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1论文汽轮机冷端系统运行优化研究申请人：张海波学科（专业）：热能与动力工程指导教师：王长安2014年6月2网络教育学院毕业设计(论文)任务书专业班级1203层次本科姓名张海波学号12018001011011一、毕业设计（论文）题目汽轮机冷端系统运行优化研究二、毕业设计（论文）工作自2014年6月9日起至2014年9月15日止三、毕业设计（论文）基本要求：3指导教师：4网络教育学院毕业设计(论文)考核评议书指导教师评语：建议成绩：指导教师签名：年月日答辩小组意见：负责人签名年月日答辩小组成员毕业设计（论文）答辩委员会意见：负责人签名：年月日11论文题目：汽轮机冷端系统运行优化研究学科（专业）：热能与动力工程申请人：张海波指导教师：王长安摘要随着世界能源的紧张及竞争的加剧，作为能耗大户的电厂如何能节能降耗变得越来越重要。本文针对汽轮机冷端系统进行分析，并着重研究了冷端系统的各主要系统，并对其进行全面分析，旨为了提高系统效率。本文从凝汽器端差、循环水温升和凝汽器入口水温的角度，分析了影响凝汽器真空的因素，通过查找资料并参考一些机组的实际问题的处理方法，研究了造成凝汽器真空缓慢下降的原因，并针对电厂机组循环冷却水废热损失大，分析了可利用余热及其方法，研究了采用热泵技术供热的技术可行性。研究结果表明，采用热泵技术供热是可行的，应作为汽轮机冷端优化的措施来提高系统效率。其研究结果对冷端系统的进一步优化运行提供了参考依据，对冷端系统运行效率的提高也有一定的指导意义。关键词：冷端系统；传热端差；循环水温升；真空严密性论文类型：应用研究西安交通大学网络教育学院论文2目录摘要目录1前言1.1选题的理论意义与实际意义1.2论文综述1.3课题研究内容2汽轮机冷端系统概述2.1汽轮机冷端性能相关分系统2.2各分系统之间的相互关系3凝汽器及真空系统影响机组性能的因素及其优化措施3.1影响凝汽器传热端差因素3.2影响冷却水温升因素3.3影响冷却水进口温度因素3.4凝汽器真空度下降的原因及预防措施3.5结论4循环水系统影响机组性能的因素及其优化措施4.1循环冷却水排水余热量大4.2大量的废热排放对环境造成影响4.3高循环倍率条件下的循环冷却水排污问题4.4优化措施5凝结水系统影响机组性能的因素及其优化措施5.1凝汽器的水位控制优化6结论与展望6.1全文总结6.2课题展望致谢参考文献声明131前言1.1选题的理论意义与实际意义目前，我国发电能源构成中还是以煤为主(占全部发电能源的80%)，虽然国家主管部门正大力开发西部水电资源，并且加快了核电项目的建设，但目前以煤为主的结构还不会改变。目前中小机组效率低、煤耗高，对环境污染严重。电能是最洁净最便于使用的二次能源。生产电能要消耗大量的一次能源，我国生产电力用煤接近全国煤产量的三分之一，西方国家进口的煤绝大部分用于生产电能。据美国电力研究所(EPRI)90年代初的一份跟踪调查报告表明,电厂平均实际供电热耗率高出设计值1000kJ/kWh以上，当时就把电厂节能降耗列为重大科研项目。随着国民经济的发展，提高火电机组运行效率，降低能耗，并进一步提高机组运行的安全性、可靠性越来越受到重视。我国政府充分认识到走可持续发展道路的重要性后，由粗放型经济向集约型经济转轨，电厂节能问题越来越受到国家和电力行业的普遍重视。另外，随着电力体制改革的深入，电力行业各大公司都已经挂牌运营，现在国家电力公司出台的竞价上网进一步促进了节能降耗工作的展开。在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。以凝汽器为核心，内连汽轮机低压缸，外连循环水系统，构成了电站热力系统“冷端”。根据汽轮机工作原理，凝汽器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响，因此凝汽器的工作效能直接影响到整个汽轮机组的热经济性。汽轮机冷端系统主要由汽轮机低压缸、表面式凝汽器、抽气设备、胶球清洗装置、凝结水泵、循环水泵和循环水水源，以及这些部件之间的连接管道和管件等组成。汽轮机组冷端系统性能不良，严重影响整个机组的热经济性，使供电煤耗率增加。例如300MW等级机组是目前我国电力生产的主力机组约半数以上机组凝汽器的运行真空低于设计值1kPa～2kPa，而凝汽器真空降低lkPa，机组热耗率约上升0.8%，煤耗率增约2.5g/kWh。因此，汽轮机组冷端系统性能差的问题是电力行业关注的焦点之一。分析冷端系统性能不良的原因以及对经济性的影响，提高凝汽器性能，维持机组经济真空运行,直接影响到整个汽轮机组的热经济性。1.2论文综述八十年代中期，以提高蒸汽参数为主要手段的改善电站热耗的各种节能方法的广泛研究，使人们认识到该系统对节能的重要性。循环水系统的优化调度首先引起研究人员的重视，继而开式供水系统的循环水优化调度为电站经济运行带来了客观的效益，从此科研人员才重视到调整冷端运行参数可提高电站的经济运行性。但由于冷端系统的影响因素很多，有关这一方面的研究国内外文献仅局限于对循环水泵的运行优化和机组最佳真空的确定，而对影响汽轮机冷端系统的因素和相应措施少有提及，所以这一研究领域有着非常重要的意义。赵斌针对电厂汽轮机冷端优化分析问题，从凝汽器和循环水泵的整体角度出发，对冷端系统的运行特性进行优化，提出了一种基于热力学理论的确定凝汽器最佳真空和最佳循西安交通大学网络教育学院论文4环水流量耦合性的分析方法；并应用该方法对某电厂一台300MW机组冷端系统的运行方式进行了验证,结果表明优化后机组经济性提高了0.116%。卢怀钿对华能海门电厂2台1036MW机组冷端系统在循环水泵双速改造前后进行了运行优化试验，根据试验数据拟合出汽轮机背压和功率微增曲线及汽轮机功率修正计算公式，并计算出了凝汽器变工况特性；采用综合煤价和电价比较法得出循环水泵双速改造前后的推荐运行方式。实践证明循环水泵双速改造后能达到进一步节能的目的，使电厂获得了最大的经济效益[1]。金宏伟针对汽轮机冷端参数对电厂热力系统热效率和运行经济性的影响进行了研究，结合电厂工程实际，介绍2台1000MW超超临界汽轮机冷端优化设计，从原理上分析了降低凝汽器压力、降低温差和端差的途径，以实例说明了凝汽器压力优化和循环水泵配置的优化设计过程及收效。李蔚研究大型火电机组冷端优化问题，对于提高发电厂运行经济性具有重要意义[3]。采用运行费用收益作为冷端系统优化数学模型的目标函数，可以综合考虑煤价、电价因素的影响。在此基础上，设计和开发了冷端系统优化在线指导程序，具有在线实时计算、模拟和仿真工况计算功能，并在600MW和1000MW机组上得到实际应用，为操作人员提供了量化的指导意见。1.3课题研究内容排汽真空度下降，会使汽轮机的汽耗和最后几级叶片的反动度增加、轴向推力增大；随着排汽温度升高，会引起汽轮机转子旋转中心漂移而产生振动，甚至引起汽缸变形及动静间隙增大。如因冷水量不足而引起故障的，还会导致铜管过热而产生振动及破裂，缩短凝汽器的使用寿命。以上影响因素是相互关联的，虽然各种因素对冷端性能的综合影响不是简单的算术和，特别是严密性和清洁度，但是，基本反映出一种因素对冷端性能的影响程度。本文通过对影响汽轮机冷端系统及其影响机组问题的分析与研究，通过查找资料并参考一些电厂的实际问题的解决处理对问题的分析，研究各设备之间的相互影响,并对这些资料进行分析、整理、总结，采取综述的形式完成对问题的研究。152汽轮机冷端系统概述2.1汽轮机冷端性能相关分系统汽轮机冷端系统主要由凝汽器及真空系统、循环水系统、凝结水系统组成。其中凝汽器及真空系统由汽轮机低压缸、表面式凝汽器、抽气设备组成；循环水系统由胶球清洗装置、循环水泵和循环水水源组成；凝结水系统由热井、凝结水泵组成，以上系统及这些部件之间的连接管道和管件组成完整的汽轮机冷端系统。一个简单的汽轮机冷端系统原则性系统图如图1-1所示。图2-1冷端系统原则性系统图1-抽气设备;2-汽轮机低压缸;3-发电机;4-循环水泵;5-凝汽器;6-凝结水泵;7-胶球消洗装置2.2各分系统之间的相互关系排汽离开低压缸之后进入凝汽器壳侧，凝汽器管内流入由循环水泵提供的循环水作为冷却工质，将排汽凝结成水。由于蒸汽凝结成水时，体积骤然缩小，这就在凝汽器内形成高度真空。为保持所形成的真空，则需用抽气设备将漏入凝汽器内的空气不断抽出，以免不凝结空气在凝汽器内逐渐积累，使凝汽器内压力升高。由凝汽器产生的凝结水，则通过凝结水泵依次进入机组的低压加热器、除氧器、高压加热器，最终进入锅炉。循环水按供水方式的不同，有一次冷却供水和二次冷却供水。供水来自江、河、湖、海等天然水源，排水仍排回其中的，称为一次冷却供水，或开式供水。供水来自冷却水塔或冷却水池等人工水源，排水仍回到冷却水塔(水池)循环使用的，称为二次冷却供水，或闭式供水。不论是开式供水还是闭式供水，冷却水所带入的泥沙、污秽的物质和加热过程中分解出的盐分等均会不同程度地沉积在循环水管的内表面上;由于附着物的传热性能很差，将导致凝汽器真空降低，而且还会加速冷却水管的腐蚀，因此采用胶球清洗装置进行清洗，并在循环水泵进水管上安装滤网，达到良好的净化循环水的效果。西安交通大学网络教育学院论文63凝汽器及真空系统影响机组性能的因素及其优化措施凝汽器及真空系统的性能主要归结为对机组真空的影响因素的研究。凝汽器内真空的形成是由于在凝汽器内蒸汽和凝结水汽液两相之间存在一个平衡压力。蒸汽凝结时的温度()越低，凝汽器内的绝对压力越低()。凝汽器的真空度为：图3-1蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布在凝结过程中，排汽温度st，所受的影响如图所示，图号的各符号的意义如下：st-排汽温度w1t-冷却水入口温度t-凝汽器传热端差wt-冷却水温升cA-传热面积由图得：st=w1t+wt+t（3-1）由于凝汽器真空即排汽压力可以用与之相对应的饱和蒸汽温度来确定，所以本文首先在主凝结区的蒸汽凝结温度公式（3-1）的基础上展开对影响真空的因素的研究，具体内容如下：3.1影响凝汽器传热端差因素t一般运行经验表明，凝汽器真空每下降lkPa，机组汽耗会增加1.5%～2.5%；而传热端差每升高1℃，供电煤耗约增加1.5%～2.5%。凝汽器传热端差值的变化标志着凝汽器运行状况的好坏，可作为判别凝汽器运行状态的依据。运行中端差值越小，则运行情况越好．机组的热效率越高。对汽轮机凝汽器传热端差存在的问题进行深入的讨论和分析，提出了有针对性的处理措施，对汽轮机凝汽器运行中的节能降耗，有一定意义。3.1.1热端差的确定凝汽器的传热端差是指凝汽器排汽温度与冷却水出口温度的差值。17凝汽器在不同工况下的传热端差t，可由传热方程求得：（3-2）其中：cA-凝汽器的冷却面积K-自蒸汽至冷却水的平均总体传热系数可见，传热端差t与cA、K、wD有关。设计时，凝汽器的传热量一定时，wD主要根据循环倍率决定，K只能按经验数值取定。因此，只有增大cA才能减小t。增大cA需要增大投资，故也要在汽轮机组“冷端最佳参数选择”任务中决定。运行时，cA已定，因此传热系数K是影响传热端差t的主要因素。K越大，传热端差t越小，真空越高。因此，凡影响传热系数的因素，都将影响传热端差，从而影响真空。3.1.2运行中影响凝汽器端差的因素影响凝汽器传热端差的因素比较复杂，主要包括凝汽器传热性能、热负荷、清洁系数、空气量及循环水系统的特性等。1)空气量的原因及措施凝汽器的空气来源有二：一是由新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧，这项来源极少；二是处于真空状态下的各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等不严密处漏入的，这是空气的主要来源。空气严密性正常时进入凝汽器的空气量不到蒸汽量的万分之一，虽然少但危害很大。主要是空气阻碍蒸汽放热，使传热系数减小，端差增大从而使真空下降。空气的第二大危害是使凝结水的过冷度增大。降低空气量主要从真空严密性和抽气器的工作性能考虑。(1)真空严密性真空严密性差是造成汽轮机真空低的主要原因，在根据工程调试的经验，真空系统易泄漏空气的薄弱环节有：a.凝汽器热井、低压加热器玻