1、汽輪機冷端系統(tǒng)診斷和運行優(yōu)化

汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能診斷及運行優(yōu)化技術2024/12/22居文平西安熱工研究院有限公司2012年10月主要內容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)性能診斷實例四、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化五、冷端在線監(jiān)測、診斷系統(tǒng)一、冷端系統(tǒng)性能診斷2024/12/221.節(jié)能診斷內容（1）凝汽器及真空系統(tǒng)性能診斷。包含真空嚴密性、凝汽器傳熱性能、凝汽器清潔度、凝汽器汽阻(水阻)、過冷度、真空泵運行狀態(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

水質差、雜質多

凝汽器面積設計面積偏小

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

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

凝汽器熱負荷增加主要有兩種情況：一、當汽輪機和小汽輪機的內效率下降或初參數降低的情況下，機組又要保持相同的負荷，此時排入凝汽器的冷源損失增加，造成凝汽器熱負荷增大；二、其他附加流體不正常地排入凝汽器，造成凝汽器熱負荷增大。2024/12/22（6）凝汽器面積對性能的影響14某300MW機組凝汽器面積從16000m2增加到19000m2，對應300MW負荷時凝汽器壓力下降了0.4kPa。增加凝汽器換熱面積，就要對凝汽器實施改造，增加冷卻管數量和更改相應的管板連接支撐等，有的甚至需要改變凝汽器外殼，投資和工程量較大，而得到的收益相對較小，在立項之前要充分考慮投入產出比。目前現役大型發(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。雖然凝汽器冷卻面積較大時，凝汽器壓力對熱負荷及清潔度的變化的敏感性有所降低，但是，造成現役機組真空降低，乃至機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種影響因素按照對凝汽器性能影響程度由大到小排序為：冷卻水進口溫度冷卻水流量凝汽器熱負荷冷管臟污汽側空氣濃度凝汽器冷卻面積。凝汽器熱負荷、冷管臟污、汽側空氣含量才是影響凝汽器運行性能的關鍵因素。

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

2024/12/22工作水溫度對空氣濃度的影響172024/12/22漏入空氣量對真空泵性能的影響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。真空嚴密性(漏入空氣流量)100Pa/min0.1～0.210.24～0.504漏入空氣流量較小時，凝汽器壓力變化??；當漏入空氣流量超過臨界值后，凝汽器壓力變化大，且與真空嚴密性呈線性變化關系凝汽器冷卻管清潔系數-0.10.230.552冷卻水溫度越低，相同清潔系數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，雙背壓的壓差應大于1.0kPa；冷卻水溫度低于20℃甚至更低時，雙背壓的壓差變小，如負荷較低時，甚至基本相等。（2）存在的問題（配套布置方式導致）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達到設計值。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)的常見布置方式21

A串聯布置方式B

C并聯布置方式D2024/12/22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)布置方式串聯布置方式B串聯布置方式A并聯布置方式D真空泵設計抽氣量/kg·h-1655461低壓凝汽器設計壓力/kPa4.024.344.4高壓凝汽器設計壓力/kPa5.305.55.4凝汽器設計冷卻面積/m2400003350049000凝汽器設計冷卻水流量/m3·h-15830076550111816凝汽器設計冷卻水溫度/℃202023.5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低壓凝汽器壓力應達值[2]/kPa4.8714.1344.242（4）抽空氣系統(tǒng)阻力不匹配對凝汽器的影響22三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（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，采用串聯布置方式。232024/12/22（2）診斷內容凝汽器、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。24三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22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/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/0.4600.4880.268在設計冷卻水進口溫度20℃、現有冷卻水流量條件下凝汽器平均壓力kPa7.926.317.90在設計冷卻水進口溫度20℃、流量58300m3/h條件下凝汽器平均壓力kPa7.165.807.15在設計冷卻水進口溫度20℃、流量58300m3/h和清潔系數0.85條件下凝汽器平均壓力kPa4.724.223.88凝汽器主要性能結果252024/12/22（3）診斷結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約為0.284、高壓凝汽器的運行清潔系數約為0.46，和設計清潔系數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。26三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（3）診斷結果及分析凝汽器水阻。設計冷卻水流量58300m3/h條件下的凝汽器設計水阻為50kPa。而實際狀態(tài)下，凝汽器冷卻水流量為48610m3/h時，凝汽器A側水阻為68kPa、B側水阻為66kPa。表明凝汽器冷凝管內壁臟污、端管板管口有雜質。項目名稱單位A側B側循環(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kPa686627三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（3）診斷結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28三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（3）診斷結果及分析循環(huán)水泵性能。在兩泵并聯運行時，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。項目單位兩泵并聯單泵運行運行方式/泵標號/設計AB設計AB出口流量m3/h306002428425784363603298734597揚程m2323.923.9118.617.217.7效率%87.569.6471.3688.575.7978.4229三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（3）診斷結果及分析循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性。按照現有的循環(huán)水系統(tǒng)阻力，現有的兩臺循環(huán)水泵的流量-揚程特性明顯偏小。30三、冷端系統(tǒng)診斷實例2024/12/22（4）影響量定量分析廠用電在兩臺循環(huán)水泵并聯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果工況MW600MW600MW600MW400MW400MW循泵運行方式/ABABABABAB真空泵運行方式/BBCABCBBC現有平均壓力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)診斷實例2024/12/22（5）節(jié)能技術措施凝汽器冷卻管清洗和水室雜質清理降低循環(huán)水系統(tǒng)阻力和循環(huán)水泵增容技術改造凝汽器抽空氣管路和真空泵連接方式改進32三、冷端系統(tǒng)診斷實例四、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化2024/12/221.主要內容汽輪機出力和排汽壓力的關系凝汽器變工況性能凝汽器冷卻水流量與循環(huán)水泵耗功關系抽氣設備運行狀態(tài)優(yōu)化調整2.冷端運行優(yōu)化的技術經濟比較方法

機組凈出力(運行經濟性)比較法AGC模式下煤電經濟性(最大利潤)比較法33四、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化2024/12/223.冷端運行優(yōu)化實例（1）概況某2×600MW超臨界機組(廠內編號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)水管道之間加設聯絡管，根據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。34四、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化2024/12/223.冷端運行優(yōu)化實例（2）

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

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

循環(huán)水泵變頻情況下的最佳運行方式37四、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化2024/12/223.冷端運行優(yōu)化實例（5）三種最佳運行方式的經濟性對比結果38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本表中的數據為機組凈出力變化，正為增加，負為降低，單位為kW五、冷端系統(tǒng)在線監(jiān)測、診斷和運行優(yōu)化系統(tǒng)2024/12/22系統(tǒng)功能模塊(1)冷端性能監(jiān)測模塊①冷端系統(tǒng)實測參數監(jiān)測；②冷端系統(tǒng)計算性能監(jiān)測；③設備運行特性監(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