1、汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)診斷和運(yùn)行優(yōu)化

汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷及運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)2024/12/22居文平西安熱工研究院有限公司2012年10月主要內(nèi)容2024/12/222一、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷二、雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的影響三、冷端系統(tǒng)性能診斷實(shí)例四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化五、冷端在線監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)一、冷端系統(tǒng)性能診斷2024/12/221.節(jié)能診斷內(nèi)容（1）凝汽器及真空系統(tǒng)性能診斷。包含真空嚴(yán)密性、凝汽器傳熱性能、凝汽器清潔度、凝汽器汽阻(水阻)、過(guò)冷度、真空泵運(yùn)行狀態(tài)、抽真空系統(tǒng)布置方式是否合理等診斷。（2）循環(huán)水系統(tǒng)性能診斷。包含循環(huán)水泵性能、循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性等診斷。3一、冷端系統(tǒng)性能診斷2024/12/224一、冷端系統(tǒng)性能診斷2024/12/222.冷端系統(tǒng)性能影響因素冷卻水進(jìn)口溫度（取決于自然條件和冷卻塔冷卻效率）冷卻水流量凝汽器熱負(fù)荷凝汽器冷卻管臟污凝汽器冷卻面積漏入凝汽器的空氣的聚積程度（取決于真空泵的抽吸能力）真空泵工作水進(jìn)口溫度（冷卻水的溫度、流量，工作水冷卻器性能）真空泵工作水流量雙背壓凝汽器抽真空系統(tǒng)的布置方式52024/12/222.冷端系統(tǒng)性能影響因素62024/12/22冷端性能影響因素分類7影響類型一級(jí)影響因素二級(jí)影響因素三級(jí)影響因素四級(jí)影響因素tw1冷卻水進(jìn)口溫度冷卻塔性能

自然環(huán)境

Δtw冷卻水流量循環(huán)水泵出力不足

循泵性能與阻力不匹配

凝汽器堵塞

凝汽器熱負(fù)荷汽輪機(jī)熱耗高

凝汽器附加熱負(fù)荷大

δt凝汽器臟污膠球清洗系統(tǒng)不正常

水質(zhì)差、雜質(zhì)多

凝汽器面積設(shè)計(jì)面積偏小

空氣聚積機(jī)組真空嚴(yán)密性差漏入空氣

真空泵抽吸能力差工作水溫度高工作水冷卻系統(tǒng)性能差工作水的冷卻水溫度高工作水流量低

雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)阻力不匹配

2024/12/22（1）冷卻水進(jìn)口溫度的影響82024/12/22（2）冷卻水流量的影響92024/12/22漏入空氣流量對(duì)冷端性能影響的重要關(guān)系102024/12/22（3）汽側(cè)空氣對(duì)凝汽器性能的影響112024/12/22（4）冷卻管臟污對(duì)凝汽器的影響122024/12/22（5）凝汽器熱負(fù)荷對(duì)凝汽器的影響13

凝汽器熱負(fù)荷增加主要有兩種情況：一、當(dāng)汽輪機(jī)和小汽輪機(jī)的內(nèi)效率下降或初參數(shù)降低的情況下，機(jī)組又要保持相同的負(fù)荷，此時(shí)排入凝汽器的冷源損失增加，造成凝汽器熱負(fù)荷增大；二、其他附加流體不正常地排入凝汽器，造成凝汽器熱負(fù)荷增大。2024/12/22（6）凝汽器面積對(duì)性能的影響14某300MW機(jī)組凝汽器面積從16000m2增加到19000m2，對(duì)應(yīng)300MW負(fù)荷時(shí)凝汽器壓力下降了0.4kPa。增加凝汽器換熱面積，就要對(duì)凝汽器實(shí)施改造，增加冷卻管數(shù)量和更改相應(yīng)的管板連接支撐等，有的甚至需要改變凝汽器外殼，投資和工程量較大，而得到的收益相對(duì)較小，在立項(xiàng)之前要充分考慮投入產(chǎn)出比。目前現(xiàn)役大型發(fā)電機(jī)組凝汽器冷卻面積完全可以滿足該型機(jī)組冷端系統(tǒng)性能的需求。雖然凝汽器冷卻面積較大時(shí)，凝汽器壓力對(duì)熱負(fù)荷及清潔度的變化的敏感性有所降低，但是，造成現(xiàn)役機(jī)組真空降低，乃至機(jī)組出力減小的主要原因不是凝汽器冷卻面積偏小。

2024/12/22冷端性能影響因素排序156種影響因素按照對(duì)凝汽器性能影響程度由大到小排序?yàn)椋豪鋮s水進(jìn)口溫度冷卻水流量凝汽器熱負(fù)荷冷管臟污汽側(cè)空氣濃度凝汽器冷卻面積。凝汽器熱負(fù)荷、冷管臟污、汽側(cè)空氣含量才是影響凝汽器運(yùn)行性能的關(guān)鍵因素。

2024/12/22真空泵性能影響因素16(2)工作水進(jìn)口溫度進(jìn)口氣體壓力進(jìn)口氣體溫度工作水流量真空泵實(shí)際轉(zhuǎn)速

2024/12/22工作水溫度對(duì)空氣濃度的影響172024/12/22漏入空氣量對(duì)真空泵性能的影響182024/12/22主要影響因素變化情況影響凝汽器壓力kPa影響供電煤耗g/kW.h影響趨勢(shì)凝汽器冷卻水進(jìn)口溫度1℃0.340.82冷卻水進(jìn)口溫度越高，凝汽器壓力的單位溫度變化值越大凝汽器冷卻水流量-10%0.410.984冷卻水流量越小，每降低10%水量對(duì)凝汽壓力的影響量越大，隨著冷卻水溫度升高，相同水量變化引起的壓力變化越大。真空嚴(yán)密性(漏入空氣流量)100Pa/min0.1～0.210.24～0.504漏入空氣流量較小時(shí)，凝汽器壓力變化?。划?dāng)漏入空氣流量超過(guò)臨界值后，凝汽器壓力變化大，且與真空嚴(yán)密性呈線性變化關(guān)系凝汽器冷卻管清潔系數(shù)-0.10.230.552冷卻水溫度越低，相同清潔系數(shù)下降值使得凝汽器壓力升高值越小凝汽器熱負(fù)荷10%0.360.864冷卻水進(jìn)口溫度越高，熱負(fù)荷增加使得凝汽器壓力變化值越大凝汽器冷卻面積-10%0.210.504隨著冷卻面積增大，凝汽器壓力降低值越小真空泵工作水進(jìn)口溫度(真空嚴(yán)密性良好)40℃0.651.560工作水溫度超過(guò)40℃，凝汽器壓力明顯升高；嚴(yán)密性越差，凝汽器壓力升高值越大冷端影響因素的影響量19二、雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的影響2024/12/22（1）追求雙背壓的前提冷卻水溫度大于20℃時(shí)，雙背壓的壓差應(yīng)大于1.0kPa；冷卻水溫度低于20℃甚至更低時(shí)，雙背壓的壓差變小，如負(fù)荷較低時(shí)，甚至基本相等。（2）存在的問(wèn)題（配套布置方式導(dǎo)致）高、低壓凝汽器壓力差值不明顯，甚至低壓凝汽器壓力與高壓凝汽器壓力相等；低壓凝汽器壓力和高壓凝汽器壓力不能同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值。20二、雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的影響2024/12/22（3）雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的常見(jiàn)布置方式21

A串聯(lián)布置方式B

C并聯(lián)布置方式D2024/12/22項(xiàng)目名稱A機(jī)組B機(jī)組C機(jī)組凝汽器型號(hào)N-40000-1N-33500N-49000抽空氣系統(tǒng)布置方式串聯(lián)布置方式B串聯(lián)布置方式A并聯(lián)布置方式D真空泵設(shè)計(jì)抽氣量/kg·h-1655461低壓凝汽器設(shè)計(jì)壓力/kPa4.024.344.4高壓凝汽器設(shè)計(jì)壓力/kPa5.305.55.4凝汽器設(shè)計(jì)冷卻面積/m2400003350049000凝汽器設(shè)計(jì)冷卻水流量/m3·h-15830076550111816凝汽器設(shè)計(jì)冷卻水溫度/℃202023.5低壓凝汽器真空嚴(yán)密性/Pa·min-127323179高壓凝汽器真空嚴(yán)密性/Pa·min-126822652機(jī)組負(fù)荷/MW594.5652.51001.7高壓凝汽器傳熱端差[1]/℃6.1004.9245.259低壓凝汽器傳熱端差[1]/℃10.3649.3666.333高壓凝汽器壓力[1]/kPa6.5795.2085.207低壓凝汽器壓力[1]/kPa6.0235.2354.393低壓凝汽器壓力應(yīng)達(dá)值[2]/kPa4.8714.1344.242（4）抽空氣系統(tǒng)阻力不匹配對(duì)凝汽器的影響22三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（1）冷端系統(tǒng)概況N600-16.7/538/538型凝汽式汽輪機(jī)配套N-41500－1型雙背壓表面式凝汽器系統(tǒng)采用循環(huán)冷卻（冷卻塔）方式。循環(huán)水系統(tǒng)配套2臺(tái)72LKXA-23型循環(huán)水泵、一座自然通風(fēng)冷卻塔。凝汽器抽空氣系統(tǒng)配套三臺(tái)2BW5353-OEK4型水環(huán)式真空泵，采用串聯(lián)布置方式。232024/12/22（2）診斷內(nèi)容凝汽器、真空泵及抽空氣系統(tǒng)性能診斷；循環(huán)水泵及循環(huán)水系統(tǒng)性能診斷；冷端系統(tǒng)性能分析、主要影響因素定性和定量分析；提出提高機(jī)組運(yùn)行真空、降低廠用電率的建議和措施。節(jié)能診斷基于試驗(yàn)。24三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22試驗(yàn)工況MW600MW500MW400MW循環(huán)水泵運(yùn)行方式/ABABAB真空泵運(yùn)行方式/BBCB凝汽器冷卻水流量m3/h486104861048610低壓凝汽器傳熱端差℃16.19612.54218.199低壓凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)/0.2840.3010.195高壓凝汽器傳熱端差℃9.5497.51013.417高壓凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)/0.4600.4880.268在設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)口溫度20℃、現(xiàn)有冷卻水流量條件下凝汽器平均壓力kPa7.926.317.90在設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)口溫度20℃、流量58300m3/h條件下凝汽器平均壓力kPa7.165.807.15在設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)口溫度20℃、流量58300m3/h和清潔系數(shù)0.85條件下凝汽器平均壓力kPa4.724.223.88凝汽器主要性能結(jié)果252024/12/22（3）診斷結(jié)果及分析真空嚴(yán)密性。真空嚴(yán)密性都達(dá)到了良好水平，在真空泵及抽空氣系統(tǒng)正常工作的情況下，真空泵完全有能力抽出漏入的空氣。凝汽器性能600MW負(fù)荷下凝汽器壓力偏高約3.21kPa、400MW負(fù)荷下凝汽器壓力偏高約4.03kPa。嚴(yán)重影響了機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。冷卻水流量欠缺約9690m3/h，流量偏小約16.6%。低壓凝汽器的運(yùn)行清潔系數(shù)約為0.284、高壓凝汽器的運(yùn)行清潔系數(shù)約為0.46，和設(shè)計(jì)清潔系數(shù)0.85相比明顯偏低。表明凝汽器中存在空氣聚積、以及凝汽器冷凝管存在臟污，且空氣聚積、冷凝管臟污程度比較嚴(yán)重。26三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（3）診斷結(jié)果及分析凝汽器水阻。設(shè)計(jì)冷卻水流量58300m3/h條件下的凝汽器設(shè)計(jì)水阻為50kPa。而實(shí)際狀態(tài)下，凝汽器冷卻水流量為48610m3/h時(shí)，凝汽器A側(cè)水阻為68kPa、B側(cè)水阻為66kPa。表明凝汽器冷凝管內(nèi)壁臟污、端管板管口有雜質(zhì)。項(xiàng)目名稱單位A側(cè)B側(cè)循環(huán)水泵運(yùn)行方式/一機(jī)兩泵凝汽器冷卻水流量m3/h48610凝汽器冷卻水入口壓力kPa233230凝汽器冷卻水出口壓力kPa165164水阻kPa686627三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（3）診斷結(jié)果及分析抽空氣系統(tǒng)方式和真空泵狀態(tài)。凝汽器中空氣聚積，尤以低壓側(cè)為嚴(yán)重。真空泵抽不出聚積的空氣。B真空泵工作水流量14.1m3/h，只有設(shè)計(jì)流量的50%，將影響水環(huán)的正常建立，降低真空泵的抽吸能力。真空泵工作水流量冷卻水流量m3/hm3/hA40.5149B14.1151C36.2123真空泵工作水及冷卻水28三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（3）診斷結(jié)果及分析循環(huán)水泵性能。在兩泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，單泵的平均流量偏小約18%，效率平均偏低約17個(gè)百分點(diǎn)；在單泵運(yùn)行時(shí)，泵的流量平均偏小約7%，效率平均偏低約11.4個(gè)百分點(diǎn)。項(xiàng)目單位兩泵并聯(lián)單泵運(yùn)行運(yùn)行方式/泵標(biāo)號(hào)/設(shè)計(jì)AB設(shè)計(jì)AB出口流量m3/h306002428425784363603298734597揚(yáng)程m2323.923.9118.617.217.7效率%87.569.6471.3688.575.7978.4229三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（3）診斷結(jié)果及分析循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性。按照現(xiàn)有的循環(huán)水系統(tǒng)阻力，現(xiàn)有的兩臺(tái)循環(huán)水泵的流量-揚(yáng)程特性明顯偏小。30三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（4）影響量定量分析廠用電在兩臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)影響輔機(jī)電耗約839.9kW；在單泵運(yùn)行時(shí)影響輔機(jī)電耗約255kW。對(duì)真空影響的定量分析結(jié)果工況MW600MW600MW600MW400MW400MW循泵運(yùn)行方式/ABABABABAB真空泵運(yùn)行方式/BBCABCBBC現(xiàn)有平均壓力kPa7.926.956.727.906.05空氣和臟污影響kPa2.441.671.493.271.70水量影響kPa0.760.610.570.750.4731三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例2024/12/22（5）節(jié)能技術(shù)措施凝汽器冷卻管清洗和水室雜質(zhì)清理降低循環(huán)水系統(tǒng)阻力和循環(huán)水泵增容技術(shù)改造凝汽器抽空氣管路和真空泵連接方式改進(jìn)32三、冷端系統(tǒng)診斷實(shí)例四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/221.主要內(nèi)容汽輪機(jī)出力和排汽壓力的關(guān)系凝汽器變工況性能凝汽器冷卻水流量與循環(huán)水泵耗功關(guān)系抽氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整2.冷端運(yùn)行優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方法

機(jī)組凈出力(運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性)比較法AGC模式下煤電經(jīng)濟(jì)性(最大利潤(rùn))比較法33四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/223.冷端運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例（1）概況某2×600MW超臨界機(jī)組(廠內(nèi)編號(hào)1、2號(hào))，每臺(tái)機(jī)組配套雙殼體、單流程、雙背壓表面式凝汽器，凝汽器冷卻水系統(tǒng)采用循環(huán)供水冷卻方式；每臺(tái)機(jī)組配套2臺(tái)循環(huán)水泵，以滿足不同季節(jié)和不同負(fù)荷時(shí)凝汽器對(duì)冷卻水量的要求。1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組的循環(huán)水管道之間加設(shè)聯(lián)絡(luò)管，根據(jù)冷卻水進(jìn)口溫度及機(jī)組負(fù)荷的變化，循環(huán)水泵運(yùn)行方式有：一機(jī)一泵、兩機(jī)三泵和一機(jī)兩泵三種方式。34四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/223.冷端運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例（2）

循環(huán)水泵定速情況下的最佳運(yùn)行方式35四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/223.冷端運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例（3）

循環(huán)水泵雙速情況下的最佳運(yùn)行方式36四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/223.冷端運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例（4）

循環(huán)水泵變頻情況下的最佳運(yùn)行方式37四、冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化2024/12/223.冷端運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例（5）三種最佳運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比結(jié)果38機(jī)組負(fù)荷雙速與定速比較變頻與定速比較變頻與雙速比較600MW9974-25540MW151122-29480MW229202-27420MW31235846360MW321461140300MW367589223本表中的數(shù)據(jù)為機(jī)組凈出力變化，正為增加，負(fù)為降低，單位為kW五、冷端系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)、診斷和運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)2024/12/22系統(tǒng)功能模塊(1)冷端性能監(jiān)測(cè)模塊①冷端系統(tǒng)實(shí)測(cè)參數(shù)監(jiān)測(cè)；②冷端系統(tǒng)計(jì)算性能監(jiān)測(cè)；③設(shè)備運(yùn)行特性監(jiān)督。(2)冷端性能診斷模塊①明確冷端性能偏差值及各影響因素的影響量;②確定機(jī)組真空偏低的原因，并給出處理建議；③確定真空泵抽吸能力不足