冷端系统能耗分析与节能诊断技术 -王浩0409

.1冷端系统能耗分析与节能诊断技术西安热工研究院：王浩2014.4.92024年4月28日前言2024年4月28日2一、诊断理论二、数学建模三、设计优化四、专项研究五、优化运行六、性能试验七、能耗诊断八、技术改造冷端系统节能应进行以下专题研究：主要内容3一、存在问题二、诊断技术三、工程实例2024年4月28日2024年4月28日4一、冷端系统概述

冷端系统主要任务是把从汽轮机排汽口排出的蒸汽凝结成水，并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。一、冷端系统概述5主要设备包括：1、凝汽器；2、抽真空系统和真空泵；3、循环水系统、循环水泵和冷却塔；4、凝结水系统和凝结水泵；5、以及相关的管道、阀门等附件。

2024年4月28日图1冷端系统架构2024年4月28日二、存在问题1、凝汽器1）冷却管脏污

冷凝管脏污包括汽侧和水侧脏污两种，引起凝汽器性能下降的一般是水侧脏污。图2冷却管现场图片62024年4月28日7二、存在问题图3冷却管清洁系数下降0.1，对机组发电煤耗影响水侧脏污直接导致凝汽器清洁系数降低，增加了传热热阻。部分电厂凝汽器冷却管脏污严重，其清洁系数在0.5～0.6之间。2024年4月28日8二、存在问题主要原因：（1）循环水水质差；（2）胶球清洗系统运行方式欠妥；（3）胶球清洗系统存在缺陷；（4）收球率低；（5）运行监督不到位等。2024年4月28日92）空气分压力大二、存在问题机组真空严密性表征漏入空气流量大小，切除抽气设备后的真空下降率是反映真空系统严密程度的指标。图4真空下降速率与凝汽器压力变化量2024年4月28日10二、存在问题主要原因：（1）真空严密性差；（2）抽真空系统缺陷；（3）轴加水封缺陷；（4）轴封回汽缺陷；（5）抽真空设备异常；（6）抽真空管路阻力大等。2024年4月28日113）循环水流量偏低通常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℃。图5冷却水流量变化10%对发电煤耗影响二、存在问题2024年4月28日12二、存在问题主要原因：（1）循环水泵效率低；（2）循环水泵出口门或循环水凝汽器出口门开度小；（3）循环水二次滤网阻力大；（4）凝汽器水阻大；（5）海水潮位；（6）循环水取水高程变化等。2024年4月28日134）循环水入口温度高二、存在问题图6冷却水温度变化1℃对发电煤耗影响2024年4月28日14二、存在问题主要原因：（1）直流供水冷却机组取水口位置不合理；（2）回水影响取水口温度；（3）取水明渠不合理；（4）冷却塔填料老化、型式落后；（5）喷溅装置溅散性差；（6）喷溅装置堵塞；（7）冷却塔冷却面积不足；（8）托架或除水器通风阻力大等。2024年4月28日155）热负荷大二、存在问题

一般凝汽器热负荷按TMCR工况设计，与THA工况相比，凝汽器热负荷偏大在5%左右，对于经济性处于平均水平的机组，额定工况下凝汽器实际热负荷通常小于设计热负荷。图7

凝汽器热负荷变化5%对发电煤耗影响2024年4月28日16主要原因：（1）汽轮机热耗高；（2）低旁泄漏；（3）小汽轮机缸效率低；（4）阀门内漏严重等。二、存在问题2024年4月28日17二、存在问题6）凝汽器面积不足

直流冷却系统机组凝汽器面积略小，冷却水流量较大；

循环冷却系统凝汽器面积略大，冷却水流量较小。机组容量直流冷却机组循环冷却机组300MW16000～1800017500～19000330MW17000～1800018000～19000350MW18000～1900019000～21000600MW亚33000～3500035000～39000600MW超33000～3500034000～380001000MW52000～5500054000～60000表1凝汽器设计面积（m2）2024年4月28日18二、存在问题绝大多数新投产机组凝汽器冷却面积完全可满足性能要求；对于服役较久机组，凝汽器增容改造需优化管束排列、增加冷却管数量和更改管板连接支撑等，必要时需更换凝汽器外壳，投资和工程量较大。2024年4月28日19二、存在问题主要原因：设计面积不足、水室积聚空气、凝汽器堵管率高。部位壁厚小于30%管数壁厚30%~50%管数旧堵管甲侧上水室7217558甲侧下水室56360124乙侧上水室84129152乙侧下水室143204123总计355868457堵管以及减薄冷却管数量为2831根，占冷却管总数比例为12.5%表2某厂凝汽器堵管率20一、冷端系统存在的主要问题2、抽真空系统1）真空系统严密性差；2）真空系统存在漏点2024年4月28日二、存在问题项目XHY#3MDJ#7SG#8TL#2高压缸结合面√√√√中、低结合面√√√√凝汽器喉部伸缩节√√√√低压轴封√√√√疏水扩容器与凝汽器连接处√√√√负压管道与扩容器连接处√√√√轴加疏水水封√√√×真空破坏门√×√×八抽管道与汽缸结合面√×××凝结水系统负压管道×√××负压系统取样仪表管漏×√√√真空系统辅助设备√√√√凝汽器汽侧联通管√√√√凝汽器汽侧人孔门×√√√8号低加疏水与凝汽器结合处×√×√凝泵盘根×√√√抽气设备×√××表3真空系统常见漏点2024年4月28日213）抽真空系统缺陷二、存在问题案例一案例二案例三2024年4月28日2250注水接凝汽器，标高和轴加中心线齐平3200mm案例四案例五二、存在问题2024年4月28日23二、存在问题案例六案例七2024年4月28日24二、存在问题4）真空泵系统缺陷（1）抽真空管路阻力大（华能JGS电厂）（2）真空泵效率低（山东或佛山真空泵厂）（3）真空泵冷却液流量低（华能东方电厂）（4）真空泵冷却液冷却水温度高（南方大部分电厂）（5）真空泵冷却液冷却水流量少（华能DF电厂）（6）真空泵换热器脏污（粤电JW电厂）（7）凝汽器水室无真空泵或水室真空泵运行效果差（大部分开式冷却电厂）2024年4月28日25案例八案例九案例十案例十一二、存在问题2024年4月28日26案例十二案例十三二、存在问题2024年4月28日27二、存在问题3、循环水系统1）循环水泵与系统阻力不匹配循环泵始终处于高扬程小流量或低扬程大流量区域运行，且循环水泵实际效率低。图9-2循环水泵性能曲线图9-2循环水泵性能曲线图9-2循环水泵性能曲线图8循环水泵特性曲线2024年4月28日28二、存在问题2）循环水泵效率低机组服役久，循环水泵叶轮磨损、腐蚀、老化较严重，且早期循环水泵设计水平相对落后等，循环水泵实际效率低于0.7。图9循环水泵特性曲线29一、冷端系统存在的主要问题3）循环水系统阻力大（循环水二次滤网、凝汽器水阻、系统阀门阻力）2024年4月28日二、存在问题图9循环水二次滤网图10凝汽器水阻线2024年4月28日304）海水潮汐变化二、存在问题图11海水潮位变化图12循环水泵耗电率变化2024年4月28日31二、存在问题5）循环水泵耗电率高图13不同地区循环水泵耗电率比较

需要说明的是：循环水泵耗电率过高或过低均不经济，需兼顾经济背压下，优化循环水泵运行方式，使循环水泵耗电率区域合理。32一、冷端系统存在的主要问题2024年4月28日二、存在问题6）循环水泵运行方式不合理国华CD电厂、SZ电厂、粤电JW电厂地处于我国北方，全年双泵运行；国华NH电厂地处于我国南方，一机三泵运行时间仅为28天。33一、冷端系统存在的主要问题4、冷却塔（1）喷溅装置堵塞、脱落（2）配水不均匀（3）配风不均匀（4）填料损坏、破碎（5）冷却面积不足（6）热力性能差（7）夏季出塔水温高2024年4月28日二、存在问题2024年4月28日34图14冷却塔现场拍摄图片二、存在问题351）凝结水泵耗电率高

通常600MW及以上超（超）临界机组凝结水泵耗电率不大于0.18%。2024年4月28日表4600MW机组凝泵耗电率(75%负荷率）5、凝结水系统

5、凝结水系统

二、存在问题先进水平HY1号HHW2号TS4号JH1号DD2号ZH2号JW3号QB4号0.180.40.320.390.360.360.330.340.342024年4月28日36二、存在问题2）凝结水系统阻力大3）凝结水过冷度大4）凝结水泵效率低图15除氧器水位调整门2024年4月28日37二、存在问题6、总结由于设计选型主辅机系统适配性差问题、系统设计缺陷问题、基建遗留问题、运行监管不到位、检修维护不及时、电厂重视程度不足等一系列问题，造成部分机组真空偏低0.5～1kPa，严重时真空偏低1kPa以上。

经核算，1000MW机组真空长期偏低1kPa，每年多消耗标准煤9000～10000吨。2024年4月28日38表5冷端系统主要参数对发电煤耗的影响（一机两泵）项目名称变化101520253035排汽压力，kPa1kPa2.2~2.4冷却水温度，℃1℃0.360.460.610.780.971.22冷却水流量，t/h10%0.500.620.760.941.161.42凝汽器热负荷，MJ/h5%0.630.760.881.091.341.68清洁系数0.10.800.880.971.131.391.64凝汽器冷却面积，m210%0.170.190.210.250.290.36二、存在问题三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术392024年4月28日

从机组冷端系统着手，解决冷端系统诸多问题，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。2024年4月28日40基于冷端系统存在的问题，利用火电机组变工况性能计算方法和等效焓降法，结合以往的研究成果以及多台火电机组冷端系统节能诊断实例，总结并提出了火电机组冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术方法。三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术2024年4月28日41图16方法体系架构三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术建立以供电煤耗率为一阶评价指标以及凝汽器压力和冷端设备耗电量为二阶评价指标的冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术方法，提出了表征冷端系统和设备运行性能的六个特征参量，研究它们对凝汽器压力的影响规律及机组经济指标的影响程度，进而研究了引起特征参量变化的主要因素，最终提出节能降耗相关方面的措施。2024年4月28日42三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术1）设计参数对比及评价2）主要参数对经济性影响定量计算，主要包括：主要包括排汽压力、冷却水温度、冷却水流量、凝汽器热负荷、凝汽器冷却面积以及清洁系数等主要参数单位变化量对机组经济性的影响。3）冷端系统主要测点校核及评价4）凝汽器性能诊断，主要包括：（负荷50%、75%、100%，泵方式一泵、两泵、三泵）（1）凝汽器变工况性能计算及评价（2）凝汽器热负荷核算及评价（3）凝汽器清洁系数核算及评价（4）凝汽器循环水流量核算及评价（5）冷端系统运行指标统计数据分析及评价主要内容2024年4月28日435）抽真空系统诊断，主要包括：（1）真空严密性试验（2）抽真空装置运行性能分析（3）真空系统现场实际检查（4）真空泵运行数量对真空影响试验（5）轴封供汽压力调整对真空影响试验（6）轴加水封高度对真空影响试验（7）抽真空系统缺陷分析6）循环水系统诊断，主要包括：（1）循环水泵耗电率分析（2）循环水泵效率核算及分析（3）循环水系统阻力对冷端系统的影响（管网阻力、二次滤网阻力、凝汽器水阻等）（4）循环水泵运行方式分析三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术2024年4月28日44三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术7）胶球清洗系统诊断（1）收球率分析（2）运行方式分析8）冷却塔性能诊断（1）冷却塔热力性能分析（2）冷却塔冷却幅高测算（3）冷却塔现场实际勘察9）凝结水系统性能诊断（1）凝结水泵耗电率分析（2）凝结水泵运行方式分析（3）凝结水系统阻力分析（4）凝结水过冷度分析2024年4月28日4510）冷端优化（1）排气压力对热耗率影响分析（2）排气压力对功率影响分析（3）循环水泵不同运行方式主要经济指标校核及分析（4）凝汽器典型工况核算（5）最佳背压核算（6）最佳循环水泵耗电率核算（7）最佳年均背压和循环水泵耗电率核算11）小结冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术研究共进行专项分析及诊断累计35项。三、冷端系统能耗分析与节能诊断优化技术四、工程实例46华能吉林某电厂通过节能诊断，1、2号机组真空严密性从1.2kPa/min提升至100Pa/min；大唐内蒙某电厂真空低专项治理研究，真空可提高约1.0kPa；华能黑龙江某电厂1、2号冷却塔节能技术改造，循环水出塔水温下降2.5度；华能山东某电厂7号冷却塔节能技术改造，循环水出塔水温下降2.3度；华能云南某电厂、河南某电厂、国华浙江某电厂抽真空系统改进，真空提高约0.5kPa；华能江西某电厂3号机组真空低专项研究，真空可提高约0.5kPa；华能内蒙某电厂直接空冷机组节能诊断，真空提高1kPa；国华内蒙某电厂直接空冷机组节能诊断，运行调整使真空提高1kPa；国华辽宁某电厂3、4号机组节能诊断，循环水流量增加10%，真空提高至少0.3kPa；粤电某电厂节能诊断，现场处理提高真空泵工作性能，真空提高至少0.3kPa；中电投贵州某厂节能诊断，凝汽器酸洗及清洗，真空提高至少1kPa。2024年4月28日2024年4月28日47四、工程实例（1）导致凝汽器性能变差的原因一：凝汽器冷却管脏污，造成凝汽器真空变差0.25～0.43kPa。（2）导致凝汽器性能变差的原因二：进入凝汽器循环水流量减少，造成凝汽器真空变差0.22～0.40kPa。（3）对凝汽器进行高压水清洗或酸洗，如汽侧存在脏污，应进行全面酸洗，发电煤