300MW汽轮机组冷端运行优化的软件实现最新毕业论文38494.docx
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300MW汽轮机组冷端运行优化的软件实现最新毕业论文38494
300MV汽轮机组冷端运行优化的软件实现
凝汽器是电厂重要设备之一，它的安全经济运行对电厂的安全经济运行具有重要的作用。
本文建立了凝汽器变工况计算模型，以及不同参数对凝汽器真空的影响模型，通过建立了凝汽器变工况性能计算模型和机组最佳真空的计算模型,得到了不同冷却水进口温度和不同循环水栗组合方式下的的最佳运行真空，以
300MV机组为例，进行了不同给水入口温度下和不同循环水泵运行组合方式下的机
组耗功计算，得到了机组在全负荷范围内的最佳运行方式，进而达到节能降耗的目的。
对于指导现场运行具有重要的现实意义。
关键词：
300M；凝汽器；最佳真空；冷端
0PERATIONOFTHECOLDENDOPTIMIZATIONOF
300MWSTEAMTURBINEUNIT
ABSTRACT
Thecondenserisoneoftheimportantequipmentsinpowerplant,playsanimportantroleinsafeandeconomicoperationofthesafeandeconomicoperationofpowerplant.
Thispaperestablishedthecondenseroff-designconditioncalculationmodel,andtheinflueneeofdifferentparametersonthevacuumofcondensermodel,calculationmodelofoff-designperformaneethroughtheestablishmentofacondensercalculationmodelandtheoptimalvacuum,gottheoptimaloperationofthevacuumofthedifferentinlettemperatureofcoolingwaterandcirculatingwaterchestnutcombinationway,tothe300MWunitasanexample,thedifferentwaterentrancetemperatureanddifferentcombinationsofcirculatingwaterpumprunningunderunitpowercalculation,obtainedthebestmodeofoperationintheentireloadrangeoftheunit,soastoachievethepurposeofenergysaving.Haveimportantrealisticmeaningforguidingtheoperation.
Keywords300MW;Condenser;BestVacuum;coldside
第一章绪论
1.1课题的背景和意义
1.2本课题的研究现状及存在的问题
1.2.1本课题的研究现状1.2.2目前存在的问题
1.3本论文的主要工作
第二章凝汽器的作用及其理论分析
2.1
凝汽器的作用
2.2
凝汽器的分类
2.2.1表面式凝汽器
2.3.1凝汽器的变工况模型
2.4.1背压变化对汽轮发电机组电功率影响的几种计算方法....12
2.5
小结
23
第三章300MW^组冷端优化方法计算
23
23
3.1计算参数
3.2300MW机组冷端优化方法计算
49
3.2.1优化原理及方法
49
3.2.2实例计算
50
3.3小结
54
第四章汽轮机组冷端系统优化应用软件开发
56
4.1LABVIEW简介
56
4.2软件开发
59
4.2.1软件的理论模型
60
4.2.2软件界面及功能
61
4.3软件实施
62
第五章结论
64
参考文献
66
第一章绪论
1.1课题的背景和意义
煤炭在我国能源构成中居主导地位，占我国一次能源生产和消耗的62%进入
90年代以来，我国原煤产量就跃居世界第一，耗煤量也最大，占全世界耗煤总量
的1/4。
但是我国人均产能及消费量尚不及世界平均水平的一半，能源利用率目前也只有30%低于世界先进国家20?
30个百分点。
这就说明我国存在能源短缺和供
应紧张状况的同时浪费惊人、有巨大的节能潜力。
因此，深入持久地开展节能工作，走低能耗、高效益的道路，是解决中国能源问题的重要途径。
凝汽器是火力发电机组冷端［1］的主要换热设备，其任务是将凝汽式汽轮机的排汽凝结成水，并在汽轮机排汽口建立并保持一定的真空度，是影响热力系统冷端效率的
主要因素。
凝汽器的运行工况直接影响着冷端真空度，影响热力系统的经济性。
凝汽
器真空每降低IKPa,汽轮机组循环热效率降低1%左右，从而使供电煤耗增加3g/（kw・h）左右。
其次，从设备的耗水量来看，凝汽器用水量大约占电厂总耗水量
的42.8%>79.5%,这对于位于缺水地区的电厂来说，是一个令人瞩目的数字。
乌海热
电采用冷水塔循环水方式，采用中水与地下水共同补入水塔水池。
由于中水的水质差,易造成凝结器铜管腐蚀［2］［3］，在运行中发生泄露。
又由于高纬度寒冷地带，冬夏季机组工况相差较大，冷水塔的进出口温度调节变化范围大，水量调节滞后且有较大偏差,导致耗水量和耗电量较大，直接影响到冷端系统的运行经济性能。
因此，冷端系统⑷
尤其是凝汽器的防腐和节能技术问题一直是困扰火电厂生产运行的技术难题之一。
因
此，结合实际运行和检修经验对冷端系统进行优化分析，得出机组冷端各设备最优运行工况，并在此基础上采取可行的措施优化运行或技术改造，提高冷端系统的经济性
和安全性，对整个机组的节能改造［5］提供有用的技术资料。
已有资料报道：
300MV机
137.2KJ/（Kwh）。
因此，在系统分析计算的基础上，对冷端凝汽器进行运行优化,
并结合运行和检修技改经验对凝汽器进行全面的分析［6］，提出最佳的运行工况及相应
的改造技术，以求凝汽器冷端系统达到节能、安全运行，对电站节能工作做出贡献。
因此，本论文课题重点放在电站300MV汽轮机组凝汽器运行优化分析和节能改
造研究方面。
1.2本课题的研究现状及存在的问题
1.2.1本课题的研究现状
国内外学术研究关于凝汽器节能的研究颇多，对于300M\M组的学术研究、一般
性技术改造已经比较成熟，但比较系统性的理论结合实际的机组改造成功案例不很多见，且各电站的条件不同，问题不具有同一性，目前，凝汽器最佳真空和循环水泵最佳组合方式的确定，一般都采用计算方法。
为了便于说明，以一台汽轮机配两台定转速离心式循环水栗为例，来说明在某一确定的汽轮机排汽量［7］和循环水入口温度下最佳真空计算方法的步骤。
1.不同组合方式下循环水流量和循环水泵耗电量测量
由于循环水流量和循环水泵耗电量无法通过计算准确得到，一般通过试验测量。
即分别在单泵和双泵运行方式下，测量循环水流量及循环水泵总消耗电功率。
只要循
[8]
。
环水泵运行正常，在单泵和双泵条件下的循环水流量和消耗功率基本不变。
凝汽器循环水管内壁脏污使循环水流量的减小量与循环水流量的比值很小，可以忽略不计
同时，凝汽器循环水管内壁脏污只引起循环水泵电流的微小增大［9］［10］，亦即对循环水
泵消耗功率的影响也可以忽略不计。
2.计算循环水泵不同组合方式下的循环水温升和凝汽器端差
在计算凝汽器端差的过程中要用到凝汽器总体传热系数。
目前，凝汽器总体传热系数的计算还没有一个普遍公认的计算方法，各国（包括各汽轮机制造厂家）都有自
BTH的别尔曼
己的经验公式。
我国目前普遍采用的是前苏联全苏热工研究所（
（EepMaH）公式和美国传热学会推荐公式。
3.计算不同组合方式下的凝汽器真空
由以上方法计算出的凝汽器端差和循环水温升以后，再结合当时的循环水入口温度可以计算出凝汽器内蒸汽的凝结温度，其相应的饱和压力即为凝汽器的压力。
利用
上述过程可以得到单泵和双泵运行时的凝汽器压力。
由背压变化对汽轮发电机组电功
率的影响曲线可以得到由单泵运行变为双泵运行时的汽轮发电机组电功率增加值，将汽轮发电机组电功率的增加值与单泵运行变为双泵运行时循环水泵所消耗功率的增加值进行比较，当两者之差大于零时应该釆用双泵运行，否则，应该单泵运行。
1.2.2目前存在的问题
[11],如果
目前，对循环水系统优化运行的研究虽然已经取得了一定的进展，但是在寻求凝汽器最佳真空和机组最佳循环水流量的计算过程当中还有以下不严密之处处理不当就会造成计算结果偏差较大，从而不能真正保证运行方式最优。
1.在确定汽轮机背压变化对汽轮发电机组电功率影响时，还存在不同的计算方
法，如热力学方法、沐级变工况方法、回热系统热平衡法和等效热降方法等些计算结果之间还存在较大的差异，目前还没有一个被人们普遍接受的方法。
2.当凝汽器真空提高时，虽然会使汽轮机的电功率提高，但另一方面会由于汽轮
机背压的降低而使漏入凝汽器中的空气量增加[13]，这样一方面使凝汽器中蒸汽的分
压力降低，蒸汽分压力所对应的饱和温度会降低，这样就会产生凝结水的过冷。
漏入的空气量越多，凝结水的温度就越低，产生的过冷度就愈大。
另一方面也会随着漏入空气量的增加而使凝结水中的溶氧量增大。
这样，虽然真空提高了，但由于凝结水过冷度的增加而使汽轮机运行经济性有所降低[14],同时还由于溶氧量的增加，使化学除氧的费用增大。
但现有的文献对这方面的考虑还不够完善。
3.由级变工况可知，凝汽器真空并不是越高越好。
因为当凝汽器达到极限真空后,
再继续提高真空，将使汽轮机最末级达到膨胀极限，此时，提高真空，不仅不会提高
[15]
汽轮机的运行经济性，反而会使汽轮机的经济性降低。
此外，当凝汽器循环水流量过低时，将导致凝汽器内循环水流速过低，容易使凝汽器冷却水管结垢或堵塞
综上所述，凝汽器最佳真空的确定，应该全面考虑汽轮机背压变化后对经济性的影响［16］。
而目前各种文献在讨论凝汽器真空问题时，只是单纯从汽轮发电机组电功率和循环水泵消耗功率的角度考虑，从而不能真正实现对汽轮机真空系统的优化。
1.3本论文的主要工作
在对热电厂机组冷端凝汽器运行状况分析的基础上，提出系统的改造方案。
本课题将致力于这几方面的工作:
1.了解凝汽器的具体构造，掌握凝汽器的基本理论，研究凝汽器的结构参数、物性参数对凝汽器流动特性和传热过程的影响，及其凝汽器的变工况特性。
2.利用末级变工况方法等效焓降法、计算背压变化对汽轮发电机组电功率的影
响，从而找出一种简捷准确的计算方法。
3.即从整个冷端系统的角度，系统地分析研究凝汽器端差、真空度、冷水塔进出
口水温等参数对系统经济性的影响，提出调节措施，挖掘各种潜力，尽可能使凝汽器处于最优运行状态，提高冷端运行热经济性。
4.对热电厂300MV机组进行冷端热力系统的优化分析，对夏季工况下机组的运行
特性进行了分析和计算，比较季节变化对经济性的影响。
通过冷端系统优化和节能潜力分析，探讨凝汽器的改造方案和节能潜力的大小。
第二章凝汽器的作用及其理论分析
2.1凝汽器的作用
凝汽式汽轮机是现代火电站和核电站广泛采用的典型汽轮机。
凝汽设备是凝汽式汽轮机装置［17］的一个重要组成部分，在凝汽式汽轮机装置的热力循环中起着冷源的
［18］。
对于采
作用，使汽轮机排汽受到冷却水冷却并凝结为水，确保汽轮机排汽口形成高度真空,使蒸汽在汽轮机中膨胀到较低压力，以增加可用焓降，提高循环热效率用表面式凝汽器的凝汽设备，汽轮机排汽的凝结水，品质纯净，最适宜用作锅炉或蒸汽发生器的给水，使给水得到保证，减少了软化水所需的昂贵的设备投资和运行费用。
凝汽设备包括凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气器四项设备［19］。
在这四项设
备中，从设备所起作用、尺寸、质量以及设备的布置及建造费用等各方面来看，凝汽
器是最主要的设备，其发展水平影响着汽轮机组甚至整个发电站的发展，因此，凝汽器是整个汽轮机组的主要设备之一。
2.2凝汽器的分类
混合式凝汽器中，汽轮机排汽与冷却水直接混合而凝结成水，凝结水与冷却水混合在一起，由凝结水泵排出凝汽器。
混合式凝汽器构造简单，制造成本低，传热效果好，冷却水消耗量少，运行方便。
但是，混合式凝汽器有丢失纯净凝结水的重大缺陷,是一种旧式凝汽器，现在已很少生产。
为了克服上述凝汽器丢失凝结水的缺陷，出现了间接冷却空气凝汽器系统。
在这
种系统中，是用经过空气冷却而降低温度的凝结水作为冷却水。
由水轮机输入的冷却水进入喷射凝汽器，与汽轮机排汽混合，使排汽受到冷却而凝结成水。
从喷射凝汽器出来的冷却水与凝结水的混合水流，一小部分经凝结水泵抽出作为锅炉给水，大部分经过出水泵打入干冷却塔的空气冷却器中，由自然界的空气把凝结水的热量带走。
统中设置水轮机是用来利用水的压头能量的。
这种间接冷却空气凝汽器系统是应用空气为冷却介质冷却凝结水的，因此，冷却效果较差，使凝汽器内形成和保持的真空不够理想。
因此，这种间接冷却空气凝汽器系统只有在少数缺水的燃料生产基地的坑口电站中应用。
222表面式凝汽器
在表面式凝汽器中，冷却介质与蒸汽被冷却表面隔开，互不接触，从而可保证得到适用于锅炉给水的洁净凝结水。
以空气为冷却介质的表面式凝汽器称为空气凝汽器。
由于空气物理性质的原因，空气凝汽器得到的真空度较低，汽轮机组的热效率低,因此，只用在缺水的中、小型电站。
下面所说的表面式凝汽器或凝汽器均指以水为冷却介质的表面式凝汽器。
水冷表面式凝汽器中，汽轮机的排汽同冷却水管的外表面接触，冷却水从管内流过，带走排汽传给管表面的热量，排汽受到冷却凝结成水。
这类凝汽器既能得到纯净的、几乎不含氧气的凝结水，又能达到高度的真空，完成现代凝汽器的双重任务，因而，现代火电厂大功率机组几乎都采用水冷表面式凝汽器。
表面式凝汽器由外壳、冷却水管、水室、端盖、管板等构成。
外壳常是圆柱形、椭圆形或方箱形。
外壳两端有形成水室的特殊端盖。
外壳两端与端盖之间各安装着块幵有管孔的管板。
管板的管孔中装有数量很多的冷却水管。
冷却水管常积聚成簇并且占满外壳内部容积的大部分。
冷却水管通常采用铜管、不锈钢管或镍管。
冷却水管的管壁将排汽与冷却水隔开。
冷却水在管内流过，吸收管外蒸汽的热量使排汽冷却凝
部分是蒸汽空间,
结成水。
表面式凝结器的内部空间被冷却水管分隔成两个部分另一部分是冷却水空间。
蒸汽和冷却水在凝汽器内不直接接触，因此由蒸汽冷凝成的
凝结水非常纯净，可以作为锅炉的给水。
表面式凝汽器的真空度一般达到95%-97%
为了使表面式凝汽器达到较高的真空度，要求冷却水管与凝汽器管板的连接，外壳的
接缝及与凝汽器汽侧连接的所有管道等处必须保持高度的严密性。
否则，如果外界空气漏人凝汽器，就会使真空降低，同时使凝结水的质量降低。
冷却水管装在凝汽器的管板上，管板固定在外壳上，冷却水管两端开口，并与两端水室相通。
对于单流程表面式凝汽器，外壳两端与两端端盖构成两个水室。
冷却水由一端水室流入，通过冷却水管流入另一端的水室，并从该水室排出凝汽器。
对于双流程表面式凝汽器，外壳两端与两端端盖构成三个水室，其中一端有上下两个水室，另一端有一个水室。
冷却水由一端流入下水室，再通过下部冷却水管流入另一端水室，折流后从上部冷却水管流
入上水室后，排出凝汽器。
汽轮机的排汽在冷却水管外面通过，放出热量凝结成水,向下流入热井中，然后由凝结水泵排出。
2.3凝汽器的变工况模型
凝汽器是汽轮机组的一个重要组成部分，其作用是将进入凝汽器的蒸汽冷凝结成水，放出的热量被冷却水带走，在凝汽器内形成高度真空，使进入汽轮机内的蒸汽能膨胀到低于大气压力，多做功。
其运行工况的是否稳定，直接影响到整个机组安全和经济运行，因此保持凝汽器运行工况良好，保证凝汽器的最佳真空，是每个发电厂节能的重要内容[20]
经济性方面:
1.
可使机组
严重
真空降低，使汽轮机热耗增加，对于高压汽轮机，真空每降低1%
热耗增加4.9%
2.真空降低，使凝结水过冷度增加，对于高压汽轮机，凝结水每过冷
热耗增加0.15%
3.为了提高真空，开大轴封供气压力和流量，导致油中带水。
安全性方面:
1.由于真空的降低，使排汽压力，排汽温度升高，降低了汽轮机经济性,
时，由于排汽温度过高，还将引起汽轮机低压缸胀差发生异常变化和低压缸变形，改变机组的中心，造成机组振动，可能引起故障停机。
2.由于真空降低，凝结水中含氧量增加，最髙超过100%凝结水系设备和管道
被腐蚀产生的氧化铁进入锅炉，腐蚀炉方的水冷壁、过热器等设备和管道。
3.为了提高真空运行，开大轴封供汽压力和供汽流量，导致轴封漏汽进入润滑
油系统，使油中带水，使调节系统失灵，造成机组运行不稳定，给机组的安全运行带来严重的隐患。
4.其他方面的影响。
在实际中，凝结器真空降低还存在许多缓慢的危害，如凝
结水管道被腐蚀，低压加热器铜管被腐蚀，低压加热器铜管被腐蚀，除氧器淋水盘被
腐蚀等。
因此在运行中尽可能早的诊断凝汽器真空偏低的原因［21］。
及时采取相应的措施,
提高机组运行的安全性和经济性。
2.3.1凝汽器的变工况模型
凝汽器变工况模型［22］主要是建立机组负荷、循环水温度、循环水流量与凝汽器内压力Pc的关系。
凝汽器工作过程曲线如图2-1所示，曲线1表示凝汽器内蒸汽凝结温度ts的变化
过程，ts在主凝结区内其本不变，在空冷区下降较多。
曲线2表示冷却水由入口水温
图2-1蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布
算出ts后就可以过查表或公式得出ts所对应的饱和压力巳，从而得出凝汽器的压力
231.1冷却水入口温度
冷却水入口温度twi的高低取决于电站所在地区的平均气温和供水的方式，而与
凝汽器的运行无关。
一般将供水系统可分为直流供水和循环供水两大类。
直流供水系统中的冷却水来自水源地，进入凝汽器后与汽轮机的排汽进行换热，温度升高后的冷却水排至水源地。
在水量充足、水质、供水距离等条件适宜或允许的情况下，采用直
流的供水系统比较经济；当供水量不充足或电站距离水源太远等条件限制，使得直流供水不经济时可采用循环的供水系统。
在循环供水系统中，循环水用来冷却凝汽器中的汽轮机排汽，温度升高后进入冷却设备进行冷却，冷却后的循环水重新进入凝汽器,如此循环，从水源地仅取得用來补充损失的水量。
根据循环水冷却设备的型式，循环供水系统分为以下几种：
1.具有冷却池的循环供水系统;
2.具有冷却塔的循环供水系统;
3.具有喷水冷却池的循环供水系统。
以上三种型式中，具有冷却塔的循环供水系统被广泛采用。
冷却塔的工作性能直接影响循环水进口温度的高低。
2.3.1.2冷却水温升
冷却水温升加由凝汽器热平衡公式求得:
Q=1000Dc（he—h；）=1000Dw（hwi-hwi）=4187DwAt（2-2）
式中：
Q-凝汽器的传热量，KJ/h；
Dc,Dw-进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量,
t/h；
he，h'-凝汽器中的蒸汽比焓和凝结水比焓,
KJ/kg；
由上式得
he-he
4.187DW/Dc4.187m
（2-3）
式中m=Dw/De,称为凝汽器的冷却倍率或循环倍率，它表明冷却水量是被凝结
蒸汽量的多少倍。
m越大，山越小，真空越高。
但m越大时，循环水泵的功耗也就
越大，所以就有一个最佳循环倍率的确定，一般m在50~120之间。
he-h；是1Kg排汽凝结时放出的汽化潜热，由于排汽有10流右的湿度，故hc-h；
将比1Kg干饱和蒸汽的凝结热量小，只有2140~2220KJ/kg左右，可见it主要决定
于循环倍率m,D；一定时主要决于循环水泵容量和启动台数。
2.3.1.3凝汽器传热端差
由方程可得
Q=KAAtm
（2-4）
式中:
K一凝汽器的总体传热系数，w/m2.k
Atm一蒸汽和水之间的对数传热温差，C：
Ax（ts-tw1）-（ts-tw2）
□〔m——」軒■
In[（ts—tw1）/（ts-tw2）]In[（At+6t）/旳
At
（2-5）
凝汽器传热端賢由式（2-2），式（2-4）和式（2-5）联立得:
（2-6）
凝汽器传热端差的计算公式（2-6）表明，茂是由标志凝汽器换热情况、
真空系统
和冷却水的工作情况参数K^t,Dw，以及冷却面积A所决定的。
运行中如果凝汽器
漏气或抽汽器故障造成空气积聚，引起传热系数下降，端差随之增大；如果冷却水系
统故障，造成冷却水量减少，也会引起传热端差增大；如果冷却管脏污或其它运行不
当,还将引起端差增大。
可以说凝汽器运行过程中任何原因引起的性能下降均可以传
热端差的升高为表征。
2.3.1.4凝汽器压力
通常泛指的凝汽器压力是凝汽器壳侧（汽侧）蒸汽凝结温度对应的饱和压力。
在理
想情况下，凝汽器汽室内只有蒸汽而没有其它气体，所以凝汽器汽侧各处压力相同。
但是实际上凝汽器壳侧各处压力并不相等，凝汽器内不仅有蒸汽，同时还存在空气。
我国“凝汽器性能实验规程”规定：
凝汽器计算压力是指距离凝汽器的管束第一排冷
却管约300m处的绝对压力（静压），表示。
本文所述的凝汽器压力均指凝汽器的计算
压力Pc
将式（2-3）和式（2-6）代入（2-1）得:
hc-hc
t=t+（1+
IsIw1,VAK/4287D
4.187me
（2-7）
计算得到ts，可以查表或者通过下面的公式计算得到凝汽器压力
Pc:
将式（2-7）代入（2-8）得:
t+—hc-hc_1
CCCCM4.187Dw/Dc（1eAK/4187Dw-1
Pc=0.00981（w__c
57.66
）+100
）7.46（2-9）
式中:
tw1――凝汽器入口冷却水温度，C
Dc,Dw――进入凝汽器的蒸汽量与冷却水比，KJ/kg
K――凝汽器的总体传热系数，W/（m2,K）;
A――凝汽器冷却面积，m2；
凝汽器的变工况模型最终式子如（2-9）式所示，式中涉及到的参数包括了凝汽器变工
况运行中的三大主要变量：
排汽量Dc，循环水量和循环水入口温度tw1。
2.4背压变化对机组微增功率的影响
—般说来，排汽压力越低，热经济性越好。
对一台压临界300MW机组，凝汽器真
空每降低1kPa,机组热耗率约上升0.8%,供电煤耗约增加2.5kw.h。
所以凝汽器的真空
能否保持最佳工况就显得特别重要。
事实上，汽轮机实际运行的排汽压力基本高于其
目标值。
在我国铜管排汽压力的设计值为4.9kPa无论单机容量多大，其真空在全年
至少有一半时间内达不到设计值，有的机组在夏季真空度只有88%因此，如何准确
地确定出背压对机组热经济性的影
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