《毕业论文（设计）直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断方法研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文（设计）直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断方法研究.pdf（77页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、国内图书分类号：TK264 国际图书分类号：621.1学校代码：10079 密级：公开专业硕士学位论文直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断 方法研究 申请学位：工程硕士 专业领域：动力工程培养方式：全日制所在 学院：能源动力与机械工程学院(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文直接空冷机组冷端系统能效评 价与故障诊断方法研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位 期间独立进
2、行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不 包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。华北电力大学硕士学位论文使用授权书直接空冷机组冷端系统能效评价与故障诊断方法研究系本人在华北电力 大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完 全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关 部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电 力大学，可以采用影印、缩
3、印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部 或部分内容。本学位论文属于（请在以上相应方框内打“J”）：保密口，在.年解密后适用本授权书不保密气/(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士论文摘 要直接空冷机组在我国富煤贫水地区得到了快速的发展。本文针对直接空冷 机组，建立了能效评价模型，实现了冷端系统能效实时评价。对评价结果不理 想的情况分别按评价等级进行运行可调类参数优化或冷端系统可维护类故障诊 断，以提高冷端系统的能效水平，提高直接空冷
4、机组的热经济性和安全性。能效评价模型运用了 AHP-F评价方法展开评价。能效评价的等级分别是优 秀、良好、一般、需改进、需整顿。当冷端系统性能评价结果为需改进时，冷 端系统需要优化调整。优化的目标值是最佳背压，本文建立了冷端系统变工况 数学模型，结合直接空冷电厂背压功率修正曲线和风机群耗功与背压的关系曲 线，得出了变工况条件下确定最佳背压及最佳风速的办法，以最佳背压为基准 值进行计算，可以得出冷端系统优化后的节能空间。当冷端系统的评价结果为需整顿时，冷端系统的可维护类故障诊断任务被 触发。冷端系统性能下降的故障顶事件是真空下降，可能是由风机系统故障、轴封系统故障、抽真空系统故障、主凝结水系统故
5、障、空冷凝汽器设备的其他 故障引起的。本文针对13个故障，结合FMEA、FTA分析方法，进行了故障 模式分析、故障征兆分析、故障原因分析、故障影响分析和故障维修措施分析，建立了十分完备的冷端系统知识库。在此基础上，应用模糊模式识别进行冷端 系统的故障诊断，研究表明，糊模式识别诊断方法的诊断准确性高、分离效果 明显。关键词：冷端系统；能效评价；最佳背压；真空；故障诊断;I(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文AbstractDire
6、ct air-cooling unit has been rapid development in rich coal and water-poor areas of Chinas.This paper established evaluation model of energy efficiency of direct air cooling unit to achieve evaluation of energy efficiency on cold end systems in real-time.I f the results of the evaluation were not an
7、 ideal situation,the results can do optimize of run-adjustable parameters and maintain fault diagnosis by rated class to improve the energy efficiency and safety of the cold end system.Energy efficiency evaluation model started with the AHP-F evaluation method.The levels of energy efficiency are exc
8、ellent,good,fair,needs to be improved,the need for rectification.When the cold-end system performance evaluation results needs to be improved,the cold end system should be optimized to adjust.Optimization target is the optimal back-pressure.This paper established the cold end system variable conditi
9、on mathematical model,combined with backpressure correction curve of direct air-cooled power plant and wind power fleet consumption,can obtain the way of determining the optimal back-pressure and optimal wind speed under varying operating conditions.Optimal back-pressure is calculated as the referen
10、ce value to get space saving after the cold end system optimization.When the results of evaluating on cold end system is required to rectify,fault diagnosis task is triggered.Cold end system performance degradation fault top event is a vacuum down.I t may be caused by the fan system failure,seal sys
11、tem failure,vacuum system failure,the main condensate system failures,other equipment failures caused by air-cooled condenser.Aiming at 13 faults,combined with FMEA,FTA analysis,failure mode analysis,the fault symptom analysis,fault analysis and fault repair measures earned out,established a very co
12、mplete cold-end system knowledge base.On this basis,the fuzzy pattern recognition is used in troubleshooting of cold end system,the study showed that high diagnostic accuracy and obviously separation.Keywords:cold end system,energy efficient evaluation optimal back-pressure,vacuum,fault diagnosisn(C
13、)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文目录摘 要.IAbstract.II第1章绪论.11.1 课题背景.11.2 直接空冷机组国内外研究现状.21.2.1 直接空冷机组发展现状.21.2.2 直接空冷机组冷端系统能效优化研究现状.21.2.3 直接空冷机组冷端系统故障诊断研究现状.41.3 直接空冷机组冷端系统存在的问题.41.4 本文主要工作.6第2章直接空冷机组冷端系统能效评价.72.1 直接空冷机组冷端系统介绍.72.2 直接
14、空冷机组冷端系统能效评价.102.2.1 冷端系统的能效评价方法.112.2.2 AHP-F评价法的实施.122.2.3 冷端系统的能效评价标准.192.3 冷端系统能效评价基准值的确定.202.3.1 基准值确定方法的实施.212.4 本章小结.25第3章 运行可调类参数优化.263.1 直接空冷机组冷端系统变工况数学模型.263.2 冷端系统变工况特性的研究及实例分析.303.3 变工况下直接空冷机组发电功率增量的确定.323.4 风机群耗功的确定.323.5 直接空冷凝汽器最佳背压的确定.34III(C)1994-2019 China Academic Journal Electroni
15、c Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文3.6 背压变化对标准煤耗率的定量计算.373.7 本章小结.38第4章 冷端系统可维护类故障分析.394.1 可维护类故障分析方法.394.1.1 故障模式与影响分析.394.1.2 故障树分析.434.2 冷端系统故障模式及原因分析.444.2.1 风机系统故障.444.2.2 轴封系统故障.45423抽真空系统故障.48424主凝结水系统故障.494.2.5 空冷凝汽器其它故障.514.3 本章小结.55第5章 冷端系统可维护类故障诊断.565.1 模糊逻辑理论概述.565.
16、2 模糊模式识别的方法.565.3 冷端系统故障模糊诊断数学模型.575.3.1 冷端系统低真空运行故障征兆模糊处理.575.3.2 冷端系统典型故障论域特征矢量的确定.58533冷端系统故障诊断实例.635.4 本章小结.64第6章结论与展望.656.1 结论.656.2 后续展望.66参考文献.67在校期间发表的学术论文和参加科研情况.70致谢.71rv(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文第1章绪论1.1 课题背景随着电力工
17、业的快速发展，火力发电厂汽轮发电机组向着大容量、高参数、清洁高效的方向不断发展。发电行业是仅次于农业灌溉的第二用水大户，我国 水资源短缺，因而电力工业快速增长与水资源紧张成为社会经济发展中无法回 避的矛盾川。我国煤炭资源和水资源分布极不平衡，从全国煤水资源的分布情 况看，北方有山西、陕西、宁夏、蒙西、锡盟、乌盟、哈密等七大煤电基地，然而当地水资源贫乏。在这些地方建设坑口电厂，水资源必然成为最大的制约 因素，节水技术的开发和应用日趋迫切。21世纪以来，在“富煤缺水”的三北 地区，直接空冷技术得到了广泛的应用。理论计算，相比与同容量湿冷机组，空冷机组冷却系统本身可节水97%,全厂性节水约65%,节
18、水所产生的直接效 益非常显著。截止到2009年底，,.全国总共有61台600MW级空冷机组投入 运行。“十二五”规划了 16大煤电基地空冷机组项目，其中前13个大型煤电基 地的新建电站都明确规定必须采用空冷技术。目前，我国的空冷机组进入了快 速发展时期，无论在数量上还是单机容量上都走在了世界的前列。直接空冷机组具有冷却效率高、节水效果明显、基建投资较少、系统冷却 空气量调整灵活和运行可靠性高等优点。然而，与诞冷机组相比，空冷机组又 存在煤耗率高、背压变化幅度大、运行上缺乏经验器缺点。据统计，机组供电 煤耗下降lg/kW-h,一年即可节煤4200t。因此，直接空冷机组的节能降耗与 安全运行指导对
19、火力发电厂显得尤其重要。对于直接空冷机组冷端系统的能效 评价，应该是基于冷端系统评价模型的基础上完成的。建立冷端系统科学合理 的评价体系，选用合适的评价方法，对节能潜力巨大的冷端系统进行能效评价 具有重大的现实意义。当能效较差时，冷端系统需要运行优化，则要综合考虑降低背压对机组发 电功率增量与耗功设备消耗厂用电的增量的影响，因此采用最佳背压反映冷端 系统的经济性。这类研究大多集中在湿冷机组上，在传统真空的定义上，又增 加了循环水费用、锅炉补充水、燃料、制粉、汽轮机排汽阻力等因素，寻找最 经济运行背压。目前，空冷机组最佳背压的研究很少。研究汽轮机变工况下冷 端系统的最佳运行方式，确定风机合理的运
20、行转速，对机组经济运行具有重要 意义。直接空冷机组经济性运行不仅与理论最佳背压的调节、风机的运行有关，而且与其运行状态有关。随着机组容量、参数的提高，直接空冷机组冷端系统(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文更加庞大，影响凝汽器真空的因素增多。一旦局部参数异常或故障不能得到及 时处理，不仅会使故障程度进一步扩大，造成设备损坏，而且还会引起一系列 保护动作，甚至停机，造成严重的经济损失。因此，直接空冷机组冷端系统在 线监测与故障诊断
21、的研究和应用具有十分重要的意义。1.2 直接空冷机组国内外研究现状1.2.1 直接空冷机组发展现状国外直接空冷技术始于1939年。德国GEA公司首先提出了火电厂直接空 冷的设想，并将第一台凝汽式汽轮机的直接空冷凝汽器安装于德国鲁尔矿区工 业电站。1950年，匈牙利人海勒(Heiler)教授发表了电厂间接空冷技术的论 文，混合式间接空冷系统(即海勒系统)由此开始发展。70年代匈牙利人福哥(Forgo)教授改造了空冷凝汽器散热器后，表面式凝汽器的间接空冷技术得到 了商业性发展，电站空冷系统的装机容量以指数曲线方式增长。1987年，南非 Matimba电站6X665MW空冷机组投入运行，标志着直接空
22、冷技术大容量单机 开始得到了应用，电站空冷技术也日趋成熟。德国、匈牙利、美国、西班牙、前苏联、南非、伊朗、印度、英国、沙特等国家也已建成一批空冷机组，运行 情况良好。我国1987年引进匈牙利混凝式间接空冷系统，由此开始应用空冷技术。随 着空冷技术的发展，间接空冷系统逐渐由直接空冷系统代替，直接空冷技术的 研究工作也在开展中。我国在2000年直接空冷技术尚属空白，2001年在山西 交城义望铁合金厂投入运营的2X6MW直接空冷机组是我国首座国产直接空 冷机组。2003年我国首台大容量直接空冷供热机组(2X200MW)山西大唐云 冈热电厂(原平旺热电厂)1、2号机组顺利投入运营，填补了我国大型直接空
23、 冷机组的空白。2010年宁夏华电灵武电厂投产了 2X1000MW超超临界直接空 冷机组，是当时世界上参数最高、单机容量最大的直接空冷机组。目前，我国 空冷机组无论在数量上还是在单机容量上都走在了世界前列。在今后的一段时 期空冷技术在我国电力行业还具有相当大的发展潜力，空冷技术在国内电力市 场有着非常大的需求。1.2.2 直接空冷机组冷端系统能效优化研究现状冷端系统的性能研究于上个世纪七十年代铺展开来。1977年，美国电力研 究院(E PRI)在研究报告中指出，凝汽器性能对热耗及机组发电量影响显著，火力发电厂中3.8%的损失是由凝汽器引起的。1988年，EPRI对Petersburg(C)19
24、94-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文电厂3号机组的机组进行了测试，制定了改善凝汽器性能的试验方法和步骤，这是当时最全面的关于凝汽器性能方面的资料。1995年SouthBay电站安装 的凝汽器性能在线监测系统，能够监测到凝汽器性能下降的程度，并给出提高 凝汽器性能的指导意见。2001年，M Ratishe/】给出了火电机组凝汽器的计算 模型，该模型可计算全工况下的凝汽器性能特性。M.M.Priet。等人设计了一种 不完全连接神经网络，预测火
25、电机组凝汽器性能。专家学者也对轴流风机群的运行特性进行了初步研究。C.A.Salta等研究了 进口气流对风机性能的影响，研究表明，最外围风机最易受到气流畸变的影响。Bredell网等通过CFD模拟，针对2类不同结构的风机，研究了风机入口流场变 形对风机群性能的影响，获得了流量变化规律。Gu对大型直接空冷凝汽器进 行了风动模拟实验，发现风速、来流风向角和空冷平台高度对凝汽器的效率有 重要影响，提出回流率的概念。随着国内各电力集团纷纷建设空冷电站，其中又以直接空冷方式居多，因 此，直接空冷系统的研究越来越受到重视。目前，针对直接空冷机组冷端系统 运行优化的研究主要集中在：直接空冷凝汽器变工况特性研
26、究、风机优化运行 研究、环境风和环境温度过高、过低的预防措施研究。韩中合等应用传热单元数法，研究了 1000MW直接空冷机组的变工况特 性。通过建立直接空冷机组冷端传热模型，综合排汽压损，得出了凝汽器变工 况特性曲线，为机组在变工况运行条件运行提供参考。周兰欣等对600MW 直接空冷机组变工况进行了分析和计算，得出了总传热系数为定值和考虑管内 污垢热阻、管外污垢热阻后总传热系数发生变化两种情况下的凝汽器性能曲线。曲线表明，管内污垢热阻和管外污垢热阻对总传热系数的影响近似线性关系。卜永东等以典型直冷和间接系统为例，运用空冷系统的热力性能的CFD模 拟手段，研究了不同环境条件，不同机组热负荷和操作
27、条件下机组背压的变化 规律。杨立军、严俊杰、高永芬等也建立了直接空冷凝汽器变工况数学模 型，分析了机组背压随系统热负荷、进口空气温度等因素的变化规律，对直接 空冷机组变工况运行具有一定的参考价值。直接空冷机组空冷风机关系到冷端系统的耗电水平，所以既要考虑机组发 电功率增加所带来的经济收益，也要考虑风机耗功增加所付出的经济代价。席 新铭、李海宏、时岩、郭名臣、曹旭162。】等以直接空冷凝汽器数学模型为基础，结合了空冷风机的变工况运行规律，提出了空冷凝汽器最佳背压的数学模型。杨立军21等研究了轴流风机群运行特性，发现空冷风机群运行时，因为集群效 应，每台风机的流量有所降低，且空冷风机数量增加，集群
28、因子减小。该结论 对空冷系统的优化设计和高效运行有重要意义。夏瑞春等叩】针对300MW直接3(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文空冷机组风机群进行了研究，得出了将所有风机降速运行比单独停运某几台风 机运行电耗小很多的结论。曾强因等研究了空冷凝汽器的换热效率与空冷岛挡 风墙高度的变化关系，杨建国网等提出了将防风网和导流板结合而得的导流 网，作为改善横向风的装置，杨立军3J等针对600MW直接空冷机组凝汽器的 典型结构，研究了加装空
29、气导流装置后空冷单元内流动传热特性的变化规律，周兰欣126指出空冷凝汽器的喷雾增湿系统存在大量淋水的现象，通过改善喷雾 增湿系统的布置，可以提高机组的真空。1.2.3 直接空冷机组冷端系统故障诊断研究现状目前，直接空冷机组真空下降的故障诊断研究主要集中在两方面：一是对 造成真空下降的故障模式的基础性分析，二是针对造成真空下降故障的诊断方 法的研究。冯润福27等人总结了上都电厂多年以来的防冻措施，针对凝汽器结 冰故障，给出了冬季运行经验。赵凌俊网等人分析了夏季空冷机组出力受阻的 原因、热风回流及冬季防冻等问题，提出了解决这类问题的建议。李跃飞1291 针对古交电厂长期运行所暴露的问题进行了分析探
30、讨，对同类机组具有一定的 借鉴意义。郝小海【30围绕真空系统严密性主题，分析了真空系统泄露的原因，并给出了提高真空严密性的措施。段学友】等人对某电厂的35OMW直接空冷 机组真空低故障进行了案例分析，分别对凝结水回水除氧喷头堵塞故障、空冷 岛管束结冰故障、空冷系统泄露分析了原因及处理措施。杨立军印等人研究了 凝汽器积灰后，散热器的传热性能变化规律，指出监测凝汽器积灰厚度的重要 性。高建强等口3人在归纳了直接空冷凝汽器可能发生的I1种故障的基础上，提取了故障征兆集，选用遗传神经网络作为凝汽器故障诊断的方法，结果表明 该方法诊断效果较好。成明涛研究了影响背压的众多因素，采用了 BP神经 网络，实现
31、了凝汽器故障诊断。张学镭的等人针对凝汽器结冰故障，采用了模 糊层次分析方法实现对结冰故障的预防和维护。马亚RS等人总结了 11种典型 故障，利用仿真技术对凝汽器故障进行了模拟，完善了故障知识库，并应用遗 传算法实现了凝汽器故障诊断。1.3 直接空冷机组冷端系统存在的问题直接空冷机组冷端系统存在的主要问题有：(1)汽轮发电机组背压高位运行，且一年四季中，背压的变化幅度大。环境空气冷却凝汽器内的饱和蒸汽，其冷却极限温度是环境空气的干球温4(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserv
32、ed.http:/华北电力大学硕士学位论文度，以循环水为冷却介质时，其冷却极限温度是湿球温度，干球温度高于湿球 温度，故同样的环境条件下，空冷凝汽器的绝对压力较高，导致空冷机组的背 压较高。一年四季的直接空冷机组的背压变化范围是7kPa50kpa,是湿冷汽轮 机的34倍。因此，空冷机组实际上是“以煤换水”。（2）在夏季工况下运行，机组出力受限，在冬季工况下运行，散热管束容 易发生冻结当实际环境温度比设计温度高出较多时，空冷岛冷却空气进行热交换能力 将大幅下降，致使背压较高，机组出力受阻，这是直接空冷机组在夏季所面临 的共同问题。在夏季炎热期，机组真空低，背压高，此时水蒸汽凝结温度每升 高1度将
33、使排汽压力升高2kPa,空冷机组夏季背压可达4550kPa。在高背压 的情况下，应适当降低发电功率，确保机组不发生真空低停机保护动作。当冬季环境温度过低时，机组在处于低排汽负荷的情况下，凝结水容易冷 却到冰点而结冰，导致管路流通不畅，真空下降卬】。除此之外，当蒸汽流量过 小，管排间流量不均，凝结水再冷却，或是不凝结气体聚集形成死区等原因都 可能导致凝汽器结冰，致使空冷系统发生堵塞和冻损事故，对机组运行的安全 性和经济性造成一定的影响口叫（3）环境风对空冷凝汽器性能的影响大空冷凝汽器处在室外露天环境中，不可避免地受到环境风的影响。空冷岛 周围的风速、风向影响着空冷岛冷却风出口处的流场分布和入口处
34、的冷却风量、风温口力。当空冷岛周围无环境风作用时，换热后的冷却空气以蒸腾的形式散入 大气中，凝汽器散热器可以进行正常换热。当环境横向风速较大时，因为空冷 岛上方横向风的压迫，部分冷却空气折转至空冷岛下方风机入口处，造成热风 回流故障。此时空冷岛内的换热条件急剧恶化，真空也因此迅速下降，现场运 行不得不根据背压降负荷，以保证机组的安全性、可靠性4，41（4）管束积灰严重直接空冷机组多应用于“富煤少水”的三北地区。这些地域干旱少雨，因 此凝汽器散热器表面容易积灰。积灰后，散热器传热热阻增大，传热系数，换 热，效率下降，凝汽器的真空相应下降，背压升高。具体分析如下：直接空冷机组所在区域，容易出现沙尘
35、天气，空冷岛处在这样的环境中，自然随着时间的迁移，散热器表面灰尘沉积，厚度逐渐增大。电厂周围的煤粉、树木季节性产生的飞絮等也会沉积在散热器迎风面上，形成一层毡状的污染物，致使散热器的换风通道受阻，换热性能下降。空冷岛散热器单元的管束呈扁平状单排排列，翅片结构比较复杂，它自 身的结构决定了空冷岛极容易出现积灰现象。5(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文(5)风机耗功占厂用电比例大，噪声大直接空冷机组采用轴流风机，一般300MW机组
36、配备5X6个轴流风机，600MW机组配备7X8个轴流风机。风机转速是决定风机耗功的主要因素，风 机群总的耗电功率约占10%的厂用电量。当夏季环境温度高时，机组为满足一 定的发电量，风机转速必须调至额定转速甚至超速。中低气温范围内是风机转 速可优化调整的主要范围。风机集群高速运转时，整个空冷岛会发出较高分贝 的噪音，对厂区及周围造成一定的影响。控制噪声，使之满足厂界噪声标准也 是厂区建设之初的一大难题。采用高噪声和低噪声设计的空冷技术，会达到近 1/3的成本差异，噪声控制需要付出高昂的代价Ha。1.4 本文主要工作本文的主要研究内容如下：(1)建立冷端系统能效评价模型，选用合适的评价方法实现对冷
37、端系统能 效水平的评价。冷端系统性能的优劣影响着机组的热经济性。能效评价的等级 分别是优秀，良好，一般，需改进，需整顿。当冷端系统性能评价结果为需改 进时，冷端系统需要优化调整，当冷端系统的评价结果为需整顿时，冷端系统 的可维护类故障诊断任务被触发。(2)冷端系统的可调类参数优化的目标值是最佳背压。建立冷端系统变工 况特性数学模型，有助于分析影响背压的因素，得出背压与各变量之间的关系 曲线。以某电厂600MW直接空冷机组为例，采用该厂的背压功率修正曲线，建立风机群耗功与迎面风速的关系曲线，结合以上分析过程，即可得到最佳背 压的确定方法，最终实现冷端参数的运行优化。(3)可维护类故障诊断的基础是
38、冷端系统知识库的构建。本文将以FMEA、FTA方法分析导致冷端系统性能下降的故障，以真空下降为顶事件，分析导致 该事件的故障模式、故障征兆、故障原因、故障影响和故障维修措施。冷端系 统的可维护类故障诊断被触发后，可根据诊断模型实现该系统的故障模式识别。(4)针对冷端系统结构复杂，故障与引起故障的原因之间关系模糊复杂的 特点，采用以模糊数学理论为基础的模糊模式识别诊断方法，进行冷端系统性 能下降的故障诊断。最后以某电厂实际发生的真空下降导致汽轮机跳机的事故 为例，验证该模型的可行性。(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing
39、 House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文第2章直接空冷机组冷端系统能效评价2.1 直接空冷机组冷端系统介绍直接空冷机组冷端系统主要是由低压缸末级组至凝结水泵范围内的设备和 管道组成，一般与高背压汽轮机配套。它包括了汽轮机排汽管道与配汽管道、翅片管换热器及支撑结构、排水与凝结水系统、风机及其驱动装置、抽真空系 统、喷淋系统、冲洗系统、控制和仪表系统。其中，由翅片管换热器、风机系 统及其相关管件组成的空冷凝汽器系统是冷端系统的最关键部分。来自汽轮机 的乏汽经过粗大的排汽管道送至室外的空冷凝汽器散热管束内，乏汽携带的热 能由轴流冷却风机驱动的冷却空气
40、带走，排汽冷凝成水靠重力汇集到凝结水联 箱，凝结水再由热井下方的凝结水泵送回电厂的凝结水系统，作为锅炉给水，循环使用。冷端系统的作用有四方面：（1）保证汽轮机排汽口一定的真空，这 是降低机组终参数，提高电厂循环效率所必须的，也是冷端系统最重要的功能；（2）保证蒸汽凝结并回收凝结水作为锅炉给水；（3）作为凝结水和补给水去除 氧器之前的先期除氧设备，以适应机组的防腐要求；（4）具有蓄水作用，空冷 凝汽器不仅汇集和贮存凝结水，而且还回收热力系统中的各种疏水、排汽和化 学补给水，同时也能满足缓冲运行中机组甩负荷时流量急剧变化、增加系统调 节稳定性的需要。冷端系统结构图如图2-1。图2-1冷端系统结构图
41、下面以某电厂600MW亚临界直接空冷机组为例，介绍机组冷端系统主要 设备的结构特点。该汽轮发电机组共有两个低压缸，每个低压缸下方装设一个 排汽装置，一小部分乏汽用于加热凝结水，剩余乏汽经过排汽装置出口，由一7(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文根排汽主管道引至厂房外。每一根排汽主管道上有两个安全隔膜，两根排汽主 管道之间又有一个汽平衡管道。每一排汽主管道上升到37.5m标高后直拐弯到 联箱，在联箱管径上又分出四条蒸汽分配管，蒸汽
42、分配管上升到56.28m空冷 平台上方后，管道内的乏汽经过入口蒸汽蝶阀进入相应空冷凝汽器分配联箱，然后进入各空冷凝汽器散热管束内。外形如下图2-2所示。图2-2空冷岛外形及排汽装置图空冷凝汽器搁置在空冷平台之上，该平台支撑结构由全钢的支撑梁和加强 拉条的框架构成，标高45.0m。空冷岛上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排 7列冷却单元。每排的7组冷却单元中，第2、第6组为逆流凝汽器，蒸汽沿散 热器管束向上流动，主要是为了将系统内不凝结气体排出，防止运行中管束内 部的某些部位形成死区而冻结的情况；其余五组为顺流凝汽器，蒸汽由散热器 管束顺流至凝结水联箱中，70%80%的蒸汽由顺流散热器管束冷凝，
43、因此为主 凝汽器。空冷凝汽器单元由12个单排镀铝散热器管束组成，采用A型框架结 构，两侧对称布置6个散热器管束。外形如下图2-3所示。图2-3空冷岛系统示意图空冷凝汽器单元下部设置1台机械驱动轴流冷却风机。每个风机由叶轮、减速器、挡风板、传动轴、电动机、风机保护装置等主要部件构成。叶轮吊挂 在减速器下端输出轴上，减速器输入轴与电动机输出轴同心，通过联轴器相接,由电动机通过传动轴驱动。风机的变速依靠变频器来实现，变频调速具有超速 110%的能力。每个风机单元之间均有挡风板，以杜绝串风，空冷平台四周设置 有挡风墙，防止环境风对空冷凝汽器换热效率的影响。抽真空设备的主要功能是在启动和正常运行时，从冷
44、凝系统中除去不凝结8(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文气体，形成和保持冷端系统真空。该设备位于逆流空冷凝汽器单元的上部，运 行中不断将空冷凝汽器中的不凝结气体抽出。空冷散热翅片管束表面脏污会影 响凝汽器换热效率，进而影响真空，因此配备了冲洗系统。冲洗水泵来水取自 1、2号机除盐水箱，冲洗水泵从除盐水箱取水升压后对翅片管进行冲洗。冷端排汽参数见表2-1、空冷凝汽器技术参数见表2-2。表2-1冷端排汽参数运行工况单位考核工况（TR
45、L）冬季工况（阻塞背压）设计工况（TMRC）大气干球温度30-2015汽轮机背压kPa327.3815汽轮机排汽量t/h13201270.041300.63汽轮机排汽焰kJ/kg2524.72373.52413.7汽轮机排热量MW859.9798.42377.8凝结水流量t/h1544.571499.701500.18凝结水温度70.64054凝结水过冷度162.4凝结水箱压力kPa327.3815表2-2直接空冷凝汽器主要技术参数名称单位数值名称 单位数值顺流管束尺寸mm10000 x2220逆流管束尺寸 mm10000 x2220顺流与逆流面8.50管束数量 个544（顺）+64（逆）积比
46、翅片管/翅片材钢/铝光管横截面尺 mm219x9质寸翅片管排数排1光管壁厚 mm1.5顺流管束迎风m212075顺流管束迎风 m21421面面积面面积9(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文续表2-2名称单位数值名称单位数值顺流翅片管总m21421636逆流翅片管总m2167251面积面积翅片厚度mm0.25翅片间距mm2.3每米管束传热W/m2k30翅片管防腐处镀铝系数理方法进风口高度m43设计条件下初39.1始温差风机台数台4
47、0（顺）+16（逆）风机直径m9.144风机转数r/min67风机轴功率kW65顺流风机风量m3/s454顺流风机风量m3/s454效率（全速）%57风机叶尖速度m/s32允许最大振动mm/s11.2转向仰视为逆时针2.2 直接空冷机组冷端系统能效评价凝汽器是冷端系统的关键换热设备，该设备为低压缸排汽营造的真空环境 影响着机组内功，同时该系统空冷风机群、凝结水泵、真空泵等作为耗功大户 影响着厂用电，进而影响机组的经济性运行。所以，评价冷端系统整体的工作 性能的指标应当包含这两方面因素，并从能效的角度全面的反映冷端系统的运 行状况。当冷端系统能效评价过低时，运行人员根据评价建议，可以进行能效 优
48、化运行调整或是可维护类能效诊断。图2-4为冷端系统能效评价与诊断流程 图。10(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文原理：找出冷端系统影响能效的指标，利用模糊综合评判和基准值方法，得出冷端系统的 运行评价，根据评价标准进行运行调整或故障诊断冷端系统能效评价触发能效可维护类故障诊断冷端系统能效评价触发能效运行可调将调整前后机组的燥耗率和减，得出调整前后机组所降煤耗值，并生成诊断报告图2-4能效评价及诊断流程2.2.1 冷端系统的能效
49、评价方法对实际的设备进行评价时，往往需要确定评价者、被评价对象、评价目的、评价指标、综合评价模型以及评价结果。确定上述要素后，以评价对象的多指 标进行评价的方法称为综合评价方法。目前国内外已建立了数百种综合评价的 方法，最常用的有两类：一是主观赋权，二是客观赋权。前者多采用定性的方 法，由专家根据经验判断得到权重；后者避免了人为主观判断，但由于未考虑 指标本身的重要度，有时确定的指标权重与预期的不符合。综合评价方法基本 上采用的都是单评价法，将多种适合本领域研究的评价方法的评价结果进行组 合，得出组合评价值，更具有合理性和准确性。目前，比较常用的综合评价方法有：层次分析法（AHP）、灰色关联度
50、分析 法（GRA）、模糊综合评价法（FCE）、数据包络分析法（DEA）等。本文根据 研究对象的特点，采用层次分析法与模糊综合评价法的组合评价模型（AHP-F）实现冷端系统的能效评价。层次分析法系统性强、简洁实用，评价结果的可移植性差；模糊综合评价11(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/华北电力大学硕士学位论文方法的评价结果清晰，适合难以量化的不确定性问题。该组合对两种评价方法 具有一定的互补性，其结果更加的可信、合理。实现该能效评价方法的步骤有 以下：