本发明涉及工业循环水领域，具体涉及一种工业循环水系统的优选方法。
背景技术：
对于循环冷却水系统，冷却水在不断地循环，伴随着温度的升高和降低同时还会引起一系列的问题，涉及到水量、水质、温度等变化以及有关的技术和经济方面的问题。因此，为了提高循环冷却水的利用率以及降低能耗，工业循环冷却水系统的优化可以从节水、节能两方面考虑。现有的循环水节能，研究较多的是以循环水用量最小为目标，基于各水冷器温差优化水冷器连接方式，从而优化循环水用量，或者通过水泵运行方式降低循环水系统的运行压力，从而节约循环水系统的电力消耗。该优化方案主要以改造优化为主，如将水冷器换热流程由并联改为串联。或根据实际需求，将现有水泵更换为高效水泵，或者调整水泵间的最优运行组合，使整个泵组处于最优运行状态，并保证每台运行泵在高效区运行。由于循环水系统用户用水量由工艺需求确定，循环水泵使用变频器的较少，日常运行往往是靠操作人员的经验，很难保证水泵运行在最优区域，所以实际工厂操作有一定的难度，主要是通过改造实现。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种工业循环水系统的优选方法，在保证现场装置蒸汽和循环水需求量的情况下，将循环水系统和汽轮机组作为一个大的整体进行系统优化，即通过增开水冷塔风机降低循环水温度，来提高汽轮机凝汽器真空度，以便最大限度的增加汽轮机组出力、增发电量，为企业循环水系统整体上带来良好的经济效益和节能效果。
本发明的发明人通过研究发现，目前研究较多的节水的方法是提高循环水的浓缩倍数，从节能方面考虑降低循环水系统的运行动力能耗是关键。在循环冷却水系统优化上，更多的是针对冷却水系统的某个部分进行研究，譬如循环水泵、冷却风机或者单独的冷却塔上做一定的研究，并提出了一些改进的方法，而对于整个循环冷却水系统并没有建立可行的优化模型。其实在循环冷却水系统中各部分是相互关联的，脱离了系统单独研究或者优化某个单元都不能最大限度地找到循环水系统的最优操作条件，因此对于工业循环冷却水系统的优化运行研究需要把系统作为一个整体来考虑。过去常用因子试验偏差法来确定循环水系统最优运行方式，它是根据一系列的试验数据，绘制循环水系统水泵在不同汽轮机负荷、凝汽器循环水量和水温下的最优运行方式的特性曲线，控制人员以这个特性曲线为依据选择合理的循环水系统运行方式，这种方法比较粗糙，且测定特性曲线要花费很长时间。
本发明采用非线性规划、动态规划等方法研究循环水系统的优化运行，在线实时求解循环水系统的最优运行方式，即确定其最优运行组合和流量分配。具体地，本发明主要从循环冷却水节能运行这一方面进行研究，针对循环水系统的操作工况，汽轮机实际运行情况，凝汽器运行特性及其相互影响、协调运行问题，找出它们之间的相互关联和制约关系，并通过具体的工程实例来实现。
本发明综合考虑了循环水系统风机、汽轮机、凝汽器运行情况以及天气情况的影响，分为冬季、春秋季、夏季三种工况将循环水系统和汽轮机作为一个大的整体进行节能分析，充分挖掘了风机和汽轮机实际运行情况，凝汽器运行特性及其相互影响，可操作性强，更加符合工厂实际情况。而且，本发明充分考虑了循环水系统各组成单元，通过增开风机降低循环水入口温度来提高汽轮机凝汽器真空度，进而最大限度的增加机组出力、增发电量，提高了循环水系统的操作优化水平，使循环水系统从整体上取得效益。
为此，本发明提供了一种工业循环水系统的优选方法，包括以下步骤：
a、基于实时数据库和汽轮机运行报表，模拟汽轮机运行，获得汽轮机运行数据；
b、基于循环水系统和风机运行数据，分工况对循环水系统风机和水冷塔进行优化分析；
c、基于工况，对凝汽器、循环水和汽轮机进行优化分析；
d、基于步骤b和步骤c的分析结果，确定优化方案。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤a包括以下步骤：
a1、收集稳定工况下的汽轮机报表及实时数据库数据；
a2、针对不同工况对汽轮机进行核算，核对、校正和补充汽轮机报表和实时数据库得到的数据。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤a1中收集稳定工况的汽轮机报表及实时数据库数据包括进气量、抽气量、流量、温度、压力和发电量中的一种或多种。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤a中获得汽轮机运行数据包括汽轮机发电量、凝汽器真空度、凝结水温度、凝结水量、进汽温度、排汽温度、抽气量和耗气量中的一种或多种。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤b包括以下步骤：
b1、根据风机和汽轮机的全年运行数据，确定风机运行优化计算基准；
b2、利用风机启停模拟模型，模拟计算不同工况下的水冷塔出口温度。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤b1包括：根据风机和汽轮机运行的全年运行数据，分冬季、春秋季和夏季三种工况进行优化分析。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤b2包括：利用循环水系统风机启停模拟模型，模拟计算冬季、春秋季和夏季三种工况下的水冷塔出口温度。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤c包括以下步骤：
c1、分冬季、春秋季和夏季三种工况，分析凝汽器真空度与循环水入口温度；
c2、分冬季、春秋季和夏季三种工况，利用模型计算循环水入口温度与汽轮机发电量。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述步骤d包括以下步骤：基于步骤b和步骤c的分析结果，分冬季、春秋季和夏季确定整个循环水系统的优选方案。
根据本发明所述的优化方法的一些实施方式，所述优选方案包括风机启停台数、凝汽器真空度、凝汽器出口温度、循环水入口、循环水出口温度、汽轮机发电量和优化产生的效益中的一种或多种。
根据本发明的一种具体实施方式，工业循环水系统的优选方法，可以包括以下步骤：
a、基于实时数据库和汽轮机运行报表，利用汽轮机进汽和抽汽量、温度、压力数据模拟汽轮机运行情况，获得汽轮机发电量、凝汽器真空度、凝结水温度等数据；
b、基于冬季、春秋季和夏季三种基准工况，对循环水系统风机启停情况和水冷塔出水温度进行优化分析；
c、基于冬季、春秋季和夏季三种基准工况，对凝汽器真空度、循环水入口温度和汽轮机发电量进行优化分析；
d、在循环水系统风机启停、循环水出入口温度、凝汽器真空度、汽轮机发电量变化分析的基础上，分别就冬季、春秋季和夏季确定优化方案。
优选地，所述步骤a可以包括以下步骤：
a1、收集稳定工况的汽轮机报表及实时数据库数据，主要包括流量、温度、压力、发电量；
a2、针对不同工况对汽机进行核算，核对、校正和补充汽轮机报表和实时数据库得到的数据。
优选地，所述步骤b可以包括以下步骤：
b1、根据风机和汽轮机运行情况，统计风机和汽轮机全年运行情况，确定分冬季、春秋季和夏季三种工况进行全局优化分析；
b2、利用风机启停情况模拟模型，模拟计算冬季、春秋季和夏季三种工况下，水冷塔出口温度随着风机开启的变化情况。
优选地，所述步骤c可以包括以下步骤：
c1、分冬季、春秋季和夏季三种工况，分析凝汽器真空度与循环水入口温度的关系；
c2、分冬季、春秋季和夏季三种工况，利用模型计算循环水入口温度与汽轮机发电量的关系。
优选地，所述步骤d可以包括以下步骤：根据步骤b和步骤c所述，确定冬季、春秋季和夏季整个循环水系统中，风机启停台数、凝汽器真空度、凝汽器出口温度、循环水入口、循环水出口温度、汽轮机发电量及优化产生的效益。
本发明在模拟分析循环水系统风机、汽轮机、凝汽器运行情况的基础上，将循环水系统和汽轮机组作为一个大的整体进行系统优化，即通过优化风机启停降低循环水入口温度来提高汽轮机凝汽器真空度，以便最大限度的增加机组出力、增发电量，提高循环水系统的操作优化水平，使循环水系统从整体上取得效益。
附图说明
图1为本发明实施例1的循环水系统的工艺流程图；
图2为本发明实施例1的汽轮机流程示意图；
图3为本发明实施例1的风机模拟模型；
图4为本发明实施例1的凝汽器模型；
图5为本发明实施例1的真空度与循环水入口温度关系图；
图6为本发明实施例1的循环水入口温度与发电量关系图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
【实施例1】
图1为某企业循环水系统的工艺流程图，该循环水系统为敞开式循环冷却水系统，配有5台循环水泵、8台风机、8间冷却塔，其中冷却塔为抽风式机械通风式冷却塔，主要用户是2台100mw的超高压双抽汽凝汽式汽轮机及其汽轮机附属设备。2台汽轮机的主要任务是将锅炉产生的超高压蒸汽(11.6mpa)由汽轮机转换成电能，高压蒸汽作功后排入凝汽器，凝汽器以循环水作为冷媒介，凝汽器凝结水作为补水再回用至锅炉。该循环水系统风机运行随季节变化进行调整，循环水进出口温差在4.93～6.48℃变化，循环水系统出口温度对汽机发电效率影响较大。
本发明的一种工业循环水系统的优化方法，具体实施方式包括以下步骤：
第一步：基于实时数据库和汽轮机运行报表，模拟汽轮机运行，获得汽轮机运行数据。
图2为汽轮机流程示意图，如图2所示，汽轮机一段抽出3.69mpag中压蒸汽外供，二段抽出1.83mpag蒸汽送2#高加，三段抽出低压蒸汽送1#高加、除氧气以及外送，四、五、六段抽汽分别送1#至3#低加，其余高压蒸汽作功后排入凝汽器，凝汽器排汽真空-95.4kpa，排汽压力5.9kpa。凝汽器的凝结水分别经过低加、除氧气、高加加热后作为锅炉给水。
具体如下：
(一)收集10个月稳定工况的汽轮机报表及实际运行数据。
(二)模拟不同的汽机工况，核对、校正和补充汽机运行数据。
针对不同工况对汽机进行核算，获得汽轮机耗汽量、一段抽汽量、二段抽汽量、三段抽汽量、进汽温度、排汽温度、发电量，凝结水量、凝结水温度、凝汽器真空度等凝汽器相关数据信息，以及循环水入口温度和凝结水出口温度，数据见表1。
第二步：基于循环水系统的风机运行数据，分工况对循环水系统风机和水冷塔进行优化分析。
基于循环水系统和风机运行情况，分冬季、春秋季和夏季三种工况对该循环水系统风机和水冷塔出水温度进行优化分析，即风机开启情况优化分析。
(一)根据风机实际运行情况，确定风机运行优化计算基准。
由于冬季气温较低，该循环水系统冬季有10天未开风机，平均开启天数为1天；春秋季风机开启台数平均为3台/天；夏季天气较热，风机开启台数平均为7台/天。
(二)利用风机启停模拟模型，模拟计算不同工况下的水冷塔出口温度。
图3为风机模拟模型(风机启停情况模拟模型)，模拟计算结果见表2。根据风机开启情况计算水冷塔出口温度。例如春秋季开启3台/天风机时，水冷塔出口温度为27.72℃，若开启8台风机则水冷塔出口温度为21.09℃。
表2
第三步：基于工况，对凝汽器、循环水和汽轮机进行优化分析。
(一)分冬季、春秋季和夏季三种工况，基于循环水系统和风机运行情况，利用图4凝汽器模型分析凝汽器真空度与循环水入口温度的关系。如图5所示，以循环水入口温度为横坐标，凝汽器真空度为纵坐标，以春季工况数据为例做图分析可知，循环水入口温度越低，汽轮排气压力越低，即凝汽器真空度越高。
(二)分冬季、春秋季和夏季三种工况，利用模型计算循环水入口温度与汽轮机发电量的关系。如图6所示，以循环水入口温度为横坐标，计算分析汽轮机发电量，可知循环水温度越低，则汽轮机进汽与排汽的差值越大，形成的推动力越大，汽轮机发电量就会越高。
结合实际运行参数分析，该循环水系统循环水入口温度每降低1℃，真空提高0.56kpa，发电量约增加0.56％。因此，可通过降低循环水给水温度优化凝汽器真空度，进而提高汽机发电量，产生效益。
第四步：基于步骤b和步骤c的分析结果，确定优化方案。
通过第二步、第三步分析，确定优化方案。以春秋季基准工况为例，春季通常开启3台风机，凝汽器真空度-95.8kpa，凝汽器温度38.6℃，循环水入口温度27.75℃，出水温度33.8℃。通过计算分析，可将风机开启3台优化为开启8台。优化后，如表3所示，汽轮机真空度提高1.7kpa，循环水入口温度降低6.66℃，单台汽轮机发电量增加731.92kw。该循环水系统冬季可多开启4台风机，春秋季可多开启5台风机，夏季可多开启1台风机，进而降低循环水给水温度，提高汽轮机发电量，为企业带来效益。
表3
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
1.一种工业循环水系统的优选方法，包括以下步骤：
a、基于实时数据库和汽轮机运行报表，模拟汽轮机运行，获得汽轮机运行数据；
b、基于循环水系统和风机运行数据，分工况对循环水系统风机和水冷塔进行优化分析；
c、基于工况，对凝汽器、循环水和汽轮机进行优化分析；
d、基于步骤b和步骤c的分析结果，确定优化方案。
2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述步骤a包括以下步骤：
a1、收集稳定工况下的汽轮机报表及实时数据库数据；
a2、针对不同工况对汽轮机进行核算，核对、校正和补充汽轮机报表和实时数据库得到的数据。
3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述步骤a1中收集稳定工况的汽轮机报表及实时数据库数据包括进气量、抽气量、流量、温度、压力和发电量中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的优化方法，其特征在于，所述步骤a中获得汽轮机运行数据包括汽轮机发电量、凝汽器真空度、凝结水温度、凝结水量、进汽温度、排汽温度、抽气量和耗气量中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的优化方法，其特征在于，所述步骤b包括以下步骤：
b1、根据风机和汽轮机的全年运行数据，确定风机运行优化计算基准；
b2、利用风机启停模拟模型，模拟计算不同工况下的水冷塔出口温度。
6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，所述步骤b1包括：根据风机和汽轮机运行的全年运行数据，分冬季、春秋季和夏季三种工况进行优化分析。
7.根据权利要求5或6所述的优化方法，其特征在于，所述步骤b2包括：利用循环水系统风机启停模拟模型，模拟计算冬季、春秋季和夏季三种工况下的水冷塔出口温度。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的优化方法，其特征在于，所述步骤c包括以下步骤：
c1、分冬季、春秋季和夏季三种工况，分析凝汽器真空度与循环水入口温度；
c2、分冬季、春秋季和夏季三种工况，利用模型计算循环水入口温度与汽轮机发电量。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的优化方法，其特征在于，所述步骤d包括以下步骤：基于步骤b和步骤c的分析结果，分冬季、春秋季和夏季确定整个循环水系统的优选方案。
10.根据权利要求9所述的优化方法，其特征在于，所述优选方案包括风机启停台数、凝汽器真空度、凝汽器出口温度、循环水入口、循环水出口温度、汽轮机发电量和优化产生的效益中的一种或多种。
技术总结