汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷及優(yōu)化技術(shù)

汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷及優(yōu)化技術(shù)馬汀山西安熱工研究院有限公司2023/11/27主要內(nèi)容2023/11/27一、冷端系統(tǒng)概述二、常見問題三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化四、實例分享五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置六、冷端系統(tǒng)綜合治理2一、冷端系統(tǒng)概述主要設(shè)備包括：凝汽器（3）循環(huán)水泵及循環(huán)水系統(tǒng)（4）凝結(jié)水泵及凝結(jié)水系統(tǒng)（5）真空泵及抽真空系統(tǒng)（6）冷卻塔（7）管道、閥門等附件2023/11/273主要任務(wù)是把從汽輪機排汽口排出的蒸汽凝結(jié)成水，并建立與維持一定的真空度。1.凝汽器冷卻管臟污汽側(cè)臟污水側(cè)臟污2023/11/274二、常見問題通常是指水側(cè)臟污2023/11/275二、常見問題2.真空嚴密性差判別指標：真空下降率表征漏入空氣流量大小，切除抽空氣設(shè)備后的真空下降率是反映真空系統(tǒng)嚴密程度的指標。僅能判別漏入量，不能判別是否影響真空及影響程度。G：漏入空氣流量V：真空下降率2023/11/276二、常見問題3.真空泵組性能差真空泵工作液溫度高；真空泵抽吸能力低。①空調(diào)機組冷卻工作液②羅茨真空泵組（1）影響空氣聚積的關(guān)鍵因素。（2）判斷依據(jù)呢？4.冷卻塔冷卻能力差除水器：變形、失效等；噴濺裝置：堵塞、下盤脫落、噴水不均等；填料：結(jié)垢、堵塞、破損等；配水槽（管）：開裂等。2023/11/277二、常見問題5.循環(huán)水泵效率低循環(huán)水泵運行效率低；循環(huán)水泵的運行工況偏離設(shè)計工況；同比循環(huán)水泵單耗高；循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性。2023/11/278二、常見問題循環(huán)水泵與循環(huán)水系統(tǒng)匹配性分析6.循環(huán)水泵耗電率不合理2023/11/279二、常見問題耗電率過高或過低均不經(jīng)濟，需考慮最佳背壓。造成全年循環(huán)水泵在設(shè)計方式下的運行時間很短。7.循環(huán)水泵運行方式怎么確定負荷變化；氣溫變化；潮位變化（海水冷卻）；冷卻塔性能變化；煤價、電價變化。2023/11/2710二、常見問題海水潮位變化雙速改造、增設(shè)變頻器的必要性8.凝結(jié)水泵耗電率高泵組效率；泵組低頻振動；給水泵迷宮密封用水壓力；雜用凝結(jié)水流量；其它連鎖壓力。2023/11/2711二、常見問題必要的改造，降低耗電率。二、常見問題2023/11/27129.雙背壓凝汽器問題（1）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；（2）低壓凝汽器壓力和高壓凝汽器壓力不能同時達到設(shè)計值。抽真空系統(tǒng)布置方式是否合理？三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/27131.理論依據(jù)2023/11/27142.冷端系統(tǒng)性能影響因素（1）冷卻水進口溫度（取決于自然條件和冷卻塔冷卻能力）（2）冷卻水流量（3）凝汽器熱負荷（4）凝汽器冷卻管臟污（5）凝汽器設(shè)計特性（管束布置、冷卻面積等等）（6）空氣在凝汽器內(nèi)的聚積程度（取決于真空泵的抽吸能力）真空泵工作水溫度雙背壓凝汽器抽真空系統(tǒng)的布置方式三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/272.冷端系統(tǒng)性能影響因素15三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/2716影響類型一級影響因素二級影響因素三級影響因素四級影響因素tw1冷卻水進口溫度冷卻塔性能

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

凝汽器或循環(huán)水系統(tǒng)堵塞

凝汽器熱負荷汽輪機熱耗高

凝汽器附加熱負荷大

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)計面積偏小

空氣聚積機組真空嚴密性差漏入空氣

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

三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/2717（1）冷卻水進口溫度的影響取水口位置不合理（直流供水冷卻）；冷卻塔冷卻能力不足；三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化冷卻水溫度變化1℃對發(fā)電煤耗影響2023/11/2718（2）冷卻水流量的影響三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化冷卻水流量變化10%對發(fā)電煤耗影響凝汽器冷卻水溫升設(shè)計值一般為8-10℃左右，冷卻水流量減少10%，冷卻水溫升增加約1℃，真空降低0.24kPa-0.58kPa。2023/11/2719（3）凝汽器熱負荷的影響汽輪機熱耗高；低旁泄漏；小汽輪機缸效率低；閥門內(nèi)漏嚴重等。三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/2720（4）冷卻管臟污的影響三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化冷卻管清潔系數(shù)下降0.1對機組發(fā)電煤耗影響2023/11/2721（5）汽側(cè)空氣的影響真空嚴密性真空泵工作水進口溫度真空泵工作水流量真空泵轉(zhuǎn)速雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的影響三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/27221）雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的影響高、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達到設(shè)計值。三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/27

A串聯(lián)布置方式B

C并聯(lián)布置方式D232）雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)的常見布置方式2023/11/27項目名稱A機組B機組C機組凝汽器型號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低壓凝汽器真空嚴密性/Pa·min-127323179高壓凝汽器真空嚴密性/Pa·min-126822652機組負荷/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影響低壓凝汽器壓力偏高/kPa1.1521.101----24三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化3）抽空氣系統(tǒng)阻力不匹配對凝汽器的影響2023/11/27某300MW機組凝汽器面積從16000m2增加到19000m2，凝汽器設(shè)計壓力下降0.4kPa。目前現(xiàn)役大型發(fā)電機組凝汽器冷卻面積完全可以滿足該型機組冷端系統(tǒng)性能的需求。25（6）凝汽器冷卻面積的影響三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化機組容量直流冷卻機組循環(huán)冷卻機組300MW16000～1800017500～19000330MW17000～1800018000～19000350MW18000～1900019000～21000600MW亞33000～3500035000～39000600MW超33000～3500034000～380001000MW52000～5500054000～60000設(shè)計面積（m2）2023/11/27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影響趨勢凝汽器冷卻水進口溫度1℃0.340.82冷卻水進口溫度越高，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。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荷10%0.360.864冷卻水進口溫度越高，熱負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口溫度(真空嚴密性良好)40℃0.651.560工作水溫度超過40℃，凝汽器壓力明顯升高；嚴密性越差，凝汽器壓力升高值越大26（7）冷端影響因素的影響量三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/27冷卻水進口溫度冷卻水流量冷卻管臟污汽側(cè)空氣聚積凝汽器熱負荷凝汽器冷卻面積27（8）冷端性能影響因素排序（由大到?。┤?、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化冷卻面積不是關(guān)鍵影響因素三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/273.輔機耗電28輔機耗電量分析循環(huán)水泵凝結(jié)水泵真空泵三、冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷與運行優(yōu)化2023/11/274.運行優(yōu)化汽輪機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)系冷卻塔淋水密度和凝汽器進水溫度的關(guān)系抽氣設(shè)備運行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整冷端運行優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)濟比較方法機組凈出力(運行經(jīng)濟性)比較法AGC模式下煤電經(jīng)濟性(最大利潤)比較法29四、實例分享2023/11/271.節(jié)能診斷（1）冷端系統(tǒng)概況N600-16.7/538/538型凝汽式汽輪機配套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2BW5353-OEK4型水環(huán)式真空泵，采用串聯(lián)布置方式。302023/11/27（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；提出提高機組運行真空、降低廠用電率的建議和措施。節(jié)能診斷基于試驗。四、實例分享312023/11/27試驗工況MW600MW500MW400MW循環(huán)水泵運行方式/ABABAB真空泵運行方式/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高壓凝汽器運行清潔系數(shù)/0.4600.4880.268在設(shè)計冷卻水進口溫度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)計冷卻水進口溫度20℃、流量58300m3/h條件下凝汽器平均壓力kPa7.165.807.15在設(shè)計冷卻水進口溫度20℃、流量58300m3/h和清潔系數(shù)0.85條件下凝汽器平均壓力kPa4.724.223.8832四、實例分享2023/11/27（3）診斷結(jié)果及分析真空嚴密性。真空嚴密性都達到了良好水平，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負荷下凝汽器壓力偏高約3.21kPa、400MW負荷下凝汽器壓力偏高約4.03kPa。嚴重影響了機組的運行經(jīng)濟性和安全性。冷卻水流量欠缺約9690m3/h，流量偏小約16.6%。低壓凝汽器的運行清潔系數(shù)約為0.284、高壓凝汽器的運行清潔系數(shù)約為0.46，和設(shè)計清潔系數(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重。33四、實例分享2023/11/27（3）診斷結(jié)果及分析凝汽器水阻。設(shè)計冷卻水流量58300m3/h條件下的凝汽器設(shè)計水阻為50kPa。而實際狀態(tài)下，凝汽器冷卻水流量為48610m3/h時，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)。項目名稱單位A側(cè)B側(cè)循環(huán)水泵運行方式/一機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kPa686634四、實例分享2023/11/27（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35四、實例分享2023/11/27（3）診斷結(jié)果及分析循環(huán)水泵性能。在兩泵并聯(lián)運行時，單泵的平均流量偏小約18%，效率平均偏低約17個百分點；在單泵運行時，泵的流量平均偏小約7%，效率平均偏低約11.4個百分點。項目單位兩泵并聯(lián)單泵運行運行方式/泵標號/設(shè)計AB設(shè)計AB出口流量m3/h306002428425784363603298734597揚程m2323.923.9118.617.217.7效率%87.569.6471.3688.575.7978.4236四、實例分享2023/11/27（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)有的兩臺循環(huán)水泵的流量-揚程特性明顯偏小。37四、實例分享2023/11/27（4）影響量定量分析廠用電在兩臺循環(huán)水泵并聯(lián)運行時影響輔機電耗約839.9kW；在單泵運行時影響輔機電耗約255kW。對真空影響的定量分析結(jié)果工況MW600MW600MW600MW400MW400MW循泵運行方式/ABABABABAB真空泵運行方式/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kPa0.760.610.570.750.4738四、實例分享2023/11/27（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39四、實例分享2023/11/272.運行優(yōu)化（1）概況某2×600MW超臨界機組(廠內(nèi)編號1、2號)，每臺機組配套雙殼體、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；每臺機組配套2臺循環(huán)水泵，以滿足不同季節(jié)和不同負荷時凝汽器對冷卻水量的要求。1號機組和2號機組的循環(huán)水管道之間加設(shè)聯(lián)絡(luò)管，根據(jù)冷卻水進口溫度及機組負荷的變化，循環(huán)水泵運行方式有：一機一泵、兩機三泵和一機兩泵三種方式。40四、實例分享2023/11/2741四、實例分享循環(huán)水泵定速循環(huán)水泵雙速四、實例分享2023/11/2742循環(huán)水泵變頻機組負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)為機組凈出力變化，正為增加，負為降低，單位為kW三種最佳運行方式的經(jīng)濟性對比結(jié)果五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置2023/11/271.產(chǎn)品功能43汽輪機冷端系統(tǒng)性能監(jiān)測、診斷及運行優(yōu)化裝置在線監(jiān)測在線診斷運行優(yōu)化性能試驗運行監(jiān)督2023/11/272.裝置功能模塊（1）冷端性能監(jiān)測模塊（2）冷端性能診斷模塊（3）冷端運行優(yōu)化模塊（4）冷端性能試驗?zāi)K44五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置2023/11/27（1）冷端性能監(jiān)測模塊①冷端系統(tǒng)實測參數(shù)監(jiān)測；②冷端系統(tǒng)計算性能監(jiān)測；③設(shè)備運行特性監(jiān)督。45五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置2023/11/27（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的原因，并給出處理建議；④確定凝結(jié)水過冷度偏大的原因，并給出處理建議；⑤確定循泵和凝泵電耗偏大的原因，并給出處理建議。46五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置2023/11/2747冷端系統(tǒng)影響因素定量分析五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置診斷結(jié)果+處理建議耗差分析2023/11/27（3）冷端運行優(yōu)化模塊①根據(jù)凝汽器運行狀態(tài)、真空泵抽吸能力、機組負荷、循環(huán)水溫度、空氣積聚程度等條件，自動尋求機組最佳運行背壓，確定循環(huán)水泵和真空泵的最佳運行方式。②循環(huán)水泵偏離最佳運行方式對供電煤耗的影響量計算。③真空泵偏離最佳運行方式對供電煤耗的影響量計算。48五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置指導(dǎo)運行人員操作2023/11/27（4）冷端性能試驗?zāi)K①在線性能試驗；②離線性能試驗；③試驗結(jié)果生成；④試驗結(jié)果查詢；⑤試驗報告生成。49五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置2023/11/273.技術(shù)創(chuàng)新及自主知識產(chǎn)權(quán)自主研發(fā)包含多項技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品。在國內(nèi)首次建立并應(yīng)用了凝汽器汽側(cè)空氣量的監(jiān)測方法、凝汽器冷卻管水側(cè)臟污影響系數(shù)的計算方法。在國內(nèi)首次建立并應(yīng)用了考慮真空泵抽吸能力變化的冷端系統(tǒng)運行方式的在線優(yōu)化模型。國內(nèi)首次全面實現(xiàn)了冷端系統(tǒng)性能在線監(jiān)測、實時診斷和運行優(yōu)化指導(dǎo)等多項功能。50五、TPRI冷端系統(tǒng)在線診斷和運行優(yōu)化裝置多項中國電力科技獎、專利2023年11月27日51六、冷端系統(tǒng)綜合治理1.綜合治理的目的冷端改造效益最大化；綜合考慮設(shè)備性能相互影響；制定綜合的改造方案。凝汽器冷卻塔循環(huán)水泵真空泵2023年11月27日52噴淋區(qū)：噴頭優(yōu)化選型+噴頭優(yōu)化布置+噴頭數(shù)量增加填料區(qū)：填料優(yōu)化選型+非等高布置+非等間距布置+增容可行性+。。。六、冷端系統(tǒng)綜合治理2.冷卻塔改造（1）TPRI改造策略2023年11月27日53

由于傳熱區(qū)域外區(qū)空氣流速較大、內(nèi)區(qū)空氣流速較小，填料區(qū)溫度呈外低內(nèi)高分布，為強化塔內(nèi)換熱能力，根據(jù)外區(qū)、內(nèi)區(qū)溫度場具體分布狀況，合理增大外區(qū)填料厚度、減小內(nèi)區(qū)填料厚度，有效利用外區(qū)、內(nèi)區(qū)上升空氣的吸熱吸濕能力，使得外區(qū)、內(nèi)區(qū)循環(huán)水均能達到充分冷卻。水池水面水溫場填料非等高布置示意（2）TPRI關(guān)鍵技術(shù)1—填料非等高布置六、冷端系統(tǒng)綜合治理2023年11月27日54在一定通風(fēng)阻力情況下，考慮防止污染物堵塞等問題，依據(jù)冷卻塔溫度場和空氣動力場分布情況，合理調(diào)整填料波間距，更加均勻地分配循環(huán)水，使得填料中水氣熱質(zhì)交換更充分，提高了單位體積填料的冷卻效果。19mm片距斜折波32mm片距S波（2）TPRI關(guān)鍵技術(shù)2—填料非等間距布置六、冷端系統(tǒng)綜合治理2023年11月27日55根據(jù)現(xiàn)場測量噴濺裝置到淋水填料頂部的高度，在滿足噴濺裝置霧化效果的前提下，在考慮嚴寒地區(qū)冬季冰載和循環(huán)水水質(zhì)較差地區(qū)填料防堵等問題基礎(chǔ)上，依據(jù)冷卻塔溫度場和空氣動力場分布情況，合理增加填料組裝高度，滿足對冷卻塔冷卻能力的進一步要求。

通過冷卻塔全面節(jié)能提效改造，填料面積增容8～15%左右。（2）TPRI關(guān)鍵技術(shù)3—淋水填料增容六、冷端系統(tǒng)綜合治理2023年11月27日562023年11月27日

部分冷卻塔存在內(nèi)區(qū)噴淋水量大、外區(qū)噴淋水量較小的問題，基于此，冷卻塔改造時依據(jù)冷卻塔溫度場和空氣動力場分布情況，對內(nèi)、外區(qū)噴濺裝置重新進行優(yōu)化布置，調(diào)整冷卻塔