汽轮机冷端系统节能诊断及优化技术课件.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2023/1/10主要内容22023/1/10一、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。2023/1/101.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2023/1/105二、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2023/1/106二、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？2023/1/104.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2023/1/105.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2023/1/106.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。2023/1/107.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海水潮位变化双速改造、增设变频器的必要性2023/1/108.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。2023/1/10二、常见问题2023/1/10129.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2023/1/10131.理论依据2023/1/10142.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2023/1/1016影响类型一级影响因素二级影响因素三级影响因素四级影响因素tw1冷却水进口温度冷却塔性能自然环境tw冷却水流量循环水泵出力不足循泵性能与阻力不匹配凝汽器或循环水系统堵塞凝汽器热负荷汽轮机热耗高凝汽器附加热负荷大t凝汽器脏污胶球清洗系统不正常水质差、杂质多凝汽器面积设计面积偏小空气聚积机组真空严密性差漏入空气真空泵抽吸能力差工作水温度高工作水冷却系统性能差工作水的冷却水温度高工作水流量低 双背压凝汽器抽空气系统阻力不匹配三、冷端系统节能诊断与运行优化2023/1/102023/1/1017（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2023/1/1018（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0.24kPa-0.58kPa。2023/1/1019（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2023/1/1020（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2023/1/1021（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2023/1/10221）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2023/1/10 A 串联布置方式 B C 并联布置方式 D232）双背压凝汽器抽空气系统的常见布置方式2023/1/10项目名称项目名称A机组机组B机组机组C机组机组凝汽器型号N-40000-1N-33500N-49000抽空气系统布置方式串联布置方式串联布置方式B串联布置方式串联布置方式A并联布置方式并联布置方式D低压凝汽器真空严密性/Pamin-127323179高压凝汽器真空严密性/Pamin-126822652机组负荷/MW594.5652.51001.7高压凝汽器传热端差1/6.1004.9245.259低压凝汽器传热端差1/10.3649.3666.333高压凝汽器压力1/kPa6.5795.2085.207低压凝汽器压力1/kPa6.0235.2354.393影响低压凝汽器压力偏高影响低压凝汽器压力偏高/kPa1.1521.101-24三、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2023/1/10某某300MW300MW机组凝汽器面积从机组凝汽器面积从16000m16000m2 2增加到增加到19000m19000m2 2，凝汽，凝汽器设计压力下降器设计压力下降0.4kPa0.4kPa。目前现役大型发电机组凝汽器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冷却面积完全可以满足该型机组冷端系统性能的需求。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机组容量直流冷却机组循环冷却机组300MW16000180001750019000330MW17000180001800019000350MW18000190001900021000600MW亚33000350003500039000600MW超330003500034000380001000MW52000550005400060000设计面积（m2）2023/1/10主要影响因素主要影响因素变化情况变化情况影响凝汽影响凝汽器压力器压力kPa影响影响供电煤耗供电煤耗g/kW.h影响趋势影响趋势凝汽器冷却水凝汽器冷却水进口温度进口温度10.340.82冷却水进口温度越高，凝汽器压力的单位温度变冷却水进口温度越高，凝汽器压力的单位温度变化值越大化值越大凝汽器冷却水流量凝汽器冷却水流量-10%0.410.984冷却水流量越小，每降低冷却水流量越小，每降低10%水量对凝汽压力的水量对凝汽压力的影响量越大，随着冷却水温度升高，相同水量变影响量越大，随着冷却水温度升高，相同水量变化引起的压力变化越大。化引起的压力变化越大。凝汽器冷却管凝汽器冷却管清洁系数清洁系数-0.10.230.552冷却水温度越低，相同清洁系数下降值使得凝汽冷却水温度越低，相同清洁系数下降值使得凝汽器压力升高值越小器压力升高值越小凝汽器热负荷凝汽器热负荷10%0.360.864冷却水进口温度越高，热负荷增加使得凝汽器压冷却水进口温度越高，热负荷增加使得凝汽器压力变化值越大力变化值越大凝汽器冷却面积凝汽器冷却面积-10%0.210.504随着冷却面积增大，凝汽器压力降低值越小随着冷却面积增大，凝汽器压力降低值越小真空泵工作水进口温真空泵工作水进口温度度(真空严密性良好真空严密性良好)400.651.560工作水温度超过工作水温度超过40，凝汽器压力明显升高；严，凝汽器压力明显升高；严密性越差，凝汽器压力升高值越大密性越差，凝汽器压力升高值越大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2023/1/10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2023/1/103.辅机耗电28三、冷端系统节能诊断与运行优化2023/1/104.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2023/1/101.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。302023/1/10（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312023/1/10试验工况试验工况MW600MW500MW400MW循环水泵运行方式循环水泵运行方式/ABABAB真空泵运行方式真空泵运行方式/BBCB凝汽器冷却水流量凝汽器冷却水流量m3/h486104861048610低压凝汽器传热端差低压凝汽器传热端差16.19612.54218.199低压凝汽器运行清洁系数低压凝汽器运行清洁系数/0.2840.3010.195高压凝汽器传热端差高压凝汽器传热端差9.5497.51013.417高压凝汽器运行清洁系数高压凝汽器运行清洁系数/0.4600.4880.268在设计冷却水进口温度在设计冷却水进口温度20、现有冷却水流量条件下、现有冷却水流量条件下凝汽器平均压力凝汽器平均压力kPa7.926.317.90在设计冷却水进口温度在设计冷却水进口温度20、流量、流量58300m3/h条件下条件下凝汽器平均压力凝汽器平均压力kPa7.165.807.15在设计冷却水进口温度在设计冷却水进口温度20、流量、流量58300m3/h和清洁系数和清洁系数0.85条件下条件下凝汽器平均压力凝汽器平均压力kPa4.724.223.8832四、实例分享2023/1/10（3）诊断结果及分析l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。l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2023/1/10（3）诊断结果及分析l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。项目名称项目名称单位单位A侧侧B侧侧循环水泵运行方式循环水泵运行方式/一机两泵一机两泵凝汽器冷却水流量凝汽器冷却水流量m3/h48610凝汽器冷却水入口压力凝汽器冷却水入口压力kPa233230凝汽器冷却水出口压力凝汽器冷却水出口压力kPa165164水阻水阻kPa686634四、实例分享2023/1/10（3）诊断结果及分析l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。真空泵真空泵工作水流量工作水流量冷却水流量冷却水流量m3/hm3/hA40.5149B14.1151C36.2123真空泵工作水及冷却水真空泵工作水及冷却水35四、实例分享2023/1/10（3）诊断结果及分析l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。项目项目单位单位两泵并联两泵并联单泵运行单泵运行运行方式运行方式/泵标号泵标号/设计设计AB设计设计AB出口流量出口流量m3/h306002428425784363603298734597扬程扬程m2323.923.9118.617.217.7效率效率%87.569.6471.3688.575.7978.4236四、实例分享2023/1/10（3）诊断结果及分析l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2023/1/10（4）影响量定量分析l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。l对真空影响的定量分析结果工况工况MW600MW600MW600MW400MW400MW循泵运行方式循泵运行方式/ABABABABAB真空泵运行方式真空泵运行方式/BBCABCBBC现有平均压力现有平均压力kPa7.926.956.727.906.05空气和空气和脏污影响脏污影响kPa2.441.671.493.271.70水量影响水量影响kPa0.760.610.570.750.4738四、实例分享2023/1/10（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2023/1/102.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2023/1/1041四、实例分享循环水泵定速循环水泵双速四、实例分享2023/1/1042循环水泵变频机组负荷机组负荷双速与定双速与定速比较速比较变频与定变频与定速比较速比较变频与双变频与双速比较速比较600MW9974-25540MW151122-29480MW229202-27420MW31235846360MW321461140300MW367589223本表中的数据为机组净出力变化，本表中的数据为机组净出力变化，正为增加，负为降低，单位为正为增加，负为降低，单位为kW三种最佳运行方式的经济性对比结果五、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置1.产品功能432023/1/102.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、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置2023/1/102023/1/10（1 1）冷端性能监测模块）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、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置2023/1/10（2 2）冷端性能诊断模块）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、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置2023/1/1047冷端系统影响因素定量分析五、TPRITPRI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2023/1/10（3 3）冷端运行优化模块）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、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置指导运行人员操作2023/1/10（4 4）冷端性能试验模块）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、TPRITPRI冷端系统在线诊断和运行优化装置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、TPRITPRI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2023/1/10六、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。2023/1/1051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）TPRITPRI改造策略2023/1/1052 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。水池水面水温场水池水面水温场 填料非等高布置示意填料非等高布置示意（2）TPRITPRI关键技术1填料非等高布置六、冷端系统综合治理2023/1/1053 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。19mm19mm片距斜折波片距斜折波32mm32mm片距片距S S波波（2）TPRITPRI关键技术2填料非等间距布置六、冷端系统综合治理2023/1/1054 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）TPRITPRI关键技术3淋水填料增容六、冷端系统综合治理2023/1/10552023年1月10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）TPRITPRI关键技术4喷溅装置优化布置六、冷端系统综合治理2023/1/1056 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）TPRITPRI关键技术5塔芯材料选型优化六、冷端系统综合治理2023/1/1057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）TPRITPRI技术路线六、冷端系统综合治理2023/1/1058六、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2023/1/1059六、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。2023/1/1060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 TPRI优势2023/1/1061六、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 2023/1/1062谢谢 谢谢!追追求求卓卓越越 求求实实创创新新规规范范诚诚信信 以以人人为为本本ThankThank you very much for your you very much for your attention!attention!632023/1/10