（熱能工程專業(yè)論文）凝汽器系統(tǒng)故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化研究及應(yīng)用軟件開發(fā).pdf

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘要 凝汽器系統(tǒng)是電站凝汽式汽輪機(jī)組重要的輔助設(shè)備 其運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣對(duì)汽輪機(jī)組的安全 性與經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響 凝汽器設(shè)備的熱力性能是決定凝汽器運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵 因此凝汽 器的熱力性能是運(yùn)行和管理人員隨時(shí)想了解和掌握的 凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化是保證凝汽器 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵 因而 凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)一方面應(yīng)是凝汽器性能指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)和 能損分析 另一方面是凝汽器系統(tǒng)的故障診斷 本文的第二 三 四章是理論基礎(chǔ)與專業(yè)技術(shù)方法介紹部分 首先論述了凝汽器系統(tǒng)性能 指標(biāo)的確定方法和凝汽器能損分析的依據(jù) 以及凝汽器系統(tǒng)典型故障與征兆之間的關(guān)系 為凝 汽器系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初級(jí)診斷和專家系統(tǒng)高級(jí)診斷建立了故障診斷知識(shí)庫(kù) 然后 介紹了專家 系統(tǒng)的診斷原理 分析了專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足 進(jìn)而闡述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型的厥理 并對(duì) 專家系統(tǒng)和神經(jīng)同絡(luò)進(jìn)行了總結(jié) 歸納 發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的專家系統(tǒng)與新興的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在功能上具有 關(guān)聯(lián)性和互補(bǔ)性 從而確定了凝汽器系統(tǒng)故障診斷的模型一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 其次 介紹了 凝汽器性能優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 包括汽輪機(jī)性能計(jì)算 循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化和凝汽器能損分析 本文的最后是整個(gè)凝汽器系統(tǒng)智能辨識(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法介紹部分 主要論述了 實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)所采用的編程語(yǔ)言和開發(fā)工具 以及它們之間通訊過(guò)程的實(shí)現(xiàn) 并介紹了該系統(tǒng)的 主要功能和主要界面 最后 用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例驗(yàn)證了該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可用性 關(guān)鍵訶 凝汽囂 性能優(yōu)化 故障診斷 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 專家系統(tǒng) 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 a b s t r a c t i n 鉑ep l a n t c o n d e n s e rs y s t e mj sa ni m p o r t a n ta u x i l i a r ye q u i p m e n tf o re o n d e n s i n 9 仙r b i 怕u n i t g o o do rb a do f 峙s t a t eh a sah o a r yi m p a e t i o no nt h es e c u r i t ya n de c o n o m y f o r l l l c b i n em i lt h eo o e r a l o ra n t m a n a g e rh o p et om a s t e ra n dk n o wc o n d e n s e r s t h e r m o a y n a 疵c h a r a c t e r i s t i ca ta n ym o m e n t b e c a u s eo fc o f l d s n s 6 f t h o m l o o y n a m i c c h a r a c t e r i s t i ci sv e r yi m p o r t a n tf o r n d e n s e lc o o d o n s o ro p t i m i z a t i o no ft h o r m o a y r 圳e c l 餡u r a e t o d s t i ci st h ek e yt oe l l s t l r e c o n d e n s e re c o n o m i co p e r a t i o n w h i e hi st h eo n l i n em o n i t o r a n de n e r g yl o s so fc o n d e n s e rc h a r a c t e r i s t i ch l d l 3 1 1 i r o mt h e s u o o r n c i a js k l o o nt h eo t h e rs i d e ni st h ef a u l t 西碰 o 蠕o fc o n d e n s e rs y s t e m i nf i l eo a r to ft n o o r ya n d 講o l 聯(lián)畫o n dt e a m l o 鰣 t h es e c o n d 小i 一 f o u r t hc h a p t e r a n d 1 h er n o h x lo fc o n d e n s e rc h a r a c t e r i s t i ci n d e xa n d 價(jià)eb a s eo fc o n o e n s o re n e r g yl o s s a n a l y s i s 拍d i s c u s s e d a n d 甘皓r e l a t i o nb e t w e e ne o n d e n s o rt y p i jf a u l ta n di t ss y m o t o mi s f o t a l o o d 9 粥甜礎(chǔ)哺t h et h e o r yo fe x o e r ls y s t e ma n dn e u r a ln e t w o r k i sd i s c u s s e d o nt h eb a s e o f 甜嗣 闞怕a d v a n t a g ea n da t 戥a a v a n t a g e i ti sd i s c o v e r e dt h a tt r a c l 洲鄂c p e ns y s t e m a n dn e wn e u r a ln e t w o r k 礬c o l r e l a t a n dm u 舢甜 s ot h em o d e lo f 儀m d 黼s y s t e mf a u l t 蛔m 畦卜嘲u 鋤n e t w o r k 白 p 叭s y s t e mi ss e tu p i nt h ee n do f 們培即i n c o n d e n s e r o p l i m i z a l i o nr e a l i z a t i o n 啊t h e r m o d y n a m i ce h l r t e t e r i s t i ci si n t r o d u c e d i t 皓c o n s k 甜o ft h e c a l e u l a l j o no f 仙巾i n e 價(jià)邯m i y n a m ba l a r a c t o r i s 惋 價(jià)eo o t t m i z 繃o no fc i l 咖i 姍w a t e ra n d i x l r l d e r l s e fe n e r g yl o s sa n a l y s i s a tt h el a s tc h a p l e t i h oe o m o u t e r 協(xié)c l m o l o g yr e a l i z a t i o no fi n t 叫i i g e n td i s t i n g u i s h i n g s y s t e mo f n 陽(yáng)嗍i sd i s c u s s e d w h i c hc 帥s i s t so ft h e 幽w o f i n gh 嗍岬a n dt h e c o m m t u l i e a t 啪w i t he a c h 叫h 鐘a tl a s t m ev e r a c i t ya n du a b l l 時(shí)o ft h i ss y s t e mi sv e r i f i e db y 怕p a 刪c a s e s k e yw o r d s c o n d e n s e r p e r f o m l a n c eo p l i o n a l f a u l td i a g n o s i s n e u r a ln e t w o r k e x p o r ts y s t e m 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文主要符號(hào) 只 f 譏 主要符號(hào) 凝汽器壓力 循環(huán)水進(jìn)水溫度 循環(huán)水出水溫度 循環(huán)水溫升 凝汽器端差 比熱 冷卻面積 汽輪機(jī)捧汽流量 循環(huán)水流量 汽輪機(jī)捧汽干度 發(fā)電機(jī)的實(shí)際發(fā)電量 1 蠔蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的有效焓降 l k 蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的理想焓降 汽輪機(jī)理想的循環(huán)熱效率 發(fā)電機(jī)機(jī)械效率 汽輪機(jī)絕對(duì)電效率 抽汽份額 加熱器的疏水焓 加熱器出水焓 凝汽器出水焓 k 缸蠢c f 珥q i z 弓崛嘁 仇 q k k k 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果 也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或證書而使用過(guò)的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文 中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意 研究生簽名 瞌壘盎 日期 放 2 2 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所 國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論 文的復(fù)印件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 本人電子 文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的保密論文外 允許論文被查 閱和借閱 可以公布 包括刊登 論文的全部或部分內(nèi)容 論文的公布 包括刊登 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理 研究生簽名 垃導(dǎo)師虢超卑日肌伊z 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒論 第1 章緒論 1 1 引言 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷變化及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改革 能源消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng) 白2 0 世紀(jì)9 0 年代末起 我國(guó)能源開始供不應(yīng)求 并且在未來(lái)幾年可能呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢(shì) 根據(jù)近幾年的國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)報(bào)道 我國(guó)的一些發(fā)達(dá)城市同時(shí)發(fā)生煤 油 電 三荒 的情況 可見 我國(guó)能源供應(yīng)不足的緊張局面確實(shí)已經(jīng)存在 目前 中國(guó)煤炭能源的消耗占全國(guó)一次能源消耗 的6 7 而世界平均水平是2 5 煤發(fā)電仍然是2 l 世紀(jì)初期我國(guó)發(fā)電的主要形式 預(yù)計(jì)到 2 0 2 0 年 煤電裝機(jī)容量為g o o g w 左右 約需煤炭1 4 0 0 g t 占該年煤產(chǎn)量2 1 0 0 g t 的6 6 火電 廠巨大的煤炭消耗不僅給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力而且造成了煤礦能源的短缺 同時(shí)火電廠發(fā)電輸電 效率低下等因素也加劇了能源供應(yīng)緊張的態(tài)勢(shì) 火電廠是我國(guó)主要的耗能大戶 因此火電廠的節(jié)能對(duì)解決我國(guó)能源短缺緊張局面的重要 性不言而喻 我國(guó)電力行業(yè)存在的突出問(wèn)題之一就是汽輪機(jī)組熱效率不高 有資料顯示 我國(guó)火 電廠煤耗為每千瓦時(shí)標(biāo)準(zhǔn)煤4 0 4 克 與國(guó)際先進(jìn)水平3 1 7 克標(biāo)準(zhǔn)煤相比 高出了2 7 4 我國(guó)火 力發(fā)電廠發(fā)電效率低與大量使用中小機(jī)組有關(guān) 有些小機(jī)組的發(fā)電煤耗甚至高達(dá)1000 克 千瓦時(shí) 1 可見 我國(guó)火電廠有提高發(fā)電效率 降低煤耗的必要性 且發(fā)電效率的提高還有很 大的空問(wèn) 在電廠中 最重要的指標(biāo)就是 經(jīng)濟(jì) 安全和環(huán)保 自2 0 世紀(jì)9 0 年代中后期 我 國(guó)開始大力擴(kuò)建火電廠并引進(jìn)大容量 高參數(shù)汽輪機(jī)組來(lái)提高機(jī)組發(fā)電效率 降低煤耗 并且 對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的要求更加嚴(yán)格 可見 電力工業(yè)正由過(guò)去租放型生產(chǎn)的方式 向節(jié)煤 節(jié)水 低捧放 高效率 環(huán)保型發(fā)展轉(zhuǎn)變 在相同的條件下 能源利用率的提高程度與環(huán)境污染的減 輕程度成正比 因此 火電廠汽輪機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè) 故障診斷以及運(yùn)行優(yōu)化對(duì)保證電廠經(jīng)濟(jì) 安全 環(huán)保的指標(biāo)是至關(guān)重要的 在現(xiàn)代大型電站汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中 凝汽器設(shè)備是汽輪機(jī)組主要輔助設(shè)備 在汽輪 機(jī)組的熱力循環(huán)中起著冷源的作用 其主要任務(wù) 一是在汽輪機(jī)的排汽口造成高度真空 使進(jìn) 入汽輪機(jī)的蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹到低于大氣壓力的壓力 以提高蒸汽在機(jī)組內(nèi)的有效焓降 二 是將汽輪機(jī)的捧汽凝結(jié)成水 而且這種凝結(jié)水的品質(zhì)純凈 最適宜作為鍋爐給水之用 使鍋爐 的給水得到保證 1 凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行的好壞對(duì)汽輪機(jī)組循環(huán)熱效率的高低有重要影響 所以 提高火電廠發(fā)電效率的重要途徑之一就是保證凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量 在電廠中 凝汽設(shè)備一 般包括凝汽器 循環(huán)水泵 凝結(jié)水泵 抽氣器以及這些部件之間的連接管道和附件 其狀態(tài)監(jiān) 測(cè) 故障診斷以及運(yùn)行的優(yōu)化對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全性 經(jīng)濟(jì)性有著重要影響 國(guó)外資料表明 配 置故障診斷系統(tǒng)能減少事故停機(jī)率 具有很高的收益艘資比 據(jù)日本統(tǒng)計(jì) 在采用診斷技術(shù)后 事故率減少7 5 維修費(fèi)用降低2 5 5 0 英國(guó)對(duì)2 0 個(gè)企業(yè)進(jìn)行的調(diào)查表明 采用故障診 斷技術(shù)后 每年節(jié)約維修費(fèi)用3 億英鎊 而故障診斷系統(tǒng)的成本為0 5 億英鎊 收益為投入的6 倍 7 1 隨著機(jī)組容量的不斷增大 機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化水平不斷提高 但其系統(tǒng)比小機(jī)組更加復(fù) 雜 對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行有更高的要求 因此 凝汽設(shè)備智能故障診斷系統(tǒng)的研究以及運(yùn)行狀態(tài) 的優(yōu)化勢(shì)在必行 信息 通訊 計(jì)算機(jī) 智能控制 儀表測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 為火電廠的高效 節(jié)約運(yùn)作 科 學(xué)管理 以及過(guò)程優(yōu)化提供了科學(xué) 有效的手段 從而使凝汽設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè) 智能控制 和診斷成為現(xiàn)實(shí) 進(jìn)而促進(jìn)火電廠的科學(xué)管理和自動(dòng)化水平的提高 新的測(cè)量方法和新的測(cè)量 元件使信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確性和有效性都有較大程度的提高 而計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的研究與開發(fā)使很 多人工智能技術(shù)可以成為現(xiàn)實(shí) 現(xiàn)在的人工智能技術(shù)解決了過(guò)去在故障診斷方面的瓶頸 使大 量非相關(guān) 非線性輸入?yún)?shù)的并行處理成為可能 在信號(hào)處理 模擬人類決策 系統(tǒng)優(yōu)化控制 在線監(jiān)測(cè)和故障診斷方面人工智能都取得了前所未有的成果 火電機(jī)組容量的不斷增大 對(duì)其 運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性提出了更高的要求 單靠運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和分析已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 必須 有一套設(shè)備故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化的監(jiān)管決策系統(tǒng) 以保證運(yùn)行人員能夠及時(shí)了解和掌握設(shè)備的 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 運(yùn)行狀態(tài) 經(jīng)過(guò)4 0 多年的發(fā)展 人工智能在故障診斷方面的研究已趨于成熟 凝汽設(shè)備故障診 斷的方法主要有專家系統(tǒng) 模糊邏輯 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 灰色理論 模擬退火和遺傳算法等 這些故 障診斷方法都有自己的特點(diǎn)和適用的范圍 有時(shí)要根據(jù)具體的診斷事飼和應(yīng)用場(chǎng)合結(jié)合各診斷 方法的優(yōu)缺點(diǎn) 總結(jié)得出最適合的診斷方法 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 設(shè)備故障診斷技術(shù)是2 0 世紀(jì)5 0 年代以后才發(fā)展起來(lái)的 f 3 新技術(shù) 它是隨著計(jì)算機(jī)在工 業(yè)信號(hào)處理 工業(yè)控制方面的應(yīng)用而逐步發(fā)展和完善 在設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展的初期 專家 將故障發(fā)生時(shí)的相關(guān)參數(shù)記錄下來(lái) 組合成診斷知識(shí)表的方式來(lái)分析故障 隨著診斷技術(shù)的發(fā) 展 專家系統(tǒng) 模糊理論 灰色理論以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論 逐步由淺到深地去把握故障診斷規(guī)律 使診斷技術(shù)的自動(dòng)化水平不斷提高 診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和置信度也不斷提高 在火電廠中 凝 汽設(shè)備的故障診斷以及對(duì)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析 可以在汽輪機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)下 判斷 設(shè)備是否存在異?；蚬收?查出故障發(fā)生的部位和原因 判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否經(jīng)濟(jì)可靠 或者預(yù)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)用于確定合理的檢修時(shí)間和方案 達(dá)到減少事故停機(jī)損失和定期檢修 次數(shù) 提高設(shè)備運(yùn)行可靠性 降低設(shè)備維修費(fèi)用的目的 最終會(huì)使電廠的發(fā)電效率提高 能耗 降低 我國(guó)煤炭能源的緊缺迫使火電廠必須提高發(fā)電效率 以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 火電廠凝汽器系 統(tǒng)的故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化是整個(gè)火電廠設(shè)備故障診斷和優(yōu)化的一個(gè)子系統(tǒng) 對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)組發(fā) 電效率的提高以及可靠 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著重要的影響 凝汽器系統(tǒng)故障原因的多樣性 模糊性 以及非線性關(guān)系 使傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上有些難題無(wú)法解決 隨著信號(hào) 測(cè)量 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 凝汽器的在線監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為可能 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器運(yùn)行 中重要參數(shù)的監(jiān)測(cè) 如凝汽器真空度 凝汽器傳熱端差 凝結(jié)水過(guò)冷度 循環(huán)水的進(jìn) 出口溫 度 從而使凝汽器運(yùn)行在安全經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下 在汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)分析方面 主要的方法有火用分析法 簡(jiǎn)捷熱平衡 等效熱降 耗差分析 法和小擾動(dòng)理論法 等效熱降法 由于它便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程 因而在汽輪機(jī)組在線經(jīng)濟(jì)分析 中得到廣泛應(yīng)用 2 0 世紀(jì) 年代加拿大學(xué)者提出了 耗差分析法 2 0 世紀(jì)踟年代以后 該 方法開始在我國(guó)廣泛應(yīng)用 耗差分析法可以對(duì)關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)連續(xù)的進(jìn)行監(jiān)督分析 并將其對(duì) 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響 最終反映到汽耗 煤耗 煤耗變化上面 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)外在凝汽設(shè)備故障診斷方面的研究都有很多 主要的診斷方法還是傳統(tǒng)的專 家系統(tǒng) 模糊理論 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等 在專家系統(tǒng)方面 有基于規(guī)則的專家系統(tǒng) 主 要用于對(duì)診斷領(lǐng)域有充分的認(rèn)識(shí) 能以完備和健全的理論知識(shí)表示該領(lǐng)域理論的場(chǎng)合 基于事 例的專家系統(tǒng) 主要用于缺乏完備和健全的理論 但又可獲取豐富經(jīng)驗(yàn) 事例 的領(lǐng)域 如醫(yī) 療診斷 基于模型的專家系統(tǒng) 主要用于新的及未有經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)故障 能夠診斷多重故障并能 對(duì)診斷結(jié)論進(jìn)行解釋 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面 b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用最廣泛 研究最深入的一種診斷 方法 國(guó)外在凝汽設(shè)備方面的研究主要是凝汽器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性 傳熱系數(shù)的提高 以及利 用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)凝汽器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和診斷p 艫 6 j 國(guó)內(nèi)有很多文獻(xiàn) 對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的其他模型做了一些理論研究 如自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 但 是它們?cè)趯?shí)際工程中還是沒有得到很好的應(yīng)用 國(guó)內(nèi)有很多單位研制了故障診斷系統(tǒng) 如哈爾 濱工業(yè)大學(xué)和東方汽輪機(jī)廠研制的微計(jì)算機(jī)化旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷裝置 西安交通大學(xué) 研制的2 0 0 m w 發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng) 南京汽輪機(jī)廠研制的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān) 測(cè)與數(shù)據(jù)處理軟件等 實(shí)踐證明 經(jīng)過(guò)十幾年的努力 國(guó)內(nèi)開發(fā)的適合于火電廠的故障診斷系 統(tǒng)在電力行業(yè)中發(fā)揮了一定的作用 也取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 總結(jié)近幾年國(guó)內(nèi)外在凝汽設(shè)備方面的文獻(xiàn) 可以得出結(jié)論 單一的設(shè)備故障診斷技術(shù)的研 究已很成熟 也沒有更丈的發(fā)展空間 更多的是各診斷方法的結(jié)合 如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)以及遺傳算法專家系統(tǒng)等 同時(shí) 火電機(jī)紐的性能監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的軟件功能從簡(jiǎn)單計(jì)算到系統(tǒng)分析 正朝著通用化 專業(yè)化 智能化方向發(fā)展 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化從整體經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算向局部定量分析影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性偏差 原因的深度和多機(jī)之間的優(yōu)化調(diào)度方向發(fā)展 2 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 1 3 凝汽器故障診斷和性能計(jì)算方法 1 3 1 凝汽器系統(tǒng)故障診斷方法 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 機(jī)械設(shè)備的可靠性 可用性 可維修性與安全性的問(wèn)題 日益突出 從而促進(jìn)了人們對(duì)機(jī)械設(shè)備故障機(jī)理及診斷技術(shù)的研究 早期的汽輪機(jī)組故障診斷 方法為人工診斷 經(jīng)過(guò)十幾年的研究與發(fā)展 到目前為止出現(xiàn)了許多新的診斷方法 這些方法 不論是檢測(cè)性能 診斷性能 還是魯棒性都有很大的提高 1 3 1 1 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng) e x p e r ts y s t e m e s 是一個(gè)能在某應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi) 以人類專家的水平去解決該領(lǐng) 域中困難問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括知識(shí)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù) 推理機(jī)人機(jī)界面接口 等 在專家系統(tǒng)中比較常用的方法是 基于規(guī)則 基于模型和基于事例的故障診斷方法 基于 規(guī)則推理的專家系統(tǒng)在建立規(guī)則庫(kù)時(shí) 需要權(quán)威專家和工程師共同研究確定大量而繁雜的規(guī)則 用于保證故障診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性 這種推理規(guī)則完全匹配才能得到最后的診斷結(jié)果 因此規(guī)則庫(kù)建立和維護(hù)的工作量比較大 但該方法具有診斷過(guò)程簡(jiǎn)便 快速等優(yōu)點(diǎn) 基于事例 推理的專家系統(tǒng)是新崛起的一種重要的推理技術(shù) 是通過(guò)類比的推理方式 利用過(guò)去經(jīng)歷的典型 事例求解或理解當(dāng)前出現(xiàn)的新問(wèn)題 基于模型的專家系統(tǒng)是運(yùn)用被診斷系統(tǒng)的運(yùn)行模型和故障 模型 根據(jù)由模型獲得的預(yù)測(cè)形式和所測(cè)量觀察的形態(tài)之間的差異計(jì)算出被診斷系統(tǒng)的結(jié)論 1 3 1 2 模糊邏輯 模糊邏輯是在模糊數(shù)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來(lái)的 它解決了經(jīng)典數(shù)學(xué)無(wú)法描述和處理 的模糊性問(wèn)題 使無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)公式表達(dá)的復(fù)雜事物能夠用一種模糊集合的方法去解決 模糊集合是對(duì)普通集合的擴(kuò)充 可以用隸屬函數(shù)來(lái)描述 例如 如果x 是對(duì)象x 的集合 則x 的模糊集合彳 o 以 x l x e x 稱為模糊集合a 的隸屬函數(shù) x 稱為論域 隸屬函 數(shù)可分為三角形 梯形 高斯形隸屬函數(shù) 其中還包括參數(shù)的選取 隸屬函數(shù)的選取決定了模 糊診斷的準(zhǔn)確性 1 3 1 3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是近幾年國(guó)內(nèi)外專家主要研究的對(duì)象 因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí) 聯(lián)想 記憶的 功能 并行推理機(jī)制 非線性映射等優(yōu)點(diǎn) 這使其在模式識(shí)別方面得到廣泛應(yīng)用 其中b p 神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用最廣泛 技術(shù)最成熟的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 采用誤 差逆?zhèn)鞑バＵㄟM(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí) 國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做了深入的研究 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)率 的自適應(yīng)改變 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性 誤差函數(shù)的選取和輸入?yún)?shù)的歸一化等方面多做了很多的改進(jìn) 使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和診斷的準(zhǔn)確性提高都有了很大的提高1 8 1 1 9 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法易 實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性系統(tǒng)的故障診斷 但其解釋能力較差 1 3 1 4 遺傳算法 模擬自然界優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化現(xiàn)象 把搜索空聞?dòng)成錇檫z傳空間 把可能的解編碼成一個(gè)向 量稱為染色體 向量的每個(gè)元素稱為基因 通過(guò)不斷計(jì)算各染色體的適應(yīng)值 選擇最好的染色 體 獲得最優(yōu)解 遺傳算法的基本運(yùn)算包括根據(jù)適應(yīng)值大小進(jìn)行的選擇運(yùn)算 由交叉概率決定 的交叉運(yùn)算 以及變異 遺傳算法主要用于優(yōu)化 其在故障診斷方面還只是輔助作用 例如 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)中 遺傳算法可以優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值等 1 3 1 5 模糊神經(jīng)同絡(luò) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的產(chǎn)物 使故障診斷技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍 不 再是單一診斷方法的研究 而是兩種或多種診斷方法的結(jié)合 為故障診斷技術(shù)研究提供了新的 3 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 思路 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的神經(jīng)元在信息共享的基礎(chǔ)上各部分信息相互支持 相互補(bǔ)充 各自 獨(dú)立地從與其輸入端相連接的其他神經(jīng)元采集輸入 井計(jì)算其輸出 再將其傳遞給上一層的神 經(jīng)元 作為它們的一個(gè)輸入 或作為整個(gè)模型的輸出 從而賦予模型較強(qiáng)的容錯(cuò)抗錯(cuò)性能和聯(lián) 想能力 使它不會(huì)因?yàn)椴糠稚窠?jīng)元的損壞而嚴(yán)重影響其總體性能 也不會(huì)因?yàn)檩斎胄盘?hào)受到一 定程度噪聲污染而嚴(yán)重歪曲其輸出 1 3 1 6 模糊專家系統(tǒng) 模糊專家系統(tǒng)是指采用模糊技術(shù)來(lái)處理不確定性的一類專家系統(tǒng) 它具有經(jīng)典專家系統(tǒng)的 特征 還具有模糊符號(hào)處理能力 模糊問(wèn)題的求解能力 特定領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的復(fù)雜性和模糊性等 特點(diǎn) 模糊專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括人機(jī)接口模塊 模糊數(shù)據(jù)庫(kù) 模糊知識(shí)庫(kù) 模糊推理機(jī) 知識(shí)獲取模塊和解釋模塊 由于模糊專家系統(tǒng)和經(jīng)典專家系統(tǒng)在診斷原理和結(jié)構(gòu)上有很多相似 性 就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)它們的診斷原理是一樣的 都是需要大量的專業(yè)的理論知識(shí)和建立相應(yīng)的規(guī) 則 因此 模糊專家系統(tǒng)的結(jié)合方式不能充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢(shì) 在故障診斷方面沒有得到很好的 應(yīng)用 1 3 1 7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 神經(jīng)同絡(luò)是基于輸入 輸出的一種訓(xùn)練樣本的映射 其特點(diǎn)就是可以聯(lián)想 記憶 快速并行 推理 專家系統(tǒng)是基于知識(shí)匹配的邏輯推理 是深層次的符號(hào)推理 將兩者科學(xué)地結(jié)合形成神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng) 可以取長(zhǎng)補(bǔ)短 因而成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn) 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)是一類新 的知識(shí)表達(dá)體系 其知識(shí)的獲取 表達(dá) 推理都采用不同于經(jīng)典專家系統(tǒng)的方式 信息處理是 通過(guò)大量節(jié)點(diǎn)的相互作用而進(jìn)行的 通過(guò)對(duì)樣本的反復(fù)學(xué)習(xí)并在此過(guò)程中不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接權(quán) 值 從而使網(wǎng)絡(luò)誤差收斂到全局最小后存儲(chǔ)這些連接權(quán)值 形成分布式信息保持方式 構(gòu)成神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù) 1 3 2 火電機(jī)組性能分析方法 火電機(jī)組性能分析是確定主輔機(jī)及熱力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是否合理和運(yùn)行方式是否經(jīng)濟(jì)的一種 定量計(jì)算方法 它可以指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)整汽輪機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 以提高火電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平 汽輪機(jī)組熱力系統(tǒng)的定量分析是汽輪機(jī)組性能監(jiān)測(cè)的重要組成部分 下面介紹常用的熱力系統(tǒng) 分析方法 1 3 2 1 簡(jiǎn)捷熱平衡法 簡(jiǎn)捷計(jì)算是在改進(jìn)常規(guī)計(jì)算的基礎(chǔ)上逐步完善形成的 對(duì)實(shí)際熱力系統(tǒng)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化和 假定 結(jié)合質(zhì)量平衡和能量平衡進(jìn)行計(jì)算 1 3 2 2 等效熱降法 等效熱降法是一種新的熱工理論 在2 0 世紀(jì)6 0 年代后期 它首先由蘇聯(lián)學(xué)者庫(kù)茲涅佐夫 提出 并在2 0 世紀(jì)7 0 年代由西安交通大學(xué)的林萬(wàn)超教授逐步完善 形成了完整的理論體系 等效熱降法可以用于整體熱力系統(tǒng)的計(jì)算 也可用于熱力系統(tǒng)的局部定量分析 1 3 2 3 熵分析法和火用分析法 熵分析法主要是通過(guò)對(duì)體系的熵平衡計(jì)算 求取熵產(chǎn)的大小及其分布 分析影響熵產(chǎn)的因 素 確定熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系 作為評(píng)價(jià)過(guò)程的不完善程度和改進(jìn)過(guò)程的依據(jù) 火用分析 法是在熱力學(xué)兩大定律的基礎(chǔ)上 結(jié)合環(huán)境情況 從對(duì)能量本性的全面認(rèn)識(shí)以及從能量實(shí)用性 出發(fā)而提出的一種思想和方法 1 3 2 4 小抗動(dòng)理論法 隨著節(jié)能理論的發(fā)展 1 9 9 2 年華北電力學(xué)院張春發(fā)教授等科研人員在國(guó)家自然科學(xué)基金資 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 助下 采用網(wǎng)絡(luò)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)擾動(dòng)理論的研究方法 結(jié)合矩陣分析 提出并建立了研究火電機(jī)組熱 力系統(tǒng)小擾動(dòng)理論 小擾動(dòng)理論利用多元函數(shù)的偏微分對(duì)電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析 思路獨(dú)特 定義的h 及給出的限定條件更加明確和理性化 小擾動(dòng)理論是利用矩陣分析的方法求解熱力系 統(tǒng) 它適用于任意機(jī)組熱力系統(tǒng)的全面性汽水分布方程 1 4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的目的是對(duì)凝汽器熱力系統(tǒng)運(yùn)行特性和凝汽器設(shè)備的典型故障及其征兆進(jìn)行研究 并利用應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)凝汽系統(tǒng)的故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化 主要內(nèi)容有 l 深入研究凝汽器的熱力特性以及影響凝汽器系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)之間的關(guān)系 構(gòu)建完備 的理論知識(shí)庫(kù) 為凝汽器熱力系統(tǒng)計(jì)算 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化軟件的實(shí)現(xiàn)和專家系統(tǒng)的推理工作做好 準(zhǔn)備 2 對(duì)凝汽器系統(tǒng)的故障機(jī)理進(jìn)行研究 分析凝汽設(shè)備故障與征兆之問(wèn)的關(guān)系 為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的模式分類提供依據(jù) 3 研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行改進(jìn) 主要是在輸入?yún)?shù)區(qū)間的劃分和網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)率 方面改進(jìn) 并分析研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的結(jié)合方式 得到更完善的凝汽設(shè)備故障診斷系統(tǒng) 4 開發(fā)凝汽器故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化軟件 使其界面友好 操作簡(jiǎn)單 并具有數(shù)據(jù)保存 查 詢 修改以及診斷結(jié)果和凝汽器運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化的指導(dǎo)等有利于現(xiàn)場(chǎng)工作人員使用的方便快捷的 功能 達(dá)到火電廠汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì) 安全運(yùn)行 5 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文凝汽器系統(tǒng)熟力特性及典型故障分析 第2 章凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 1 凝汽器簡(jiǎn)介 在現(xiàn)代大型電站汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中 凝汽器設(shè)備是汽輪機(jī)組的主要輔助設(shè)備 在汽輪 機(jī)組的熱力循環(huán)中起著冷源的作用 其主要任務(wù) 一是在汽輪機(jī)的捧汽口造成高度真空 以提 高蒸汽在機(jī)組內(nèi)的有效焓降 二是將汽輪機(jī)的捧汽凝結(jié)成水 凝汽設(shè)備包括凝汽器 循環(huán)水泵 凝結(jié)水泵 抽氣器及這些部件之間的連接管道和附件 以及帶動(dòng)水泵所需要的動(dòng)力機(jī)械 如圖2 1 所示 來(lái)自汽輪機(jī)末級(jí)的乏汽進(jìn)入凝汽器 其汽化 潛熱被由循環(huán)水泵來(lái)的冷卻水通過(guò)銅管問(wèn)接吸收并凝結(jié)成水 而凝結(jié)水在凝汽器底部熱井通過(guò) 凝結(jié)水泵抽出 送入軸封加熱囂 冷卻軸封蒸汽后再送至低壓加熱器 最后通過(guò)除氧器后的給 水泵送往鍋爐 圖2 1 凝汽設(shè)備原則性熱力系統(tǒng)圖 凝汽器按照汽輪機(jī)摔汽凝結(jié)方式的不同 可以分為混合式凝汽器和表面式凝汽器 混合式 凝汽器是汽輪機(jī)捧汽直接與冷卻水混合 然后由水泵排出凝汽器 這種凝汽器優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單 制造成本低 傳熱效果好 但是存在丟失純凈凝結(jié)水的缺陷 現(xiàn)已很少使用 表面式凝汽器是 用銅管將捧汽和冷卻水隔開 間接換熱的一種換熱器 它可以保證凝結(jié)水的水質(zhì) 凝汽器的冷 卻方式主要有開式冷卻系統(tǒng) 直流供水 和閉式冷卻系統(tǒng) 循環(huán)供水 兩種 以江 河 湖 海等水作為冷卻水的供求系統(tǒng)是開始冷卻系統(tǒng) 采用專門的冷卻塔 冷卻水在凝汽器與冷卻塔 之問(wèn)進(jìn)行循環(huán)的冷卻水方式是閉式冷卻系統(tǒng) 凝汽器在發(fā)電廠中占有很重要的地位 但是凝汽器經(jīng)常會(huì)運(yùn)行在非經(jīng)濟(jì)狀態(tài) 甚至故障狀 態(tài)下 這會(huì)對(duì)機(jī)組的安全帶來(lái)隱患 如凝汽器真空過(guò)低 凝結(jié)水過(guò)冷度過(guò)高 凝汽器端差過(guò)大 循環(huán)水溫升變化過(guò)大等 這些參數(shù)是評(píng)價(jià)凝汽器運(yùn)行熱力性能的主要指標(biāo) 需加以監(jiān)視 6 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 2 凝汽器系統(tǒng)的熱力性能監(jiān)測(cè)及能損分析 目前國(guó)內(nèi)外機(jī)組運(yùn)行中存在的一個(gè)目題就是凝汽囂系統(tǒng)運(yùn)行性能達(dá)不到設(shè)計(jì)值 因而嚴(yán)重 影響了機(jī)組出力和廠用電率 循環(huán)水系統(tǒng)不匹配 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密以及凝汽器銅管結(jié)垢等都會(huì) 影響凝汽器的運(yùn)行狀態(tài) 由于凝汽器系統(tǒng)缺少在線實(shí)時(shí)的性能分析系統(tǒng) 特別是在低負(fù)荷調(diào)峰 工況下的實(shí)時(shí)診斷 導(dǎo)致凝汽器設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)偏離最優(yōu)值 由此造成的煤耗損失達(dá)0 9 5 0 9 k w h 因此 開發(fā)凝汽器性能實(shí)時(shí)分析軟件指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行人員具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和 良好的經(jīng)濟(jì)效益 2 2 1 凝汽器系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的確定 要對(duì)凝汽器系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化 首先需要確定能夠反映凝汽器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的主要性能指 標(biāo) 然后再確定這些指標(biāo)在不同運(yùn)行狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)值 最后是將指標(biāo)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)值進(jìn) 行比較 這是凝汽器系統(tǒng)的能損分析的基礎(chǔ) 下面主要介紹凝汽器系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的 確定 1 凝汽器真空度 凝汽器壓力 是指離凝汽器管束第一捧冷卻管上方3 0 0 r a m 處的蒸汽絕對(duì)壓力 用以表示 汽輪機(jī)捧汽壓力 是指汽輪機(jī)末級(jí)捧出蒸汽的絕對(duì)壓力 用成表示 玩與仇之差決定于凝汽 器喉部的阻力情況 凝汽器真空對(duì)機(jī)組的出力和熱耗有很大的影響 是凝汽器運(yùn)行監(jiān)測(cè)的重要 參數(shù) 當(dāng)凝汽器的真空度過(guò)低時(shí) 不僅汽輪機(jī)的效率降低 而且由于汽輪機(jī)的捧汽溫度升高 會(huì)使汽輪機(jī)的捧汽口和凝汽器殼體產(chǎn)生過(guò)量的熱變性 這可能引起汽輪機(jī)振動(dòng) 或者破壞凝汽 器水管管口脹管的嚴(yán)密性 當(dāng)凝汽器真空度降低時(shí) 為保證機(jī)組出力不變 必須增加蒸汽流量 而蒸汽流量的增加又將導(dǎo)致軸向推力的增大 使推力軸承過(guò)負(fù)荷 這將影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn) 行i l 凝汽器的真空度每降低9 8 0 p a o 0 1 k g f c m 2 會(huì)使汽耗量增加1 5 2 5 凝汽器真空 度不但受循環(huán)水量和水溫的影響 還與真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性 銅管的清潔程度 凝汽器負(fù)荷 即 汽輪機(jī)捧汽流量 有關(guān) 其運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)值的確定可以通過(guò)凝汽器變工況計(jì)算得到 也可以通過(guò)凝 汽器熱力特性曲線得到 凝汽器熱力特性曲線表示凝汽器真空度與凝汽器進(jìn)汽量及循環(huán)水進(jìn) 出水溫度之間的變化關(guān)系曲線 是判斷凝汽器運(yùn)行優(yōu)劣的主要依據(jù) 凝汽器熱力特性曲線的繪 制需要丈量的熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) 本系統(tǒng)即以凝汽器特性曲線數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)支持得到凝汽器運(yùn) 行中須保持的真空度 2 凝汽囂傳熱端差 在凝汽器內(nèi)吉有少量空氣 由于空氣的相對(duì)含量很小 可以認(rèn)為凝汽器壓力以即等于蒸汽 的分壓力p 因此蒸汽溫度等于凝汽器壓力p t 相對(duì)應(yīng)的飽和溫度f(wàn) f f l 與凝汽器循環(huán)水出1 3 溫度t 2 之差稱為凝汽器的端差 用m 表示 凝汽器傳熱端差也是衡量凝汽器運(yùn)行狀態(tài)的重要 參數(shù) 它可以反映凝汽器真空的密封性和銅管的傳熱效果 運(yùn)行中的凝汽器傳熱端差大小決定 于 真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性 銅管內(nèi)外表面的清潔程度 銅管內(nèi)循環(huán)水的流量和流速 凝汽器負(fù)荷 循環(huán)水的進(jìn)口溫度等 用下式表示 乞 k f 6 t 式中 t a 循環(huán)水進(jìn)口溫度 出 循環(huán)水溫升 由 傳熱端差 在凝汽器冷卻面積一定時(shí) 傳熱端差決定于傳熱量和傳熱系教 7 2 1 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文凝汽囂系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 盤一 一 2 2 f o 1 式中 l 傳熱系數(shù)隹l 艫 現(xiàn) 循環(huán)水量 k g m c 一比熱4 8 7 k j k g 1 p 一冷卻面積 m 在凝汽器負(fù)荷和循環(huán)水流量一定時(shí) 傳熱端差決定于銅管表面的清潔程度和凝汽器內(nèi)積存 的空氣量 凝汽器冷卻面積結(jié)垢和臟污會(huì)影響傳熱效果 導(dǎo)致傳熱端差增大 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密 或者抽氣器工作不正常會(huì)使凝汽器內(nèi)積空氣 并在冷卻表面形成部分空氣膜 同樣會(huì)使傳熱端 差增大o l 在凝汽器能損分析時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)凝汽器端差值來(lái)自凝汽器端差一負(fù)荷性能試驗(yàn)曲線 由 該簇曲線根據(jù)已知的循環(huán)水進(jìn)水溫度和循環(huán)水流量 輸入凝汽器負(fù)荷 即可得到標(biāo)準(zhǔn)的凝汽器 端差值 然后 再與實(shí)測(cè)的凝汽器端差值進(jìn)行比較 得到能損偏差 3 循環(huán)水溫升 循環(huán)水溫對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也有非常重要的影響 循環(huán)水溫隨季節(jié)變化 冬季凝汽器的真空 比夏季高 當(dāng)循環(huán)水溫度比制造廠設(shè)計(jì)規(guī)定值偏高時(shí) 會(huì)導(dǎo)致凝汽器真空下降 對(duì)一臺(tái)2 0 0 肼 汽輪機(jī) 在冷卻倍率滿足設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)比較清潔的情況下 如當(dāng)循環(huán)水進(jìn)口溫度由2 0 升至 3 3 c 過(guò)程中 循環(huán)水溫度每變化l 機(jī)組煤耗平均升高0 6 3 5 9 k w h 當(dāng)循環(huán)水溫度由2 0 c 降至5 c 過(guò)程中 循環(huán)水溫度每變化l 機(jī)組煤耗下降0 2 8 5 9 k w h 汽輪機(jī)的排汽在凝汽 器中放出的熱量被循環(huán)水吸收 由熱平衡方程可得循環(huán)水溫升為 汽輪機(jī)規(guī)程 1 7 l 規(guī)定 循環(huán)水 溫升允許值為8 1 0 厶f 苧 皇 塑二 2 3 4 z 8 7 d o 41 式中 蒸汽和凝結(jié)水的焓 u 嘻 珥 進(jìn)入凝汽器的蒸汽量 k g m n 循環(huán)水量 蠔m 肘 p 珥 凝汽器的冷卻倍率 循環(huán)水溫升也是評(píng)價(jià)凝汽器性能的一個(gè)重要指標(biāo) 它不僅可以間接的影響凝汽器的真空大 小 還可以直接說(shuō)明循環(huán)水流量是否與當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷相適應(yīng) 在凝汽器能損分析時(shí) 標(biāo) 準(zhǔn)循環(huán)水溫升值 也是來(lái)自循環(huán)水溫升一負(fù)荷試驗(yàn)曲線 優(yōu)化分析時(shí) 如要得到標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)水沮 升值 只要選擇相應(yīng)的循環(huán)水進(jìn)水溫度值和循環(huán)水流量值 然后輸入凝汽器負(fù)荷值即可 4 凝結(jié)水過(guò)冷度 汽輪機(jī)捧汽被循環(huán)水凝結(jié)成為凝結(jié)水 從理論上講 凝結(jié)水的溫度應(yīng)該等于凝汽器真空對(duì) 應(yīng)的飽和溫度 但是由于凝汽器結(jié)構(gòu)或者運(yùn)行上的缺陷 導(dǎo)致凝結(jié)水的溫度低于凝汽器真空對(duì) 應(yīng)的飽和溫度t 飽和溫度與凝結(jié)水的實(shí)際溫度t 之差就是凝結(jié)水的過(guò)冷度 用口表示 磚 一t 2 4 凝結(jié)水過(guò)冷度的存在使鍋爐給水吸熱量增加 系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性降低 凝結(jié)水的過(guò)冷度每增 加i c 火電廠的煤耗量約增加0 1 0 1 5 凝結(jié)水過(guò)冷還會(huì)使凝結(jié)水中的含氧量增加 因而 對(duì)它流過(guò)的管道和設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用 汽輪機(jī)規(guī)程m 規(guī)定 凝結(jié)水過(guò)冷度允許值應(yīng)小于2 2 2 2 凝汽器運(yùn)行工況的能損分析 發(fā)電廠性能計(jì)算和能損分析軟件主要解決火電機(jī)組運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)性參數(shù)的獲取 并給出機(jī)組 的運(yùn)行性能狀況和相應(yīng)的操作指導(dǎo) 讓電廠的運(yùn)行人員及時(shí)了解影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的主要因素 也讓電廠的管理人員了解機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 為火電廠的安全 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)和決策 依據(jù) 對(duì)于一個(gè)比較完善的凝汽器運(yùn)行上況的性能計(jì)算和能損分析系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 其應(yīng)當(dāng)具有以下 的主要功能 8 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 凝汽囂系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 1 首先計(jì)算出當(dāng)曾電廠的機(jī)組熱耗率以及全廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗率等數(shù)據(jù) 對(duì)于正在運(yùn)行的電廠 可以由運(yùn)行過(guò)程中測(cè)量的數(shù)據(jù) 算出實(shí)際運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性 然后再計(jì)算假設(shè)循環(huán)水量變化對(duì)凝 汽器真空造成的影響 凝汽器真空的變化對(duì)機(jī)組功率的修正關(guān)系以及循環(huán)水流量的變化與循環(huán) 水泵功率的關(guān)系 為凝汽器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供依據(jù) 2 找出可控?fù)p失項(xiàng) 并將這種損失反映到電廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的變化上 從而為考核和改善運(yùn) 行水平提供指導(dǎo) 3 指出經(jīng)濟(jì)性能下降的設(shè)備 獲得早期存有缺陷設(shè)備的預(yù)報(bào) 通過(guò)將熱力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行 數(shù)據(jù)與其在正常 健康條件下的應(yīng)有數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析 可以判斷出設(shè)備的正常程度 并獲 得該設(shè)備性能變化導(dǎo)致的機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能變化的方向和幅度 4 給出不同運(yùn)行條件下全廠的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比 為設(shè)備合理調(diào)整和檢修維護(hù)提供決策依據(jù) 目前工程上常用的分析方法曲線法和熱力學(xué)法 曲線法 利用汽輪機(jī)制造廠商給出的機(jī)組 功率等經(jīng)濟(jì)計(jì)算曲線 得到功率或者凝汽器真空 凝汽器端差的相對(duì)變化量 但當(dāng)機(jī)組熱力系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者機(jī)組運(yùn)行年久老化查用原設(shè)計(jì)提供的曲線可能會(huì)產(chǎn)生較大的誤差 因此 要進(jìn)行大量的汽輪機(jī)性能和凝汽器性能試驗(yàn) 通過(guò)曲線得到各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 熱力學(xué)方法 以汽 輪機(jī)組的基本熱力循環(huán)為基礎(chǔ) 再利用凝汽器內(nèi)的熱平衡方程 得到凝汽器參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值 由 于熱力學(xué)方法存有較大誤差 本文采用試驗(yàn)法確定標(biāo)準(zhǔn)值 能損分析就是凝汽器參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值和 實(shí)時(shí)值的偏差計(jì)算與分析 一般包括兩個(gè)步驟 首先是通過(guò)分析該參數(shù)的變化對(duì)機(jī)組功率的影 響 從而確定該參數(shù)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響程度 其次 根據(jù)該參數(shù)偏離理想工況參數(shù)的幅度 確定由于該參數(shù)的偏差導(dǎo)致機(jī)組效率的偏差 理想工況參數(shù)的數(shù)值稱為 應(yīng)達(dá)值 或 標(biāo)準(zhǔn)值 應(yīng)達(dá)值由凝汽器性能曲線得到 凝汽器的運(yùn)行優(yōu)化就是要根據(jù)這些應(yīng)達(dá)值和在線實(shí)時(shí)數(shù)值進(jìn)行 比較 并分析它們的偏差 從而給出相應(yīng)的合理科學(xué)的運(yùn)行調(diào)整和操作指導(dǎo) 2 3 凝汽器系統(tǒng)的典型故障及其征兆分析 凝汽器運(yùn)行中故障可以分為緊急故障和非緊急故障 緊急故障是故障發(fā)生時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)組的安 全性構(gòu)成威脅 必須馬上處理的故障 如 循環(huán)水泵供水嚴(yán)重不足 凝汽器銅管大量破裂 軸 封斷汽等 非緊急故障是對(duì)機(jī)組的安全性不會(huì)馬上構(gòu)成威脅 但會(huì)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性造成影響 如 真空系統(tǒng)慢性漏空氣 凝汽器銅管臟污等 在實(shí)際運(yùn)行中可以根據(jù)不同故障的性質(zhì)設(shè)置相 應(yīng)的報(bào)警信號(hào) 本文針對(duì)i o o m w 機(jī)組開式凝汽器系統(tǒng)選取了1 1 個(gè)典型故障 循環(huán)水泵故障 真空系統(tǒng)不 嚴(yán)密 凝汽器銅管臟污 凝汽器管板堵塞 凝汽器虹吸破壞 凝汽器銅管破裂 低壓加熱器管 道破裂 凝汽器滿水 凝結(jié)水泵故障 抽氣器故障 軸封供氣不足 下面予以分述故障原因及 其故障征兆 2 3 1 循環(huán)水泵故障 循環(huán)水泵是提供循環(huán)水保證凝汽器真空的重要設(shè)備 如果循環(huán)水泵出現(xiàn)了嚴(yán)重故障 如水 泵不出水 循環(huán)水泵電機(jī)電流降至零等 這些都會(huì)造成循環(huán)水供水不足或斷水 導(dǎo)致凝汽器真 空度下降 因此循環(huán)水泵作為凝汽器系統(tǒng)重要的設(shè)備應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)保證其正常工作 對(duì)于開式循環(huán)水系統(tǒng) 由于循環(huán)水中可能含有大量的木屑 貝殼 石塊 雜草等機(jī)械性雜 物 使進(jìn)口濾網(wǎng)被雜物堵塞 循環(huán)水不能順利通過(guò) 使循環(huán)水進(jìn)水量減少 有些循環(huán)水濾網(wǎng)因 年久失修 起不到過(guò)濾的作用 大量的機(jī)械性雜質(zhì)進(jìn)入凝汽器 使凝汽器冷卻管堵塞 水阻增 加 并且影響到循環(huán)水泵出水阻力 而使循環(huán)水泵上作區(qū)發(fā)生變化 從而導(dǎo)致循環(huán)水量減少 進(jìn)水壓力和溫升增大 影響凝汽囂的換熱效率 使機(jī)組真空下降 此外 由于設(shè)計(jì)考慮不周剄 或循環(huán)水泵選型不當(dāng) 循環(huán)水泵出力小 使實(shí)際通過(guò)凝汽器的循環(huán)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熱力計(jì)算的規(guī) 定 也會(huì)影響凝汽囂真空 循環(huán)水泵可能發(fā)生的故障及其消除措旄 如表2 1 循環(huán)水泵發(fā)生故障時(shí) 直接的影響就 9 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 是循環(huán)水量供水不足 問(wèn)接影響凝汽器真空 循環(huán)水溫升 最終影響機(jī)組效率 循環(huán)水泵發(fā)生 故障時(shí) 可能出現(xiàn)的故障征兆 凝汽囂真空急尉或緩慢一f 降 循環(huán)水溫升增加 循環(huán)水泵電流 降至為零或減小 抽氣器抽出的空氣溫度與冷卻水入口 溫度之差增加 故障現(xiàn)象原因消除措施 水泵不出水 壓力表和真空表注入水泵的水不夠 水表管或 水泵繼續(xù)抽真空或泵內(nèi)注水 擰緊管道上的連接法蘭 堵塞 指針劇烈晃動(dòng)儀表漏氣 儀表漏水漏氣處 水泵被雜物堵塞 密封環(huán)磨損檢查 清洗水泵管路 更換密 出水量低于設(shè)計(jì)要求 過(guò)多 轉(zhuǎn)速不夠 運(yùn)轉(zhuǎn)方向不 封環(huán) 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方 對(duì)向 水泵不出水 真空表指示高度進(jìn)水底閥已堵塞 吸水管路阻消除底閥不沽情況 改變吸水 真空力太大 吸水高度超過(guò)規(guī)定值管直徑 降低吸水高度 壓力表有壓力指示 但水泵不出水管路阻力太大 水泵轉(zhuǎn)速 改善出水管阻力 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn) 出水太低 運(yùn)轉(zhuǎn)方向不對(duì)速 轉(zhuǎn)向 2 3 2 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密 凝汽器真空系統(tǒng)是指凝汽設(shè)備與系統(tǒng)中所有處于低于大氣壓力運(yùn)行的設(shè)備 管道和閥門等 凝汽器運(yùn)行中 如果真空系統(tǒng)不嚴(yán)密 可能導(dǎo)致空氣漏入系統(tǒng) 如凝汽器汽側(cè)人孔門及喉部存 在焊接缺陷導(dǎo)致漏氣 在潮濕的地方或地下管道發(fā)生銹蝕 破裂 造成管道漏氣 管道的法蘭 接口處 凝汽器及低壓加熱器汽側(cè)的水位計(jì)接頭連接不嚴(yán)密導(dǎo)致漏氣 疏水系統(tǒng)閥門 容器等 存在泄漏或連接不嚴(yán)密等導(dǎo)致漏氣 低壓缸結(jié)合面 低壓缸軸封不嚴(yán)密導(dǎo)致漏氣等 此時(shí) 凝 汽器內(nèi)將存在蒸汽和空氣的混合氣體 因此 凝汽器壓力p 應(yīng)該是汽氣混合物的總壓力 即 p t p 4 p k p a 2 5 式中 p j 蒸汽分壓力k h p 空氣分壓力k l a 由理想氣體方程和凝汽器內(nèi)空氣與蒸汽占有相同的體積k 換算成空氣量與凝汽囂壓力之 間的關(guān)系為 見一 0 6 2 2 1 旦 xd 2 6 式中 z 汽輪機(jī)捧汽干度 d 凝汽器內(nèi)的漏氣量 k g h d l 凝汽器內(nèi)汽氣混合物的總質(zhì)量流量 k g h 見 氣體常數(shù) 凝汽器內(nèi)空氣的溫度 x 真空系統(tǒng)不嚴(yán)密造成的影響包括 由于空氣是不凝結(jié)氣體 會(huì)在銅管表面形成空氣膜 降 低傳熱系數(shù) 若大量空氣漏入凝汽器 將會(huì)嚴(yán)重影響凝汽器的傳熱效果 大量空氣滲漏 引起 抽氣裝置的過(guò)負(fù)荷 由于空氣的溶解度與其壓力成正比 導(dǎo)致更多的空氣溶解于水 使凝結(jié)水 的含氧量增加 造成管道和設(shè)備的腐蝕 空氣量的增加 蒸汽分壓力的減小 而凝結(jié)水的溫度 是蒸汽壓力下的飽和溫度 導(dǎo)致凝結(jié)水過(guò)冷度的增加 若不嚴(yán)密處在管溝中 凝結(jié)水硬度將超 標(biāo) 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文凝汽器系統(tǒng)熱力特性及典型故障分析 2 文3 凝汽囂銅管臟污和管板堵塞 凝汽器管側(cè)臟污程度 主要取決于冷卻水水質(zhì) 冷卻水供水方式 季節(jié) 供水系統(tǒng)工作條 件以及冷卻管材料等 凝汽器管側(cè)臟污可分為三類 機(jī)械臟污 生物類臟污 鹽類臟污 機(jī)械臟污 指冷卻管或管板被砂石 木屑 雜草 樹葉 泥沙 藻類 小貝殼以及其它碎 末弄臟或堵塞 當(dāng)濾水網(wǎng)不能充分清除水中得這些機(jī)械混合物時(shí) 這些懸浮顆粒便在管內(nèi)沉積 導(dǎo)致傳熱面變臟 傳熱惡化 這類臟污帶有明顯的季節(jié)特性 一般春 秋季節(jié)較嚴(yán)重 它不僅 覆蓋管板表面 導(dǎo)致凝汽器傳熱效率下降 還會(huì)堵塞管路 使循環(huán)水量下降 從而導(dǎo)致機(jī)組事 故停機(jī) 生物類臟污 是指活的單細(xì)胞微生物或水藻類附著在冷卻管內(nèi)和管板表面上 由于循環(huán)水 中菌類含量多 若未采取有效的殺菌措施 這些微生物在凝汽器中水溫穩(wěn)定的條件下會(huì)迅速繁 殖 在銅管表面形成黏膜 水中的其它混合物就很容易黏附在這種黏膜上 必將惡化冷卻管傳 熱效果 使機(jī)組真空變差 鹽類臟污 指當(dāng)水中溶有無(wú)機(jī)鹽的條件下 部分鹽陸續(xù)沉降 在冷卻管內(nèi) 管板面乃至水 室內(nèi)形成結(jié)垢 這種沉淀物主要是鈣鹽 鎂鹽所組成的水垢在管內(nèi)積聚的結(jié)果 由于鹽類結(jié)垢 而使管子傳熱惡化 尤其是當(dāng)冷卻管內(nèi)結(jié)有較厚的硬垢時(shí) 凝汽器冷卻管整體傳熱系數(shù)呈直線 下降 嚴(yán)重時(shí)會(huì)迫使汽輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) 以便對(duì)凝汽器作特殊的化學(xué)清洗 據(jù)對(duì)1 2 5 n 汽輪機(jī)組 試驗(yàn)證明 當(dāng)冷卻管內(nèi)結(jié)垢厚度達(dá)1 2 m m 1 5 m 時(shí) 在同樣的冷卻條件下 使汽輪機(jī)真空降低 6 6 6 k p a 增加發(fā)電煤耗l o g k w h 1 5g k w h 凝汽器管側(cè)臟污會(huì)使凝汽器傳熱惡化 傳熱端差增加 汽輪機(jī)捧汽壓力升高 機(jī)組的循環(huán) 效率降低 發(fā)電煤耗增加 甚至使汽輪機(jī)不能帶負(fù)荷運(yùn)行 而且臟污結(jié)垢的銅管還容易受到腐 蝕 逐步造成銅管泄漏 影響機(jī)組的安全運(yùn)行 當(dāng)較大的顆粒不能被濾水網(wǎng)清除 而進(jìn)入凝汽器內(nèi)時(shí) 管側(cè)的機(jī)械臟污可能會(huì)造成凝汽器 銅管堵塞 流通的管道數(shù)變小 循環(huán)水的凝汽器水阻增加 循環(huán)水的流量減小 循環(huán)水泵的出 口壓力增加 這種類型的堵塞多發(fā)生在使用江河 湖泊水源作為循環(huán)水的供水系統(tǒng)中 對(duì)于不同的臟污情況應(yīng)采取不同的清洗方法 為了清除管內(nèi)的因機(jī)械混合物所造成的積垢 或清除可能堵塞的銅管內(nèi)的雜物 凝汽器應(yīng)定期進(jìn)行機(jī)械清洗 利用膠球清洗裝置可在機(jī)組運(yùn) 行中清洗凝汽器 在對(duì)分制