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1、汽轮机主要辅机节能诊断及运行优化技术,居文平2008年11月西安热工研究院有限公司,1、泵及冷端系统节能诊断的意义2、主要泵组性能诊断3、冷端系统节能诊断4、冷端运行优化5、诊断和优化运行实例6、结论和展望,目 录,泵组节能诊断的意义 在保证机组安全运行的情况下，如何挖掘主要泵组(给水泵、凝结水泵、循环水泵)设备的最佳性能，发现泵组存在的问题，对提高整个机组的运行经济性和安全性具有重要意义。从泵、传动机构、驱动机械本身及相关系统的性能变化着手，通过性能诊断试验，在保证设备安全的情况下，分析设备和系统性能下降的原因，进而提出相应的改进或改造建议，从而提高泵组运行安全性和经济性，达到整个机组的节能
2、降耗的目的。,1.泵组节能诊断的意义,2.主要泵组的节能诊断,节能诊断的对象,主要泵组：给水泵组、凝结水泵组循环水泵组,2.主要泵组的节能诊断,2.1 泵组节能诊断试验,2.1 泵组节能诊断试验,试验采集系统,图1:数据采集系统示意图,2.1 泵组节能诊断试验,试验内容,电动给水泵组：给水泵和前置泵的性能(流量、扬程、轴功率和效率)、传动机构(液力联轴器)的效率、电动机功率和效率、给水系统的阻力特性等。汽动给水泵组：给水泵性能(流量、扬程、轴功率和效率)、小汽轮机汽耗和效率、给水系统的阻力特性等。,2.1 泵组节能诊断试验,试验内容,循环水泵组：循环水泵的的性能(流量、扬程、轴功率和效率)、电
3、动机功率和效率、循环水系统的阻力特性等。凝结水泵组：凝结水泵的性能(流量、扬程、轴功率和效率)、电动机功率和效率、凝结水系统的阻力特性、凝结水杂项用水流量分配特性等。,2.1 泵组节能诊断试验,试验标准GB/T 3216-2005回转动力泵水力性能验收试验 2级DL/T 839-2003大型锅炉给水泵性能现场试验方法ASME PTC 6-1996汽轮机性能试验规程,2.1 泵组节能诊断试验,试验工况 泵组性能试验需要得出泵的性能曲线和相应系统的阻力特性，一般选择35个流量点进行试验，对应机组的工况一般为VWO、THA、80%(75%)THA、60%(50%)THA等。在条件允许的情况下，尽量选
4、择较多的流量点进行试验。,给水泵试验测点(汽泵和电泵),给水泵试验测点(汽泵和电泵),凝结水泵试验测点,循环水泵试验测点,试验条件和要求,试验泵及系统阀门的运行状态良好，试验时具备调整能力。现场泵试验时，备用泵处于备用状态。关闭泵的再循环门(给水泵再循环、凝结水泵再循环)。隔离小汽轮机低压汽源(正常工作汽源)以外的所有的汽源(如：高压备用汽源、辅汽联箱汽源等)。维持试验工况稳定，分别测量表中所列参数，每一工况稳定30分钟，记录30分钟。先进行预备性试验，再进行正式试验。,2.2 诊断分析,(1)性能分析和诊断内容给水泵组及给水系统给水泵出力、效率；小汽轮机效率、汽耗等；液力联轴器效率；给水泵性
5、能与系统阻力特性的匹配性。,2.2 诊断分析,凝结水泵及凝结水系统凝结水泵的出力、效率；杂用水系统流量分配诊断；凝结水泵性能与系统阻力特性的匹配性。,2.2 诊断分析,循环水泵及循环水系统循环水泵出力、效率；循环水泵性能与系统阻力特性的匹配性。,2.2 诊断分析,(2)性能诊断方法泵及相应的系统一般存在的问题主要有三类：泵本身的性能下降；泵的性能与相应系统的阻力特性不匹配；机组调峰运行导致泵运行点效率下降、扬程升高等。第三种情况其实就是第二种情况的特例。,2.2 诊断分析,泵及设备的性能下降 泵及相关设备的性能下降(主要是效率下降)，导致相同有效功率的情况下，消耗的驱动功率增加，对应的辅机厂用
6、电上升或主机抽汽流量的增加。泵的性能相对于其设计性能下降的判断可根据GB3216的规定进行。小汽轮机的性能(效率、汽耗)变化可以和设计值进行对照，效率的对照条件是：相同进汽流量、压力、温度和排汽压力；汽耗的对照条件：相同的小机轴功率前提下，消耗的抽汽流量、或折算成主汽轮机的新蒸汽消耗量。,泵流量扬程下降判断,泵效率下降判断,2.2 诊断分析,泵的性能与相应系统的阻力特性不匹配 泵的性能与相应系统的阻力特性不匹配分两种情况：(一)系统阻力大于泵的设计扬程，造成泵实际运行扬程高于设计值，实际流量低于设计值，表现为水流量不足；(二)系统阻力小于泵的设计扬程，造成泵实际运行扬程低于设计值，实际流量高于
7、设计值，表现为水流量偏大。,2.2 诊断分析,调峰运行的适应性 机组调峰运行(变负荷)，机组负荷降低，相应的辅机泵等的出力下降，如何保证泵在出力下降时的高效运行是辅机节能的重要问题。定速凝结水泵在机组低负荷时的其性能与系统阻力矛盾更加突出，此时泵处于高扬程、低流量、低效率区运行，阀门节流损失、泵的低效率白白消耗了大量的厂用电，同时造成相关系统(如凝结水精处理系统)安全隐患(压力过高)。在机组低负荷时，循环水泵出力不变，提供过多的冷却水，导致厂用电消耗和机组真空过高等。,2.2 诊断分析,(3)改进、改造措施凝结水泵电动机加装变频器的节能改造(或取消首级叶轮)；循环水泵电动机定速改双速(也有电动
8、机加装变频器)改造；杂用水系统水量优化和完善措施；泵增容增效改造(主要是给水泵、循环水泵)；小汽轮机性能完善(汽封、真空方面)等。,3.1 冷端系统节能诊断的意义 在保证机组安全运行的情况下，如何挖掘冷端系统各设备的最佳性能，并且在消耗最小的前提下获取最有利的运行真空是火电机组运行中一个急迫的问题。从机组冷端系统着手，提高汽轮机组冷端性能，投入小、见效快，是电厂节能降耗、提高机组热经济性、实现效益最大化的最佳途径。通过定量分析影响冷端性能的主要因素，提出设备或系统的性能监测和诊断方法，结合冷端系统运行方式优化，改善设备运行水平、提高机组冷端性能、降低机组煤耗。,3、冷端系统性能诊断,3.2 冷
9、端系统构成,3.2 冷端性能诊断的内容,3.3 冷端性能主要影响因素,（1）凝汽器性能影响因素,（1）凝汽器性能影响因素,冷却水进口温度,(1),（1）凝汽器性能影响因素,冷却水进口温度,在凝汽器冷却面积、结构型式、热负荷、冷却水量、真空严密性、冷却管脏污程度不变的情况下，冷却水进口温度升高导致凝汽器压力增大，同时对传热端差也产生影响，冷却水温度升高使传热端差下降。冷却水进口温度与电厂所处地域和季节环境温度变化有关，对于直流供水冷却的机组，应充分考虑冷却水取水口和回水口的位置等影响因素；对于循环供水冷却的机组而言，除了气候和环境影响因素外，冷却塔的散热性能是否正常起到至关重要的作用。,（1）凝
10、汽器性能影响因素,冷却水流量,冷却水流量的大小，直接影响冷却水流经凝汽器后获得的温升大小。大型发电机组凝汽器冷却水温升设计值一般为810左右，冷却水流量减少10%，冷却水温升增加约1,凝汽器压力上升约0.24kPa0.58kPa。,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,机组负荷不变时不同空气流量对凝汽器性能影响 空气流量与真空严密性的关系,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,稳定负荷下凝汽器压力与真空严密性的关系,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,稳定负荷下凝汽器压力与真空严密性的关系,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,稳定负荷下凝汽器压力与空气含量的关系,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气
11、,机组负荷不变时不同空气流量对凝汽器性能影响。国产300MW机组在300MW负荷下的真空严密性试验真空下降率每上升100Pa/min，凝汽器压力将平均上升约0.1kPa，且随着漏入空气量的增加凝汽器压力上升加快。凝汽器压力并不是随着漏入空气流量增大而线性升高，当漏入的空气流量较小(小于某一临界值)时，空气对凝汽器换热影响较小；当漏入空气流量超过某一临界值时，开始明显影响凝汽器换热，凝汽器压力开始明显升高。空气聚集量小，对凝汽器压力影响可以忽略；空气聚集量大，对凝汽器压力产生明显影响。空气聚集量随着漏入空气流量增加而增加，同时受抽气设备性能变化影响。,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,机组负荷
12、变化时空气流量对凝汽器性能影响。,（1）凝汽器性能影响因素,汽侧空气,机组负荷变化时空气流量对凝汽器性能影响。减少或杜绝空气对凝汽器性能影响的关键是保证机组真空严密性达到良好的水平。不能仅满足于机组负荷80%额定负荷以上时的真空严密性在合格范围，追求机组负荷在40%100%额定负荷时的真空严密性在良好范围，是确保冷端系统性能不受空气影响的充足条件。机组正常运行时，应定期做真空严密性试验，保证真空严密性合格。严密性不合格应通过氦质谱检漏仪对真空负压系统不严密的地方进行查找，并及时处理。按照GB5578的要求，100MW以上级机组的真空下降率不大于400Pa/min为真空严密性合格。,（1）凝汽器
13、性能影响因素,冷却管清洁度,大型机组凝汽器设计清洁系数为0.80.9。运行清洁系数越低说明冷却管脏污越严重，清洁度低导致凝汽器冷却水管传热热阻增大，总体传热系数降低，凝汽器传热端差增大，引起凝汽器压力升高。,（1）凝汽器性能影响因素,冷却管清洁度,空气和脏污共同影响凝汽器性能。,（1）凝汽器性能影响因素,热负荷,凝汽器热负荷包括低压缸排汽、给水泵小汽轮机排汽以及其他各种进入凝汽器的汽、疏水带入的热量。凝汽器热负荷增加主要有两种情况：一是当汽轮机和小汽轮机的内效率下降或初参数降低的情况下，机组又要保持相同的负荷，此时排入凝汽器的蒸汽流量增加，造成凝汽器热负荷增大；二是其他附加流体不正常地排入凝汽
14、器，造成凝汽器热负荷增大。,（1）凝汽器性能影响因素,热负荷,（1）凝汽器性能影响因素,凝汽器面积国产300MW机组凝汽器面积从16000m2增加到19000m2，对应300MW负荷时凝汽器压力下降了0.4kPa。增加凝汽器换热面积，就要对凝汽器实施改造，增加冷却管数量和更改相应的管板连接支撑等，有的甚至需要改变凝汽器外壳，投资和工程量较大，而得到的收益相对较小，在立项之前要充分考虑投入产出比。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。虽然凝汽器冷却面积较大时，凝汽器压力对热负荷及清洁度的变化的敏感性有所降低，但是，造成现役机组真空降低，乃至机组出力减小的主要原
15、因不是凝汽器冷却面积偏小。,（1）凝汽器性能影响因素,6种影响因素按照对凝汽器性能影响程度由大到小排序为：冷却水进口温度冷却水流量凝汽器热负荷冷管脏污漏入空气凝汽器冷却面积。凝汽器热负荷、冷管脏污、漏入空气才是影响凝汽器运行性能的关键因素。,（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,工作水进口温度进口气体压力进口气体温度真空泵实际转速,(2),（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,工作水进口温度,对于一个实际且完整的真空泵和凝汽器系统来说，工作水进口温度改变影响真空泵抽吸能力的同时，真空泵吸入口压力、进口汽气混合物温度也相应改变。,（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,漏入凝汽器空气流
16、量对真空泵性能的影响,（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,漏入凝汽器空气流量对真空泵性能的影响,（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,空气流量或入口压力对真空泵功率的影响,（2）抽气设备(水环真空泵)性能影响因素,其他抽气设备机械离心式真空泵工作原理有别于水环真空泵，但对其性能产生影响的主要外部因素和水环泵一样都是工作水进口温度。降低工作水温度也是提高机械离心真空泵抽吸能力的主要举措。射水抽汽器性能影响外部因素有工作水压力和温度，提高射水泵射水压力和降低射水温度是提高射水抽汽器抽吸性能的关键所在。射汽抽气器的冷却水温度、进汽压力是影响其性能的外部因素，降低冷却水温度和提高射汽压力能有
17、效地提高射汽抽气器的抽吸能力。,(3)主要影响因素对冷端性能的影响,3.4 凝汽器性能监测和诊断,（1）运行参数监测,3.4 凝汽器性能监测和诊断,（2）空气对凝汽器性能影响监测,真空泵工作水温度对抽吸能力的影响,3.4 凝汽器性能监测和诊断,（3）凝汽器清洁度监测,4.冷端系统运行优化,（1）主要内容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 抽气设备运行状态优化调整,4.冷端系统运行优化,（2）冷端运行优化的技术经济比较方法 机组净出力比较法 机组净出力比较法 综合煤价和电价比较法得出的机组最佳运行背压和循环水泵最佳运行方式将取决于不仅与净出力比较法得
18、出的结果有关，还与燃煤价格和上网电价有关。,5.案例分析(某300MW机组),（1）凝汽器清洁度诊断,（2）凝结水系统诊断,凝结水系统的阻力特性与凝结水泵的性能匹配问题已经通过加装变频装置较好地得到了解决，加装变频装置后，凝结水泵的节电率约为1530%甚至更高。通过诊断凝结水系统特别是杂用水系统的运行方式存在的问题，进行凝结水杂用量的科学控制和流量分配，达到在变频节能基础上的进一步节能。年节约厂用电40万kW.h以上。,（3）循环水系统诊断,循环水系统的阻力特性与循环水泵的性能匹配问题是循环水系统诊断的重点。往往造成的后果：系统阻力大于循环水泵的设计扬程，造成循环水泵实际运行扬程高于设计值，实
19、际流量低于设计值，表现为冷却水流量不足，夏季机组真空偏低；系统阻力小于循环水泵的设计扬程，造成循环水泵实际运行扬程低于设计值，实际流量高于设计值，表现为冷却水流量偏大，循环泵耗功增加，机组冬季真空过好。,循环水系统诊断实例,某电厂300MW机组循环水泵及其循环水系统管路设计时，其系统阻力设计计算值偏小，相应循环水泵选型时扬程偏低，最终导致循环水泵实际出力不能满足凝汽器冷却水流量的要求。通过改造循环水泵，使得泵的设计工作点扬程与系统阻力相匹配。改造后的循环水泵工作点流量增加了约20%，凝汽器压力下降了约1kPa(水温20)，降低供电煤耗约2.5g/(kW.h)，改造后电机功率增加约800kW。较好地提高了冷端系统运行经济性，保证了机组夏季运行安全性。,6.结论和展望,安全是节能的首要前提和基础；辅机及冷端系统的状态分析和性能诊断试验是节能诊断、运行优化的前提；设备状态良好的情况下，进行运行优化，才能达到节能的效果；效益最大化、投入最小化是辅机及冷端节能的特点。,谢谢！Thanks,
