冷却倍率优化算法。

一般循环水系统优化方法的原理是：火力发电厂中通过供水系统向凝汽器供水以达到冷凝蒸汽的目的。从汽轮机角度来看，供水系统即相当于冷却系统。从热力学观点来看，凝汽装置和供水系统起着冷源的作用。以凝汽器为核心，内连汽轮机低压缸，外连供水系统，构成了电站热力系统“冷端”。

凝汽器的背压Pk可由其饱和蒸汽温度tc确定，tc计算如下：

tc＝t_w1+δt+Δt

其中循环冷却水温升Δt与排汽及凝结水的焓差Δh、循环冷却倍率m有关，Δt＝Δh/(4.1868·m)，而传热端差δt＝Δt/〔exp(KA/1163W)-1〕。

由上述公式可以看出，凝汽器的背压和冷却水进水温度t_w1有关，同时与循环水量W有关，即与冷却倍率m有关，另外还与凝汽器面积A、冷凝管材质以及低压缸型式有关。上述参数共同决定了汽轮机的冷端参数。

提高蒸汽初参数和降低汽轮机蒸汽冷端参数(排汽温度和排汽压力)，是提高机组热效率的主要途径。当汽轮机初参数一定时，降低汽轮机冷端参数，可以增加汽轮机理想蒸汽焓降，减少冷源损失，提高循环的热效率。

为获得参数低的蒸汽参数就得降低凝汽器的背压P_k，可通过降低冷却塔出水温度(冷却水进水温度(t_w1)、降低进出凝汽器温差(循环水温升Δt)和凝汽器传热端差δt来实现：

(1)通过增大冷却塔面积，可降低冷却塔出塔水温tw1。然而冷却塔面积在增大，其供水几何高度相应增加，由此将增加循环水泵功耗；同时，冷却塔面积增大，将导致冷却塔造价提高。

(2)增大冷却倍率m，即增大循环水量，可降低温差Δt，然而由此将导致循环水泵电动机的耗功、设备造价、循环水管沟和建(构)筑物造价增加。

(3)增大凝汽器换热面积可以减少端差，但凝汽器的造价提高。

由此不难看出，汽轮机冷端参数的设计与凝汽器、供水系统的设计与选择有关。“冷端”中任何一个设备和系统参数的设计和选择都不能撇开其他各因素的设计和选择而孤立的进行。合理的参数是各因素中诸参数恰到好处的组合。这种各参数恰到好处的组合就只有通过“冷端”(循环水系统)优化设计来获得。

优化计算方法采用《火力发电厂水工设计规范》推荐采用的年费用最小法。该方法把投资和生产成本两个要素统一起来，并结合时间因素进行计算，即将各方案的基建投资考虑复利因素，换算成使用年限内，每年年末的等额偿付的成本，再加上年运行费用，构成该方案的年费用。各方案中年费用最小者为经济可取的方案。

以年费用最小建立的目标函数如下：

NF＝P·AFCR+AP-AT

式中：NF为年费用(万元)，P为总投资现值(万元)，AFCR为年固定费用率(％)，AP为年循环水泵电费(万元)，AT为年微增功率收益电费(万元)；P·AFCR即为电厂供水系统的基建投资换算成经济使用年限内每年年末的等额偿付的成本，也可以称为年固定分摊费用，AP-AT为年运行费用。

敏感性分析主要是将一些重要的但不确定的因素在设定的变动范围进行计算，以便研究分析该因素对方案影响的程度。冷端优化设计中敏感性的经济指标主要包括微增出力电费价格的折减系数、发电成本(燃煤价格)、年固定分摊率(投资利润率)。

本实施例提供了一种主汽机和小汽机分设凝汽器下的循环水系统优化方法，该方法通过对冷端设备主要包括凝汽器面积、冷却塔面积、循环水冷却倍率以及供排水管径等几个可变参数进行不同的组合，通过水力、热力及经济计算并比较分析，得到一个与工程条件吻合的最经济的冷端配置组合方案。在这个组合方案下，可使与冷端设备的投资及运行费用有关的年费用最小，同时也能保证汽轮机组的最大出力，即在最高的冷却水温条件下，保证汽轮机的背压不超过满负荷运行时的最高允许值。

下面结合工程实例对本实施例作进一步描述，具体步骤如下：

步骤1：获取工程信息，所述工程信息包括：工程概况、气象条件、经济指标、主汽机参数和小汽机不同工况热力数据。

工程概况：某电厂新建2×1000MW超超临界机组，主厂房内的主汽机与小汽机分列凝汽器，其中小汽机为2×50％配置，每台小机单独设置凝汽器，最大连续功率不小于20.1MW。主厂房外循环冷却供水系统由自然通风冷却塔、循环水泵房、进回水管沟等组成，每台机组配一座超大型自然通风冷却塔，循环水进水管和回水管各1根。

气象条件：根据厂址所在行政区气象站历年观测资料见表1。

表1各季节气象参数一览表

夏季10％的湿球温度为27.5℃，相应气象参数：干球温度30.8℃，相对湿度79％，大气压1006.2hPa。

经济指标：

1.厂用电电费：0.26元/度(按照煤价780元/吨计)

2.微增出力电费单价：0.221元/度(按照折减系数取0.85计)

3.凝汽器单位面积价格：600元/m²

4.冷却塔造价见表2.

表2冷却塔造价表

5.电厂经济使用年限：20年

6.资金回收率：10.2％(按照投资回收率8％计。)

7.年维修费用率：2％

8.年固定分摊率：12.20％

9.全年利用小时数：5500小时

主汽机参数:

(1)型式：超超临界、二次中间再热双背压、凝汽式；

(2)额定功率：1000MW；

(3)排汽压力：4.8kPa；

(4)主汽机不同工况热力数据见表2-3；

(5)主汽机微增功率与背压关系曲线图见图2。

表3主汽机不同工况热力数据一览表

主汽机和小汽机凝汽器形式不同，主汽机凝汽器一般为双背压、单流程，小汽机凝汽器为单背压、双流程，且管束规格和长度据不同，不能将2种凝汽器视为1种凝汽器。小汽机不同工况热力数据：

小汽机按2×50％配置，每台小汽机单独设置凝汽器，小汽机不同工况热力数据见表4。

表4小汽机不同工况热力数据一览表

步骤2：通过对主汽机参数进行敏感性分析，利用“循环水系统优化计算程序”，对主汽机部分单独优化，获取主汽机供水系统优选计算结果；并通过对所述供水系统优选计算结果进行年总费用排序，获取推荐主汽机冷端参数组合方案，所述主汽机循环水系统设计方案包括最佳的与主汽机配套的冷却塔面积、凝汽器面积、冷却倍率、各季节冷却塔出塔水温等冷端参数。

优化计算结果见表5。

表5主汽机供水系统优选计算结果排序

通过敏感性分析，推荐主汽机冷端参数组合方案如下：

设计冷却倍率为54倍，每台机组配1座淋水面积为11500㎡的自然通风冷却塔，每台机组配1台61000㎡凝汽器。凝汽器为双背压、单流程，冷却管束采用304不锈钢管D22×0.5，管束长度为13.4m，设计流速1.9m/s，凝汽器部分水头损失7.5m。推荐工况下，冷却塔各季出塔水温见表3-2。

表5主机配置冷却塔出塔水温表

步骤3：利用表5的年平均出塔水温和夏季10％条件出塔水温，经校核计算确定小汽机凝汽器参数，结合小汽机的设计背压及设备布置，通过校核计算确定小汽机的凝汽器面积和冷却水量：设计冷却倍率为65倍，设计背压为5.5kPa，小汽机凝汽器面积2500m²。

步骤4：设置1台虚拟凝汽器(主汽机和小汽机合用凝汽器，)根据推荐主汽机冷端参数组合方案和小汽机凝汽器参数，计算出综合冷却倍率(虚拟凝汽器冷却倍率)为55，计算结果见表6。

表6冷却倍率计算表

步骤5：利用“循环水系统优化计算程序”设置1台虚拟凝汽器，排入该凝汽器的凝汽量为主汽机和小汽机的凝汽量之和，冷却倍率采用所述综合冷却倍率，从而计算获得全供水系统优选计算结果，包括优选的主汽机和小汽机合用凝汽器的冷端参数组合；所述优选的主汽机和小汽机合用凝汽器的冷端参数组合包括冷却塔面积、及出塔水温和循环水管沟规格。

表7为“循环水系统优化计算程序”计算出的全供水系统优选计算结果。该步骤同时确定了循环水系统的最优管径：此时可以看出，在55倍的综合冷却倍率下，最优的循环水管径为DN3800。

表7全供水系统优选计算结果

步骤6：对比推荐主汽机冷端参数组合方案(表5)，在全供水系统优选计算结果(表7)中寻找水温基本相当或基本接近的冷却塔配置，即序号3的方案，确定主汽机和小汽机合用的冷却塔淋水面积13000m²。

步骤7：按水力平衡原理优化小汽机凝汽器其他参数。按主汽机凝汽器管段阻力与小汽机凝汽器管段阻力相等原理，在各自冷却水量下推导出小汽机凝汽器参数：凝汽器为单背压、双流程，冷却管束采用304不锈钢管D20×0.5，管束长度为7.7m，设计流速约2m/s。本发明通过主汽机和小汽机分设凝汽器，设置各自的进出水管道，按各自的水量需求，优化各段阻力以分配水量，克服了现有的火力发电厂设计软件存在配水不均的功能缺陷。

步骤8：总结：根据上述步骤相关结论确定循环水系统配置：①主汽机设计冷却倍率为54倍，小汽机设计冷却倍率为65倍，综合冷却倍率为55倍；②每台机组配1座淋水面积为13000m²的自然通风冷却塔；③循环水供排水管径为DN3800；④每台机组主汽机配1台61000m²凝汽器，每台小汽机配置1台2500m²凝汽器。其中，主汽机凝汽器为双背压、单流程，冷却管束采用304不锈钢管D22×0.5，管束长度为13.4m，设计流速约1.9m/s；小汽机凝汽器为单背压、双流程，冷却管束采用304不锈钢管D20×0.5，管束长度为7.7m，设计流速约2m/s。

现阶段火力发电厂循环水系统优化计算过程较为繁杂，主要通过计算程序完成。国内电力设计行业普遍采用的“循环水系统优化计算程序”不能直接用于大、小汽机分别设置凝汽器的供水系统优化计算。本发明通过采用主汽机部分冷端设备单独优化、小汽机部分校核计算确定个别参数、设置虚拟凝汽器和综合冷却倍率、主汽机冷却塔和合用冷却塔匹配、按水力平衡原理优化小汽机凝汽器其他参数等步骤，将主汽机和小汽机冷端设备，包括凝汽器面积、冷却塔面积、循环水冷却倍率以及供排水管径等几个可变参数进行不同的组合和水力、热力及经济计算并比较分析，得到一个与工程条件吻合的最经济的冷端(循环水系统)配置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。