汽轮机冷端系统节能诊断及优化技术.ppt
汽轮机冷端系统节能诊断及优化技术,马汀山西安热工研究院有限公司2023/10/29,2023/10/29,主要内容,2,2023/10/29,一、冷端系统概述,主要设备包括：凝汽器（3）循环水泵及循环水系统（4）凝结水泵及凝结水系统（5）真空泵及抽真空系统（6）冷却塔（7）管道、阀门等附件,3,主要任务是把从汽轮机排汽口排出的蒸汽凝结成水，并建立与维持一定的真空度。,2023/10/29,1.凝汽器冷却管脏污汽侧脏污水侧脏污,4,二、常见问题,通常是指水侧脏污,2023/10/29,5,二、常见问题,2.真空严密性差判别指标：真空下降率表征漏入空气流量大小，切除抽空气设备后的真空下降率是反映真空系统严密程度的指标。,仅能判别漏入量，不能判别是否影响真空及影响程度。,G：漏入空气流量 V：真空下降率,2023/10/29,6,二、常见问题,3.真空泵组性能差真空泵工作液温度高；真空泵抽吸能力低。,空调机组冷却工作液,罗茨真空泵组,（1）影响空气聚积的关键因素。（2）判断依据呢？,2023/10/29,4.冷却塔冷却能力差除水器：变形、失效等；喷溅装置：堵塞、下盘脱落、喷水不均等；填料：结垢、堵塞、破损等；配水槽（管）：开裂等。,7,二、常见问题,2023/10/29,5.循环水泵效率低循环水泵运行效率低；循环水泵的运行工况偏离设计工况；同比循环水泵单耗高；循环水系统阻力特性。,8,二、常见问题,循环水泵与循环水系统匹配性分析,2023/10/29,6.循环水泵耗电率不合理,9,二、常见问题,耗电率过高或过低均不经济，需考虑最佳背压。,造成全年循环水泵在设计方式下的运行时间很短。,2023/10/29,7.循环水泵运行方式怎么确定负荷变化；气温变化；潮位变化（海水冷却）；冷却塔性能变化；煤价、电价变化。,10,二、常见问题,海水潮位变化,双速改造、增设变频器的必要性,2023/10/29,8.凝结水泵耗电率高泵组效率；泵组低频振动；给水泵迷宫密封用水压力；杂用凝结水流量；其它连锁压力。,11,二、常见问题,必要的改造，降低耗电率。,二、常见问题,2023/10/29,12,9.双背压凝汽器问题（1）高、低压凝汽器压力差值不明显，甚至低压凝汽器压力与高压凝汽器压力相等；（2）低压凝汽器压力和高压凝汽器压力不能同时达到设计值。,抽真空系统布置方式是否合理？,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,13,1.理论依据,2023/10/29,14,2.冷端系统性能影响因素（1）冷却水进口温度（取决于自然条件和冷却塔冷却能力）（2）冷却水流量（3）凝汽器热负荷（4）凝汽器冷却管脏污（5）凝汽器设计特性（管束布置、冷却面积等等）（6）空气在凝汽器内的聚积程度（取决于真空泵的抽吸能力）真空泵工作水温度双背压凝汽器抽真空系统的布置方式,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,2.冷端系统性能影响因素,15,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,16,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,17,（1）冷却水进口温度的影响取水口位置不合理（直流供水冷却）；冷却塔冷却能力不足；,三、冷端系统节能诊断与运行优化,冷却水温度变化1对发电煤耗影响,2023/10/29,18,（2）冷却水流量的影响,三、冷端系统节能诊断与运行优化,冷却水流量变化10%对发电煤耗影响,凝汽器冷却水温升设计值一般为8-10左右，冷却水流量减少10%，冷却水温升增加约1，真空降低。,2023/10/29,19,（3）凝汽器热负荷的影响汽轮机热耗高；低旁泄漏；小汽轮机缸效率低；阀门内漏严重等。,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,20,（4）冷却管脏污的影响,三、冷端系统节能诊断与运行优化,冷却管清洁系数下降0.1对机组发电煤耗影响,2023/10/29,21,（5）汽侧空气的影响真空严密性真空泵工作水进口温度真空泵工作水流量真空泵转速双背压凝汽器抽空气系统的影响,三、冷端系统节能诊断与运行优化,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,22,1）双背压凝汽器抽空气系统的影响高、低压凝汽器压力差值不明显，甚至低压凝汽器压力与高压凝汽器压力相等；低压凝汽器压力和高压凝汽器压力不能同时达到设计值。,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,A 串联布置方式 B,C 并联布置方式 D,23,2）双背压凝汽器抽空气系统的常见布置方式,2023/10/29,24,三、冷端系统节能诊断与运行优化,3）抽空气系统阻力不匹配对凝汽器的影响,2023/10/29,某300MW机组凝汽器面积从16000m2增加到19000m2，凝汽器设计压力下降0.4kPa。目前现役大型发电机组凝汽器冷却面积完全可以满足该型机组冷端系统性能的需求。,25,（6）凝汽器冷却面积的影响,三、冷端系统节能诊断与运行优化,设计面积（m2）,2023/10/29,26,（7）冷端影响因素的影响量,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,冷却水进口温度冷却水流量冷却管脏污汽侧空气聚积凝汽器热负荷凝汽器冷却面积,27,（8）冷端性能影响因素排序（由大到小）,三、冷端系统节能诊断与运行优化,冷却面积不是关键影响因素,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,3.辅机耗电,28,三、冷端系统节能诊断与运行优化,2023/10/29,4.运行优化汽轮机出力和排汽压力的关系凝汽器变工况性能凝汽器冷却水流量与循环水泵耗功关系冷却塔淋水密度和凝汽器进水温度的关系抽气设备运行状态优化调整冷端运行优化的技术经济比较方法机组净出力(运行经济性)比较法AGC模式下煤电经济性(最大利润)比较法,29,四、实例分享,2023/10/29,1.节能诊断（1）冷端系统概况N600-16.7/538/538型凝汽式汽轮机配套N-41500-1型双背压表面式凝汽器系统采用循环冷却（冷却塔）方式。循环水系统配套2台72LKXA-23型循环水泵、一座自然通风冷却塔。凝汽器抽空气系统配套三台2BW5353-OEK4型水环式真空泵，采用串联布置方式。,30,2023/10/29,（2）诊断内容凝汽器、真空泵及抽空气系统性能诊断；循环水泵及循环水系统性能诊断；冷端系统性能分析、主要影响因素定性和定量分析；提出提高机组运行真空、降低厂用电率的建议和措施。节能诊断基于试验。,四、实例分享,31,2023/10/29,32,四、实例分享,2023/10/29,（3）诊断结果及分析真空严密性。真空严密性都达到了良好水平，在真空泵及抽空气系统正常工作的情况下，真空泵完全有能力抽出漏入的空气。凝汽器性能 600MW负荷下凝汽器压力偏高约3.21kPa、400MW负荷下凝汽器压力偏高约4.03kPa。严重影响了机组的运行经济性和安全性。冷却水流量欠缺约9690m3/h，流量偏小约16.6%。低压凝汽器的运行清洁系数约为0.284、高压凝汽器的运行清洁系数约为0.46，和设计清洁系数0.85相比明显偏低。表明凝汽器中存在空气聚积、以及凝汽器冷凝管存在脏污，且空气聚积、冷凝管脏污程度比较严重。,33,四、实例分享,2023/10/29,（3）诊断结果及分析凝汽器水阻。设计冷却水流量58300m3/h条件下的凝汽器设计水阻为50kPa。而实际状态下，凝汽器冷却水流量为48610m3/h时，凝汽器A侧水阻为68kPa、B侧水阻为66kPa。表明凝汽器冷凝管内壁脏污、端管板管口有杂质。,34,四、实例分享,2023/10/29,（3）诊断结果及分析抽空气系统方式和真空泵状态。凝汽器中空气聚积，尤以低压侧为严重。真空泵抽不出聚积的空气。B真空泵工作水流量14.1 m3/h，只有设计流量的50%，将影响水环的正常建立，降低真空泵的抽吸能力。,真空泵工作水及冷却水,35,四、实例分享,2023/10/29,（3）诊断结果及分析循环水泵性能。在两泵并联运行时，单泵的平均流量偏小约18%，效率平均偏低约17个百分点；在单泵运行时，泵的流量平均偏小约7%，效率平均偏低约11.4个百分点。,36,四、实例分享,2023/10/29,（3）诊断结果及分析循环水系统阻力特性。按照现有的循环水系统阻力，现有的两台循环水泵的流量-扬程特性明显偏小。,37,四、实例分享,2023/10/29,（4）影响量定量分析厂用电在两台循环水泵并联运行时影响辅机电耗约839.9kW；在单泵运行时影响辅机电耗约255kW。对真空影响的定量分析结果,38,四、实例分享,2023/10/29,（5）节能技术措施凝汽器冷却管清洗和水室杂质清理降低循环水系统阻力和循环水泵增容技术改造凝汽器抽空气管路和真空泵连接方式改进,39,四、实例分享,2023/10/29,2.运行优化（1）概况某2600MW超临界机组(厂内编号1、2号)，每台机组配套双壳体、单流程、双背压表面式凝汽器，凝汽器冷却水系统采用循环供水冷却方式；每台机组配套2台循环水泵，以满足不同季节和不同负荷时凝汽器对冷却水量的要求。1号机组和2号机组的循环水管道之间加设联络管，根据冷却水进口温度及机组负荷的变化，循环水泵运行方式有：一机一泵、两机三泵和一机两泵三种方式。,40,四、实例分享,2023/10/29,41,四、实例分享,循环水泵定速,循环水泵双速,四、实例分享,2023/10/29,42,循环水泵变频,三种最佳运行方式的经济性对比结果,2023/10/29,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,1.产品功能,43,2023/10/29,2.装置功能模块（1）冷端性能监测模块（2）冷端性能诊断模块（3）冷端运行优化模块（4）冷端性能试验模块,44,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,2023/10/29,（1）冷端性能监测模块冷端系统实测参数监测；冷端系统计算性能监测；设备运行特性监督。,45,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,2023/10/29,（2）冷端性能诊断模块 明确冷端性能偏差值及各影响因素的影响量；确定机组真空偏低的原因，并给出处理建议；确定真空泵抽吸能力不足的原因，并给出处理建议；确定凝结水过冷度偏大的原因，并给出处理建议；确定循泵和凝泵电耗偏大的原因，并给出处理建议。,46,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,2023/10/29,47,冷端系统影响因素定量分析,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,诊断结果+处理建议,耗差分析,2023/10/29,（3）冷端运行优化模块根据凝汽器运行状态、真空泵抽吸能力、机组负荷、循环水温度、空气积聚程度等条件，自动寻求机组最佳运行背压，确定循环水泵和真空泵的最佳运行方式。循环水泵偏离最佳运行方式对供电煤耗的影响量计算。真空泵偏离最佳运行方式对供电煤耗的影响量计算。,48,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,指导运行人员操作,2023/10/29,（4）冷端性能试验模块在线性能试验；离线性能试验；试验结果生成；试验结果查询；试验报告生成。,49,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,2023/10/29,3.技术创新及自主知识产权自主研发包含多项技术创新的产品。在国内首次建立并应用了凝汽器汽侧空气量的监测方法、凝汽器冷却管水侧脏污影响系数的计算方法。在国内首次建立并应用了考虑真空泵抽吸能力变化的冷端系统运行方式的在线优化模型。国内首次全面实现了冷端系统性能在线监测、实时诊断和运行优化指导等多项功能。,50,五、TPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置,多项中国电力科技奖、专利,2023/10/29,六、冷端系统综合治理,1.综合治理的目的冷端改造效益最大化；综合考虑设备性能相互影响；制定综合的改造方案。,2023/10/29,喷淋区：喷头优化选型+喷头优化布置+喷头数量增加,填料区：填料优化选型+非等高布置+非等间距布置+增容可行性+。,六、冷端系统综合治理,2.冷却塔改造（1）TPRI改造策略,2023/10/29,由于传热区域外区空气流速较大、内区空气流速较小，填料区温度呈外低内高分布，为强化塔内换热能力，根据外区、内区温度场具体分布状况，合理增大外区填料厚度、减小内区填料厚度，有效利用外区、内区上升空气的吸热吸湿能力，使得外区、内区循环水均能达到充分冷却。,水池水面水温场 填料非等高布置示意,（2）TPRI关键技术1填料非等高布置,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,在一定通风阻力情况下，考虑防止污染物堵塞等问题，依据冷却塔温度场和空气动力场分布情况，合理调整填料波间距，更加均匀地分配循环水，使得填料中水气热质交换更充分，提高了单位体积填料的冷却效果。,19mm片距斜折波,32mm片距S波,（2）TPRI关键技术2填料非等间距布置,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,根据现场测量喷溅装置到淋水填料顶部的高度，在满足喷溅装置雾化效果的前提下，在考虑严寒地区冬季冰载和循环水水质较差地区填料防堵等问题基础上，依据冷却塔温度场和空气动力场分布情况，合理增加填料组装高度，满足对冷却塔冷却能力的进一步要求。通过冷却塔全面节能提效改造，填料面积增容815%左右。,（2）TPRI关键技术3淋水填料增容,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,2023年10月29日,部分冷却塔存在内区喷淋水量大、外区喷淋水量较小的问题，基于此，冷却塔改造时依据冷却塔温度场和空气动力场分布情况，对内、外区喷溅装置重新进行优化布置，调整冷却塔淋水密度，使水流分配更加均匀，增加同等淋水量换热面积，有利于改善冷却塔换热效果。另外，华能某厂300MW机组，原喷溅装置3004个，通过节能提效改造喷溅装置增加至3500个，增加16.5%。,（2）TPRI关键技术4喷溅装置优化布置,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,多种填料波形（双斜波、斜折波、S波、斜波）、波间距（2232mm）、片数（55100片）；托架（插销式、套管式、铸铁）；除水器等组合优化，使冷却塔性能达到最佳。,（2）TPRI关键技术5塔芯材料选型优化,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,新材料+新技术优化组合,材料生产、安装质量监督,先进波形填料新型喷溅装置新型除水器新型填料托架,填料非等高布置填料非等间距布置填料增容可行性喷溅装置合理化布置。,（3）TPRI技术路线,六、冷端系统综合治理,2023/10/29,六、冷端系统综合治理,3.循环水泵改造（1）主要流程,匹配冷端系统,2023/10/29,六、冷端系统综合治理,（2）高效循环水泵设计制造,1）确定高效模型；2）数值模拟验证；3）制造加工。,2023/10/29,系统的理论研究,海量的试验数据,科学的技术方案,专业的质量监督,权威的效果评价,提供理论支撑,提供数据参考,重新优化设计,保证预期效果,值得业主信赖,六、冷端系统综合治理,4.TPRI优势,2023/10/29,六、冷端系统综合治理,5.近两年改造业绩鹤岗电厂#1机冷却塔节能改造鹤岗电厂#2机冷却塔节能改造达拉特电厂#3机冷却塔节能改造黄台电厂#7机冷却塔节能改造托克托电厂#2机冷却塔节能改造大坝电厂#2机循环水泵节能改造鹤岗电厂#3机冷却塔节能改造,2023/10/29,谢 谢!,追求卓越 求实创新规范诚信 以人为本,Thank you very much for your attention!,63,
