对电站汽轮机组节能及优化的分析方法

摘要

本发明涉及一种对电站汽轮机组节能诊断及优化的分析方法。首先，将汽轮机乏热排放可视为由关键温度节点所控制和衔接的热量传导流链，建立汽轮机组发电乏热排放流动通道模型；测取各链点也即各温度节点的相关参数；其次，根据分析目的将同类机组或本机历史同期同类的相关温度节点的正常情况下的相关参数确定为比对标尺；然后，将实际所测量出的各链点相关温度参数和对比标尺进行比较，以确定故障部位，从而制定改造方案并加以实施。本发明既可用于电算化系统优化，又可进行简化的人工分析，可以系统地、准确地诊断汽轮机组真空系统故障的部位和程度，并从整体上进行其优化调度。有显著的后续经济和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电站汽轮机组节能诊断及优化的方法——汽轮机排热流链分析法。

背景技术

电站汽轮机排汽真空度是影响其经济性的重要指标之一，机组真空恶化严重时对其安全也构成较大威胁，因而，汽轮机组真空系统故障诊断和运行优化是电站汽轮机节能降耗的主攻方向之一。

在线运行条件下，汽轮机组真空的影响因素较多，既与汽轮机岛内设备相关，又与电站外围设备相关，并受气象、天气等环境条件的制约，跨越汽轮机、水工等专业，存在着技术上的隔阂，常规节能技术对此鞭长莫及，使得技术中不确定性较大，进行系统优化变为互相扰动的局部作业,如凝汽器优化的边界条件是循环水系统参数不变，对循环水系统优化时则需凝汽器相关参数不变，而在实际运行中这些参数随主机负荷及运行时限是在不断变化的，目前尚未有能一种能够避免了上述缺陷，对其进行整体优化调度的对电站汽轮机真空系统进行诊断的方法。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种对电站汽轮机组节能及优化的分析方法——汽轮机排热流链分析法，采用本发明方法，能够准确地诊断汽轮机组真空系统故障的部位和程度，并从整体上进行实现其节能及优化等调度。

本发明采用如下技术方案：

本发明对电站汽轮机组节能及优化的分析方法——汽轮机排热流链分析法，其步骤为：

首先，将汽轮机乏热排放可视为由关键温度节点所控制和衔接的热量传导流链，建立汽轮机组发电乏热排放流动通道模型；测取各链点也即各温度节点的相关参数，所述各温度节点的相关参数包括：汽轮机真空即排汽温度温度，循环水的入口、出口温度，冷却塔进塔空气干球温度、湿球温度及大气压力；

其次，根据分析目的将同类机组或本机历史同期同类的相关温度节点的正常情况下的相关参数确定为比对标尺；

然后，将实际所测量出的各链点相关温度参数和对比标尺进行比较，以确定故障部位，从而制定改造方案并加以实施；所述比较包括某一温度、某对温度或某几个温度的温度值比较以及相关温度节点间的温差值比较。

本发明的原理为：

1.  汽轮机排热流链分析法的概念

在广泛分析现场数据的基础上，本方法构建了汽轮机组排热流链模型：汽轮机组的运行真空主要与排汽缸、冷凝器、循环水、冷却塔（或其它冷却方式）等系统和设备相关，不论它们的原理和结构如何，其任务是相同的，即完成汽轮机发电乏热的对外排放，典型的具体过程包括：

A．排汽凝结过程，汽轮机排汽由饱和蒸汽凝结为饱和水，释放汽化潜热即汽轮机发电乏热。排汽压力由排汽温度单值决定，P=f(ts)，即汽轮机真空由排汽温度决定；

B．凝汽器传热过程，乏热进入凝汽传热管内部。在此过程中存在一传热端差δt，与凝汽器设备状况和运行状况相关；

C．循环水在凝汽器内的吸热过程，乏热使循环水由入口温度t2升至出口温度t1，产生温升Δt,Δt=t1-t2，它由循环水量和汽轮机组排热量决定;

D．冷却塔内循环水通过对流及传质放出热量，温度由入塔水温t1降至出塔水温t2，产生温降Δt，与在凝汽器内的温升相等，Δt=t1-t2;

E．空气在冷却塔吸热，最终发电乏热排入大气。在实际发电工程中，出塔循环水温与入塔空气温度t0有差值dt，dt=t2-t0，可以称之为冷却塔端差，dt宏观地反映了冷却塔在汽轮机乏热排放过程中发挥的作用，定量地衡量了冷却塔应用中的性能表现，与季节和冷却塔本体配置相关。

忽略管路微弱放热，每个具体过程的换热量是相同的，A--E组成完整的串联换热环节，则有：

ts=t0+dt+Δt+δt

或：

ts-t0=dt+Δt+δt

令ΔT=ts-t0，那么：

ΔT=ts-t0=dt+Δt+δt

温差是热传导的动力，基于热量转移与电量转移的类同之处，传热学中温差也称温压，ΔT就是汽轮机排热的总温压。这样，汽轮机组发电乏热排放即可视为由ts、t1、t2、t0等温度节点所控制和衔接的热量传导流链，构成了完整的汽轮机乏热流动通道模型。

需要特别说明的是，由于空气湿度对实际空气的热力学性质有较强的影响，所以，不能直接用空气干球温度做为t0标定dt。为了较为客观全面地反映空气的热力学特性，流链模型方法综合含有水蒸汽的湿空气性质，经技术处理，以等效折算温度做为t0代表环境空气热力参数，经过反复试用和调整，完善和确定了技术方案，在针对实际投运冷却塔进行测试分析工作中，应用效果良好，既方便了定性分析，又可用于定量评价，为扩展流链分析法实际应用范围奠定了坚实的基础。

2.  汽轮机排热流链分析法的核心

这一模型囊括了火电厂热能从发电流程出口到可用温度低限界面的全过程，是一个骨架式的简化模型，填补了这一领域的空白，流链构成了完整的汽轮机乏热流动通道，将真空控制温度ts和t0联系起来，并以乏热流链为主线，将各设备抽象为热阻特性，以各分段温压为控制元，成为汽轮机真空状态技术诊断和优化调度的利刃。

全温压概念ΔT的建立，意味着t0是冷端系统工作的依据，ΔT包括了冷却塔端差、循环水温升、凝汽器端差三部分内容，明确了改善汽轮机组真空度的三个主攻方向，有利于统筹兼顾整体和局部关系，获得最为理想的效果。相对于高参数的汽轮机进汽而言，ΔT幅值较小，各关键温度即使变化不到1℃，对汽轮机组真空度的影响也是非常明显的，因而对热力系统也有直接的影响，据估计，真空每下降1％，汽轮机组热耗则上升1％，可以看出对汽轮机乏热流链深入研究并对症改造，经济效益是很显著的，随着发电机组容量的不断扩大，排热流链的作用也越来越重要。

从排热的角度看乏热流链，ts是温压的源头，从提高机组真空度的目的出发t0是改善真空的引擎，进一步联动各个节点温度相应降低，还应降低整个系统的热阻，以畅通流链助力节能降耗。

3.  汽轮机排热流链分析法的应用

近年来，我们对河北南部网内电站应用汽轮机排热流链分析法，对汽轮机组节能降耗、电网和电站迎峰度夏、优化机组运行指标等方面发挥了应有的作用，产生了显著的后续的经济和社会效益。尤其是电站需多专业协同技改时，该方法解现场燃眉之急，收效突出。

本发明的有益效果总结为：汽轮机排热流链分析法的使用非常方便，可以进行不同层次的应用，既然可用于电算化系统优化，又可进行简化的人工分析，这时，无需进行复杂的排热量、热阻等参数的测试和计算，针对关键温度节点分析，某一温度、某对温度或某几个温度异常都有不同的含义，并可对现场节能降耗提出进一步的对症指导性方案，使用简单作用明显。分析比对既可应用同型机组间的横向数据，诊断其薄弱环节；又可采用同一机组历史数据的纵向比对，观察其变化趋势，发现局部或全部设备的老化或恶化故障。

具体实施方式

实施例1.某厂冷却塔改造:

某厂循环水系统为扩大的单元制，循环水采用城市中水，冷却塔投产于2007年，为逆流式自然通风冷却塔，其淋水面积为6000平方米，冷却塔的总高度为120米，配水层高度10.95米。

近年来其＃2机组真空不断恶化，我们对其进行了测试分析，并选取其＃1机组做为比对样本，经测试出两塔在主机负荷相同（300MW）的工况下，大气压力为101.7kPa，干球温度为29.5℃，湿球温度为25.4℃，循环水温：＃1塔：入口41.1℃，出口31.4℃，＃2塔：41.9℃，出口31.5℃，其机组真空和排汽温度分别为：＃1机：-93.0kPa（43.13℃），＃2机：-92.6kPa(43.99℃),经计算，其凝汽器端差分别为：＃1机：2.03℃＃2机2.09℃，其冷却塔端差分别为：＃1机：11.25℃，＃2机：11.15℃，均无较大差别，而其循环水温差分别为9.7℃和10.4℃，相差近0.7℃，结合其它参数，可以基本确认＃2机循环水流量偏低，因而，制定了对其进行配水系统改造方案。经改造，其冷却特性由Ω=1.38λ^0.640提高为Ω=1.61λ^0.642，其机组真空提高了0.7kPa，年创经济效益946万元。

本案中，通过本方法，迅速、准确地查明了故障原因，避免了该厂对相关系统进行大规模的盲目投资，获得了显著成效。

实施例2.某厂循环水深度处理：

某厂循环水系统为单元制，循环水采用地表水，机组陆续投产于1980至1994年。随着地表水质污染程度加重，其全厂机组真空不断恶化，严重影响了机组迎峰度夏，严重时甚至需限负荷运行，不仅使该厂蒙受损失，对电网的安全稳定也构成威胁。

该厂对此进行了初步的分析和处理，通过对历史趋势的分析，发现循环水温上升、凝汽器端差增大，因而对相关系统进行了大量工作，如冷却塔清淤、凝汽器清洗等，耗费大量人力物力，收效甚微。

后采用本方法进行分析，具体做法与该厂有较大的不同，首先在大量的历史数据中寻找到了入塔空气条件相近的两组抽样数据，其中某一机组数据如下表：

其它机组情况与此基本相似。

然后，采用统一的基准（折算空气温度）将所有链点温度比对，分析数据如下：

经过数据筛选，有效地控制了对比条件，排除了大量的干拢因素，符合严谨科学的数据分析原则。用系统的方法，将所有数据结合起来分析，由示例可以看出，机组循环水温差没有变化，排除了循环水系统故障的可能性。进一步的分析看出，排热链点较较历史数据均有小幅偏差（冷却塔端上升1.36℃，凝汽器端差上升2.3℃），最终查明，机组真空状况恶化是由循环水脏污引起冷却塔和凝汽器换热能力下降同导致。通过对其进行循环深度处理，彻底解决了这一顽症，机组真空能长期稳定在安全、经济范围内，年直接效益超过1500万元。