冷端优化项目检测报告.docx
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冷端优化项目检测报告
吉林省电力科学研究院
检测报告
超超临界600MW机组
冷端优化项目检测报告
吉林省电力科学研究院
长春市人民大街133号
2014年2月
报告提交日期：
2014年2月15日
工作者：
吉林省电力科学研究院
******
******
编写者：
*****
审核：
*****部门经理吉林省电力科学研究院
批准：
******副总经理吉林省电力科学研究院
1.前言
为了进一步提高机组的运行经济性，降低机组的供电煤耗，研究机组冷端设备的运行特性，提高冷端设备运行的经济性，2012年下半年，江苏阚山发电有限公司与上海明华电力技术工程有限公司合作申请《2×600MW超超临界机组闭式循环冷端优化系统研究与开发》科技项目，经上海电力股份有限公司及中国电力投资集团公司批准立项。
机组冷端设备主要包括汽轮机低压缸的末级组、凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环供水系统及空气抽出系统（真空泵）等。
在研究这些冷端设备性能、计算模型和运行方式的基础上，开发了600MW超临界机组闭式循环冷端优化系统软件（以下简称冷端优化系统），该软件在电厂EDNA实时数据库的基础上，完成冷端设备数据采集、存储、计算、诊断、寻优、发布等功能，进而实现对设备的监视、管理和优化运行指导。
该系统通过在线性能计算实现对电厂1#、2#机组冷端设备运行状态的实时监测、并将相关指标进行统计分析、再根据优化计算结果指导冷端设备的运行。
冷端优化系统的开发，将有助于运行和专业人员分析冷端设备各项运行参数的实际值和基准值之间的差距、原因及对策，有助于为运行和检修人员提供切实的指导，为经济分析和决策人员提供行动的依据，从而实现冷端设备的优化运行，并最终提高机组运行的经济性。
本项目从2013年初启动，到2013年10月系统上线试运行，到目前为止系统运行稳定，很好地指导了冷端设备的运行和维护。
为了客观评价项目的应用效果，阚山发电有限责任公司委托第三方检测机构吉林省电力科学研究院于2014年2月对本项目的实际使用情况进行了现场检测。
2.超超临界600MW机组冷端系统组成及设备规范
江苏阚山发电有限公司二台600MW超超临界机组汽轮机为引进日本三菱技术制造超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽凝汽式汽轮机，型号：
CCLN600-25/600/600（TC2F-48）。
汽轮机组高中压部分采用合缸结构，低压部分采用双分流低压缸。
凝汽器为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的N-33000-5，单壳体、单背压、双分流、表面式，横向布置结构,采用从东芝公司引进的AT型管束排列，冷却面积：
33000m2，冷却水量：
66300t/h，冷却水入口温度：
21.35℃，凝汽器背压：
0.0051MPa（a），冷却管总根数：
21368根，冷却管材质：
TP316L，冷却管规格：
ø31.75×0.7（顶部三排及通道外侧、空冷区），Ø31.75×0.5（主凝结区）。
循环水系统为闭式循环，循环水泵出口至凝汽器，凝汽器排水至冷却塔，经冷却后进入循环水泵前池再至循环水泵。
每台机配置两台循泵，一个冷却水塔，其中一台循泵可以高低速切换运行，补充水来自化学补给水，为防凝汽器冷却水管滋生微生物和结垢，分别在循环水泵前池加入杀菌剂、阻垢剂。
循环水泵型号：
88LKXB-24，型式：
湿井式、固定叶片、转子可抽式、立式斜流泵，夏季单机二台循泵运行，冬季单机单泵运行，春秋季两机三泵运行
凝结水系统采用中压凝结水精处理系统。
系统中设凝结水泵，凝汽器热井中的凝结水由凝结水泵升压后，经凝结水精处理装置、汽封冷却器和四级低压加热器后进入除氧器。
系统采用2×100%容量的凝结水泵，一台运行，一台备用。
凝结水泵采用美国罗宾康公司新一代高压变频器，变频器为一拖二型式，利用变频器出口刀闸冷切换。
当任何一台泵发生故障时，备用泵自动启动投入运行。
每台机组共配置三台水环式真空泵，正常运行时两台运行或一台运行，启动时三台真空泵可一起投入运行。
凝汽器还设置1只带有水封的真空破坏阀。
真空泵为双级水环式真空泵型式：
AWAMURA200EVMA，在冷却水温度22℃条件下，最低吸入真空可以达到4.4kPa（a）。
机组的循环水采用闭式循环，循环水经冷却塔使用冷空气进行冷却。
冷却塔塔高150.6m，水塔面积：
9000m2，进风口高度：
9.8m，集水池内壁半径：
57.8m，喉部半径：
32.8m（119.8m标高），塔顶出口半径：
36m（150.6m标高），集水池水深：
2.00m。
3.冷端优化系统的组成
冷端系统的工作原理图如下所示：
冷端优化系统主要目的是对机组冷端设备性能进行监测、优化和运行指导，其包括漏空气量等底层测量设备、优化系统数据库（SIS数据库和SQLSERVER2005数据库）、冷端设备数据模型、服务器端应用程序、WEB前台展示及知识库等内容。
4.冷端优化系统的主要功能
4.1凝汽器漏空气量的测量：
通过安装于真空抽气管道上的混合气体测量装置来测量与计算凝汽器单位时间内的漏空气量，为定量计算与分析漏入空气对凝汽器及机组的性能影响提供了基础。
4.2冷端设备运行性能监测及优化：
通过建立凝汽器、冷却塔、真空泵、混合气体、循环水系统的数学模型来实时计算与监测这些冷端设备的运行性能参数，为设备的优化运行和故障诊断提供了基础。
4.3空气浓度对凝汽器传热系数、真空及真空泵性能影响监测：
分析漏入空气量及不同真空泵运行方式时凝汽器空气浓度的变化及其对凝汽器传热系数、真空等的影响，为凝汽器、真空泵等的变工况计算提供依据。
4.4凝汽器真空严密性在线计算：
实现了通过热力学方法在线计算凝汽器的真空严密性，为运行人员及时监测凝汽器运行情况提供了有效的手段。
4.5凝汽器、冷却塔变工况计算及参数预测：
对凝汽器、冷却塔、真空泵等冷端设备进行变工况计算及参数预测，为运行人员及时做出运行调节提供依据。
4.6循环水泵运行指导及参数预测：
分析计算不同循环水泵组合运行方式下对机组背压、机组煤耗、利润率等的影响，指导运行人员选用最经济的循泵运行方式。
4.7真空泵运行指导及参数预测：
分析计算不同真空泵组合运行方式下对机组背压、机组煤耗、利润率等的影响，指导运行人员选用最经济的真空泵运行方式。
4.8凝汽器背压损失原因分析及优化：
分析计算造成凝汽器背压损失的原因，并综合分析冷端设备性能对凝汽器背压的影响，为提高凝汽器运行背压提供了建议和方向。
4.9冷端设备故障诊断：
综合分析机组冷端设备的运行情况，诊断冷端设备运行中存在的问题，及时发现故障并通知维护人员进行处理。
5.现场检测的主要内容及结果
本次检测从2013年12月23日开始到2013年12月26日结束，共持续4天，测试功能点3个。
下边为主要的检测内容和结果：
5.1循泵运行方式指导验证：
系统提供了不同循环水泵运行方式下的背压、循环水量、冷却水入口温度及机组煤耗、利润等数据，运行人员可根据系统提示选择最经济的循泵运行方式。
下图为2013年12月26日的循环水泵运行方式给出的运行指导建议截图：
试验当天气温较高，达6.9度，一般电厂冬季采用的循环水泵运行方式都是两台低速泵的母管方式运行，而冷端优化系统给出的建议是二低一高的循泵运行方式。
试验采取了在两台低速循环水泵的基础上再加开一台高速泵，用两低一高的方式运行，试验前后数据如下：
工况
循泵运行方式
背压kPa
循环水流量t/h
循泵功率kW
循环水温度℃
检测前
母管制二台高速
6.94
37505
2944
20.77
最优工况预测值
母管制二高一低
6.29
48238
4128
21.73
最优工况检测结果
母管制二高一低
6.34
49501
4068
21.65
从试验结果可看出，在采用两低一高的循环水泵运行方式后，循泵功率上升了3380-1997=1383kW,而凝汽器背压下降了6.05-5.57=0.48kPa,比冷端优化系统预测的稍小，但在扣除机组功率的影响因素后，还是比较接近的。
说明在冬季采用两台低速泵不一定就是最经济的运行方式，而与环境温度关系比较大。
通过试验，证明了冷端优化系统的循环水泵运行方式参数预测和运行指导是可行的。
试验过程中冷端各主要参数的变化示意图如下：
5.2真空泵运行方式指导验证：
系统提供了不同真空泵运行方式下的背压、漏空气量、空气浓度及机组煤耗、利润等数据，运行人员可根据系统提示选择最经济的真空泵运行方式。
由于2号机组漏空气量比较大，故在做实验前2号机组为2台真空泵运行。
为了验证，于12月23日凌晨和12月24日凌晨分别进行了两次试验，试验内容分别为真空泵切换为1台和3台泵运行，与当前2台破空泵的运行方式进行比较，试验情况如下：
1、真空泵运行方式试验一：
（1）试验内容：
真空泵运行方式由2台切换为3台运行。
（2）试验时间：
2013年12月23日0：
00—07：
00
（3）试验前优化系统对真空泵的运行建议：
下图为2013年12月23日现场试验前真空泵运行方式给出的运行指导建议截图，目前为2台真空泵运行，系统给出的优化建议是开1台真空泵煤耗会增加1.25g，背压下降0.48kPa,而开3台真空泵凝汽器背压能提高0.16kPa,煤耗会下降0.20g。
（4）试验过程：
在保持机组出力基本稳定的前提下，把2号机三台真空泵全开，与两台真空泵运行时情况进行比较，试验结果如下：
试验时间
试验内容
试验前背压
试验稳定工况后背压
12月23日00：
00—07：
00
2台真空泵运行方式切换为3台运行
4.47kPa
4.26kPa
从试验结果可看出，在2号机组从2台真空泵运行方式切换到3台泵运行方式后，真空提高了：
4.47-4.26=0.21（kPa）
扣除机组负荷变化的影响，说明在当前运行情况（漏空气量较大）下，开三台真空泵可以提高凝汽器背压，运行经济性更高。
（5）试验结果数据优化系统截图：
说明：
2013.12.23日实验，真空泵由2台变为3台运行，功率由216kW到325kW,期间机组功率基本保持稳定，凝汽器背压由4.47kPa提高到4.26kPa,提高了0.21kPa
2、真空泵运行方式试验二：
（4）试验内容：
真空泵运行方式由2台切换为1台运行。
（5）试验时间：
2013年12月24日0：
00—07：
00
（6）试验前优化系统对真空泵的运行建议：
下图为2013年12月24日现场试验前真空泵运行方式给出的运行指导建议截图，目前为2台真空泵运行，系统给出的优化建议是开1台真空泵煤耗会增加0.61g，背压下降0.37kPa,而开3台真空泵凝汽器背压能提高0.08kPa,煤耗会下降0.05g。
（4）试验过程：
在保持机组出力基本稳定的前提下，把2号机只开1台真空泵，与两台真空泵运行时情况进行比较，试验结果如下：
试验时间
试验内容
试验前背压
试验稳定工况后背压
12月24日00：
00—07：
00
2台真空泵运行方式切换为1台运行
5.08kPa
5.51kPa
从试验结果可看出，在2号机组从2台真空泵运行方式切换到1台泵运行方式后，真空下降了：
5.51-5.08=0.43（kPa）
扣除机组负荷变化的影响，说明在当前运行情况（漏空气量较大）下，开一台真空泵会使凝汽器背压大幅下降，机组运行经济性降低。
（5）试验结果数据优化系统截图：
说明：
2013.12.24日实验，真空泵由2台变为1台运行，功率由215kW到112kW,期间机组功率基本保持稳定，凝汽器背压由5.08kPa下降到5.51kPa,下降了0.43kPa。
从上述两次试验可看出，优化系统给出的真空泵运行方式的参数预测和运行指导建议是与试验结果相符的，可以用于平时的真空泵运行方式指导。
5.3凝汽器真空严密性在线计算验证：
系统提供了真空严密性的历史及实时运行计算数据，2013年12月25日，冷端优化系统真空严密性的计算结果为2号机真空严密性为269Pa/min,停真空泵，进行真空严密性试验验证，试验数据如下：
工况
负荷（MW）
真空
试验时间
1
482.31
-95.74
14：
20：
34
2
483.27
-95.55
14：
21：
34
3
482.19
-95.28
14：
22：
34
4
481.36
-94.95
14：
23：
34
5
480.83
-94.69
14：
24：
34
6
480.52
-94.38
14：
25：
34
2号机组的真空严密性为：
（-94.38-（-95.74））/5=1.36/5=0.272
0.272*1000=272（Pa/min）
与冷端优化系统计算结果269接近，说明冷端优化系统的真空严密性计算结果可反映凝汽器真空严密性的实际变化情况。
12月25日冷端优化系统真空严密性的趋势图如下：
6.结论
6.1功能性：
系统正确实现了冷端设备的基础数据管理、设备模型建立、设备性能监测及循环水泵运行指导、真空泵运行指导及设备故障诊断等系统主要功能，并提供了对历史数据的分析工具和分析方法，展示界面美观整齐，权限控制清晰，操作方便易用。
6.2可靠性：
系统具有历史数据补充及SIS数据中断自恢复功能，登录用户有权限控制，登录页面有访问权限控制，可靠性较高。
6.3兼容性：
系统支持WINDOW下的IE浏览器、360浏览器、火狐浏览器等通用浏览器，未进行linux下的浏览器测试。
结论：
经测试，本系统具备了设计方案中所要求的所有功能，且系统设计层次清晰，功能全面实用，系统稳定可靠，展示界面美观易用，部分功能点如凝汽器的空气泄漏量测量、真空严密性在线计算、循环水泵运行方式在线指导、真空泵运行方式在线指导等功能在国内具有领先水平，具备推广价值。
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